论结构构件的刚度问题

本文对建筑结构中的构件刚度问题进行了分析,说明了随着构件的形状、尺寸和刚度的变化,构件的受力方式、构件之间的约束情况等都会发生质的变化,结构的力学性质也就有根本的不同.因此,在结构构件设计、计算简图的确定等工作中要特别引起注意.并针对工程常见的现象,提出了一些处理方法.     

消能减震结构连接构件的刚度设计

消能减震结构由主体结构、消能器和支撑组成的消能部件及基础等组成。其中,合适的连接构件的刚度对消能器减震效果的发挥起着关键的作用。当消能部件的连接形式比较复杂,连接构件和消能器不在同一方向时,例如各种放大装置型的连接形式,如何确定连接构件和消能器的刚度是消能减震设计的重点和难点。根据虚功原理推导出消能器和连接构件沿水平方向的变形、刚度和消能器轴向变形与层间变形关系的计算公式,对消能减震结构的设计具有重要的指导作用。     

结构鲁棒性评价中的构件重要性系数

 考虑结构的鲁棒性是保证结构安全、特别是应付突发事件的最重要措施之一。如何对结构的鲁棒性进行定量评价是目前结构工程界最具有挑战性的前沿问题之一。以移除所分析构件前后的结构承载力变化为着眼点,给出一个结构鲁棒性评价中计算构件的重要性系数的新方法。在概念上,综合考虑结构的几何拓扑关系、构件的刚度和强度以及外荷载对结构鲁棒性的影响;在力学意义上,描述已破坏的构件是如何影响剩余结构的,实际上考虑了结构本身的性质与外荷载的共同作用机制;在加载过程中,以结构退化成机构为分析终止点,从一定程度上表现构件重要性与整个结构鲁棒性之间的关系;在算法上,以摄动法建立将构件“概念移除”前后的结构刚度矩阵关系,避开重组刚度矩阵和对其求逆的复杂过程,从而简化运算。最后通过两个满应力设计下的平面桁架结构为例,说明计算的过程,同时通过与已有构件重要性系数指标方法作比较,找到其中的区别和内在联系,论证计算结果的正确性和合理性。     

同时考虑构件刚度和预应力的索网结构刚度优化

同时以单元轴向线刚度和力密度为设计变量,提出一种结构整体刚度的优化方法,使索网在特定荷载作用下能够满足多点位移限值的约束条件.针对索网结构的切线刚度矩阵,建立了以上两类设计变量分别与结构线弹性刚度和几何刚度的解析关系式.不考虑外荷载变化,推导了两类设计变量与结构位移的近似增量关系,并给出其灵敏度矩阵的解析表达式.针对给定荷载下的索网多点变形约束条件,借助灵敏度矩阵的特征空间性质,提出了一种结构刚度优化的数值策略,并指出优化设计变量与目标位移间存在的效率评价问题.以一个梯形平面马鞍形索网为算例,利用该方法对结构刚度进行优化以使索网在给定荷载下能够满足预先设定的位移场限值要求.计算结果不仅验证了算法的有效性,也反映出进行优化结果的效率评价是必要的.     

基于Neumann级数的结构关键构件能量评价方法

在结构的抗连续倒塌设计中,能量法是一个很好的切入点.作为构件的重要性评价指标,以拆除构件前后,结构体系的变形能的变化率作为衡量构件重要性程度的指标,形象直观.在此基础上,引入Neumann级数进行重要性系数的简化计算,避免了反复求解构件破坏后的整体刚度矩阵的过程,提高了计算效率,且具有较高的精度.另外,进一步地提出了“推广的重要性系数”的概念,可以用来进行多构件同时破坏情况下的结构危险性的比较分析.工程算例的分析表明,该方法具有合理性和适用性.     

基于构件重要性指标的RC框架结构抗震优化设计研究

通过引入基于结构广义刚度的构件重要性指标,提出了考虑构件重要程度差异的RC框架结构抗震优化设计方法。根据“构件重要性越大,承载力储备也越大”的结构系统设计策略,以构件的重要性程度由小到大逐渐发生损伤破坏的破坏模式为目标,根据现有一般构件的安全储备取值,建议了基于构件重要性指标的安全储备表达式。以广义结构刚度损失率作为结构失效判定依据,通过一RC框架结构抗震设计算例,分别对采用基于构件重要性指标方法和现行规范方法设计的结果进行对比,结果表明,建议方法的设计结果,其配筋分布更加合理,抗震性能得到显著改善,且总用钢量略有降低。     

附属构件及非结构构件抗震设计的重要性

阐述了地震中附属结构及非结构构件可能造成的灾害，包括隔墙，女儿墙及突出构件，吊顶天极等设施的震害特点，提出了附属结构及非结构构件的抗震设计并不亚于结构抗震设计，这也是设计人员所面临的一个重要的观念的转变。     

混凝土结构刚度及构件变形自由度与混凝土收缩、温变裂缝的关系

通过实例分析,介绍钢筋混凝土结构收缩裂缝控制的思路。     

浅谈结构的刚度和变形

为解决结构的刚度和变形问题，就截面刚度、构件刚度和结构刚度的概念进行了阐述，以一座塔楼的几种结构方案为例，探讨了提高刚度的方法，指出只有提高截面刚度和构件刚度才能提高结构刚度。     

既有网壳结构显著构件损伤识别方法

针对既有网壳结构损伤构件位置分布难以完全测定的问题,提出了一种用于既有网壳结构显著损伤构件识别的改进残余力分解法(RFD)。基于定义的沿构件轴向投影方向上的无量纲模态变形参数,将所测得的特征向量采用RFD方法转化为一组多元线性方程组,用以定位具有显著刚度折减的构件。针对方程组可能存在无穷解的情况,利用Ritz向量的灵敏度分析和模态保证准则(MAC)进行网壳结构构件重要性判定,筛选出在当前荷载模式下对结构刚度贡献最小的构件,将其作为附加约束条件引入计算方程,使方程组具备唯一解的条件。同时建立了网壳结构模型进行计算分析,详述了RFD方法的计算过程并验证了其有效性。     

基于客观赋权法的构件重要性评估

总结了平均应力比法、稳定退化系数法和刚度退化系数法3种关键构件的评价方法,介绍了客观赋权法的基本原理,并将客观赋权法应用于结构的构件重要性评估,确定各评价指标的权重系数。最后以平面框架为算例,分别使用平均应力比法、稳定退化系数法、刚度退化系数法和基于客观赋权法的评价方法对结构的构件进行重要性评估。结果表明:基于客观赋权法的评价方法能够很好地寻找出结构中的关键构件,而且克服了单一评价指标的不足,具有较好的优越性。     

单管塔节点刚度对整塔刚度的影响

单管塔常用的插接连接节点和法兰连接节点的刚度相对于连续塔体均有不同程度弱化,而目前单管塔的设计计算方法将整塔视为刚度连续构件,并未考虑节点刚度弱化对整塔刚度的影响。利用ANSYS有限元分析程序可以分析多种单管塔节点的节点刚度的弱化程度,采用适当简化方法可进一步分析考虑节点刚度弱化时整塔刚度变化,为实际工程设计提供参考。     

主动变刚度结构体系(AVS)多模态优化控制研究

依据原有状态控制律对AVS结构体系进行结构控制时 ,会出现高频响应失效问题 ,为此本文提出基于单步状态预测的控制律。借助结构模态控制技术 ,经推演而得出具有普遍工程应用意义的多自由度AVS结构体系的多模态优化控制律。通过仿真分析 ,可以看出本文方法较好地解决了高频控制响应失效问题 ,在取得与瞬时最优控制相当控制效果的同时 ,大大缩短了在线计算时间     

基于广义扩展有限元法的裂纹追踪分析

广义扩展有限元法(GXFEM)是结合广义有限元法(GFEM)与扩展有限元法(XFEM)形成的一种新型数值分析方法。由于广义扩展有限元法同时继承了广义有限元法和扩展有限元法的优点,与其他数值方法相比具有独特的优势。本文阐述了广义扩展有限元法的基本原理和数值实现方法,编制了相关计算程序,实现其裂纹扩展的追踪分析。     

结构半主动变刚度控制的研究

尽管已有的研究证明传统的变刚度控制系统可以有效地抑制结构在地震激励下动力响应,但是现有的变刚度装置仅能在很小的范围内改变结构的周期,而且也不利于抑制结构的加速度反应。为了克服这一局限性,本文提出了一种新型的半主动变刚度(ISAVS)控制系统,兼具基础隔震和传统变刚度控制的优点。基于作者提出的离复位控制策略,本文针对ISAVS系统进行了地震作用下的数值模拟,验证了它的可行性和有效性。     

空间梁单元切线刚度矩阵的精确分析方法

为有效进行空间刚架结构后屈曲分析,提出一种新的空间梁单元切线刚度矩阵的精确分析方法。首先用直接法建立梁单元杆端力与杆端位移的增量关系式,然后根据矩阵微分理论求出单元杆端力关于杆端位移的导数,在求导结果表达式中令杆端位移增量为0,即可得到梁单元切线刚度矩阵。对六层和二十层空间刚架结构进行了后屈曲分析。结果表明:所得的空间梁单元切线刚度矩阵具有足够精度,可有效用于大型空间刚架结构的后屈曲分析。     

计入初始应变项的平面梁单元非线性刚度矩阵

开展平面结构几何非线性分析时经常会遇到杆件含有初始应力力或初始应变的情况。由于非线性刚度矩阵中舍有节点位移，矩阵运算量大，给刚度矩阵的推导带来很大困难。根据平面梁单元几何非线性方程，采用计入初始应力和初始应变项的一般性线弹性应力应变关系，导出了相应的切线刚度矩阵，利用MATLAB数学工具箱，给出了含有初始应力和初始应变的所有刚度矩阵的显式表达式，为程序编制奠定了基础。     

锈蚀钢筋混凝土偏压构件抗弯刚度有限元模拟

钢筋锈蚀会影响钢筋混凝土偏压构件的抗弯刚度。论文基于ANSYS有限元程序,建立了同时考虑锈后钢筋力学性能下降、有效截面积减少以及钢筋与混凝土粘结性能退化的锈蚀混凝土偏压构件有限元计算模型,通过有限元计算结果和试验结果的对比,验证了论文所建有限元模型的可靠性。     

结构安全性等级的实用计算

本文首先简要介绍了基于结构系统可靠性的结构安全性等级划分的基本思路,进而利用泰勒展开法推导了结构安全性等级的实用计算公式,通过算例验证了该方法的可行性。此外,将本文计算方法与现行鉴定标准中基于经验的方法进行了对照比较,证明定量与定性可以很好地结合。