随机缺陷模态法在弦支穹顶稳定性计算中的应用

初始几何缺陷对弦支穹顶的稳定性能有较大的影响。在结构整体稳定性计算中,利用随机缺陷模态法为结构施加合理的初始几何缺陷是该文的主要研究目的。首先采用一致缺陷模态法,在不同初始几何缺陷下,对肋环2型弦支穹顶结构进行稳定性能分析,然后讨论随机缺陷模态中方差的取值方法,并利用该方法对肋环2型弦支穹顶结构进行了210种不同初始几何缺陷下的稳定性能分析,两种分析方法所施加缺陷的最大值均为结构跨度的1/300。分析结果表明:结构的初始几何缺陷对结构的稳定性能影响较大,考虑初始几何缺陷后结构稳定性能为完善结构的50%左右,且采用一致缺陷模态法时也需通过考虑不同缺陷分布形式的多次计算才能合理评估结构的稳定性能,建议在跨度较大、较为复杂的结构中采用随机模态法来考虑初始几何缺陷对结构稳定性能的影响。     

考虑随机缺陷的钢框架-支撑结构试验研究与有限元分析

该文对一榀单跨双层钢框架-支撑结构进行了静力试验,重点研究了初始几何缺陷对结构变形性能的影响,由试验结果与有限元分析结果对比吻合较好,证明了考虑随机初始缺陷有限元模型的正确性。采用有限元ANSYS软件对三跨三十二层钢框架-支撑结构的随机缺陷模型进行全过程高等分析,采用蒙特卡罗法拉丁超立方抽样的技术模拟了框架随机初始缺陷的分布情况,并对比多种国内外规范多种考虑初始缺陷的方法,重点研究了结构和构件的变形性能。结果表明:考虑随机初始几何缺陷的框架变形与无缺陷理想框架的柱顶侧移相差不大,在高层结构的高等分析中可不考虑。此外规范中假想力框架变形远远超出随机缺陷框架,可知假想力计算方法过分夸大了初始几何缺陷的不利作用。     

初始几何缺陷模式对单层球面网壳抗震性能的影响

为探索地震作用下单层网壳的最不利初始几何缺陷分布模式,对施加四种初始几何缺陷的单层球面网壳分别开展了抗震性能研究。参照相关文献选取一致缺陷模态一、一致缺陷模态二,特征值缺陷及一阶振型缺陷四种典型的初始几何缺陷分布模式,并介绍了四种初始几何缺陷模式的理论计算公式及施加于理想网壳的方法;通过有限元建模分析,考察了施加四种初始几何缺陷模式后单层网壳的变形及自振频率变化;分别对跨度为100 m和其它不同参数的单层球面网壳施加上述四种初始几何缺陷模式、并分别输入七条选取于唐山地震主震实测三向地震动记录开展动力时程分析,考察四种初始几何缺陷模式对单层网壳动力工作性能及承载能力的影响。结果显示,对于矢跨比为1/3的单层球面网壳,施加一致缺陷模态一后网壳的最大节点位移值较大;其它参数的单层球面网壳,施加了特征值初始几何缺陷模式后网壳的最大节点位移值较大。该研究可对单层网壳开展动力工作性能分析及结构设计考虑地震作用时最不利初始几何缺陷模式的选取提供参考。     

基于蒙特卡罗的考虑随机初始缺陷的分析方法

现行规范采用的多种直接或间接考虑初始缺陷的取值方法均没有很好的考虑构件缺陷的随机分布,夸大了初始几何缺陷的影响。针对现有工程初始缺陷实测分布具有随机偶然性的问题,该文采用蒙特卡罗法模拟了结构构件的随机初始几何缺陷。为进一步提高抽样效率,同时采用了具有抽样记忆功能的拉丁超立方抽样技术,避免了在抽样空间内重复抽样,有效减少了模拟次数。结果表明:用自编程序实现的考虑钢框架结构随机初始几何缺陷的分析方法,可以在多高层钢框架结构高等分析中模拟初始缺陷的随机分布与遇合,为开展准确有效的高等分析与设计研究奠定基础。     

电除尘器壳体墙板立柱结构体系缺陷敏感性研究

电除尘器是用于消除大气烟尘的重要环保设备,壳体是其中最重要的工艺部分。壳体墙板为加劲钢板,与立柱连续焊接连接,组成共同承载的结构体系。壳体承受的横向荷载为负压与风荷载,作用在墙板上,壳体承受的竖向荷载主要作用在立柱上。墙板的初始缺陷会影响立柱的承载能力。该文通过非线性有限元方法,研究不同缺陷幅值时,完善结构极值点变形缺陷模态、完善结构非线性分岔点变形缺陷模态、特征值屈曲缺陷模态、墙板正弦波形缺陷模态以及墙板安装过程中的焊接收缩残余变形与残余应力对立柱承载力的影响。当缺陷幅值一定时,各种初始几何缺陷形式中,以完善结构的极值点变形缺陷模态为最不利。墙板安装过程中的焊接收缩引起的残余应力对于立柱承载是有利的,但是提高承载力很小。随着焊接收缩量的增大,残余应力值增大,同时考虑残余应力和残余变形影响得到的立柱承载力比仅考虑残余变形得到的承载力的增加量变大。     

初始缺陷对耐压结构承载性能影响

目的基于有限元方法,通过分析研究深海耐压圆筒结构在不同初始缺陷下的屈曲压力,研究初始缺陷对厚壁圆筒承载极限的影响。方法建立了三维厚壁筒模型,分别研究了圆筒在初始几何缺陷、初始应力缺陷和两种缺陷复合的状态下,结构的承载性能,并将得到的结果与理想状态下的结构作对比。结论结果表明,无论是初始几何缺陷,还是初始应力缺陷,都会降低结构的承载极限。     

边壁周期性不规则圆柱形储液罐的动态特性分析

对罐壁具有Ｃｏｓ（ｍθ）（ｍ＝１，２，…）型初始不规则的立式圆柱形储液罐的动态特性进行了理论分析，探讨了初始不规则对储液罐固有频率的影响，借助于速度势函数推导了罐中的液体动压分布，文中将初始不规则看成果初始位移，采用半解析有限元法处理罐壁，由Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理推导了储液罐的自由振动方程，在该方程中不仅考虑了初始不规则对液体动压的影响，也考虑了初始不规则所引起的罐壁环向振动间的耦合作用，算例结果表     

边壁周期性不规则国柱形储液罐的动态特性分析

对罐壁具有ｃｏｓ(ｍθ)（ｍ＝１,２,…）型初始不规则的立式圆柱形储液罐的动态特性进 行了理论分析,探讨了初始不规则对储液罐固有频率的影响。借助于速度势函数推导了罐中 的液体动压分布。文中将初始不规则看成是初始位移,采用半解析有限元法处理罐壁,由 Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理推导了储液罐的自由振动方程。在该方程中不仅考虑了初始不规则对液体动压 的影响,也考虑了初始不规则所引起的罐壁环向振型间的耦合作用。算例结果表明,边壁初 始不规则对某些固有频率的影响是不容忽视的。     

基于响应面法的复式钢箱提篮拱地震可靠度分析

地震可靠度是桥梁抗震研究中的重要问题。基于随机分析的响应面理论和规范反应谱法,提出了一种分析具有随机结构参数的桥梁地震可靠度的方法,研究了复式钢箱提篮拱桥在地震激励下,结构设计基准期内的可靠度。分析时考虑了结构参数和场地土的随机性,分别计算了钢箱提篮拱桥主、副拱肋在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下的失效概率,得到了主、副拱肋在设计基准期内,按规范“三水准设防标准”条件下的地震可靠度。计算结果表明,该桥设计满足抗震规范要求。     

基于附加质量法的大型固定顶储液罐基底隔震分析

鉴于目前储液罐基底隔震研究多采用一维简化的Haroun-Housner模型,基于附加质量法,考虑液体对流质量和脉冲质量,建立储液罐三维简化的附加质量模型。通过分析比较相同地震激励下不同高径比储液罐罐的Haroun-Housner模型、附加质量模型和流固耦合模型的动力响应,验证了附加质量模型的合理性。针对某大型固定顶储液罐,基于此简化模型,基底引入FPS隔震支座,系统地研究了基底隔震储液罐在不同场地条件下的非线性地震动力响应。分析结果表明:FPS隔震支座对储液罐地震响应有很好的控制作用,有效地降低了液体脉冲分量的运动,避免了罐壁发生屈曲破坏,但放大了液体对流分量的运动。     

软土场地大型LNG储罐考虑桩土相互作用的地震响应分析

在通用有限元软件ANSYS平台上建立了桩-土-LNG储罐相互作用体系的三维整体有限元模型,分析了在IV类软土场地上考虑桩土相互作用对LNG储罐地震响应的影响。结果表明,LNG储罐的基底剪力峰值、倾覆力矩峰值和内罐壁等效应力最大值均有不同程度的减小,而最大晃动波高增大。另外还讨论了不同保温层刚度对LNG储罐地震响应的影响,通过对比发现,保温层刚度对储罐的地震响应具有重要的影响,随着保温层刚度在一定范围内的增加,基底剪力峰值、倾覆力矩峰值和最大晃动波高变化较小,但内罐壁等效应力最大值减小明显。     

近海风力发电高塔波浪动力可靠度分析

采用基于广义概率密度演化方程的极值概率密度理论,该文研究了近海风力发电高塔在随机波浪作用下的动力可靠度问题。波场由基于拟层流风波生成机制的随机Fourier海浪谱及线性波浪理论模拟,确定性结构动力响应由有限元模型分析给出。结果表明:采用极值概率密度理论可以方便地计算出不同阈值水平下塔顶侧移的动力可靠度,采用经典的Poisson模型计算的动力可靠度随阈值水平的降低而误差增大。     

基于部分分层抽样的高墩桥梁随机地震响应分析EI北大核心CSCD

为了表征桥梁结构不确定性和随机参数相关性对桥梁结构抗震性能的影响,从概率角度对桥梁进行抗震性能分析,基于部分分层抽样原理建立了时-频非平稳地震作用下桥梁非线性随机地震响应分析方法。基于地震动演化功率谱,采用谱表示方法生成非平稳地震动样本,并采用基于正交函数的思想对谱表示方法中的随机变量进行模拟,通过两个基本随机变量表征地震动的不确定性;采用基于数论的部分分层抽样方法对地震动-结构随机变量抽样,从而对桥梁非线性随机地震响应进行模拟,减小桥梁随机地震响应分析中的抽样方差;以一座实际高墩连续刚构桥为数值算例,对其进行了非线性随机地震响应分析,详细研究了桥梁结构不确定性和随机参数相关性对其地震可靠度的影响。研究结果表明:随机地震作用下,桥梁随机地震响应是典型的零均值非平稳随机过程,从地震动开始到结束,桥梁结构地震响应概率密度曲线存在由窄边宽,再由宽变窄的演化过程;随机地震作用下,桥梁结构关键响应的平均峰值因子存在一定差异,其通常在1.8~2.2变化;桥梁结构不确定性和随机参数相关性对高墩桥梁地震响应极值分布和地震可靠度的影响较为显著,忽略桥梁结构的不确定性和随机参数相关性将高估桥梁结构的地震可靠度。     

立式罐液体静压力效应修正值应用研究

立式罐的容量通常是在空罐状态下计量的,当其内装有液体时,由于液体的静压力作用,罐体必然发生弹性形变,使罐的容量增大,该增大值称为液体静压力效应修正值,这在当今大容量计量中是必须考虑的重要问题之一。一、静压力效应修正值的计算立式罐是金属制的圆筒体。为了计算它的液体静压力修正值,首先需考究罐壁受液体静压力作用而引起的径向位移;然后,相应的修正值即可通过径向位移积分求得。     

强震下隔震连续梁桥地震响应的温度效应研究

基于某三跨隔震连续梁桥,分析了环境温度、隔震支座初始位移及铅芯热效应对其地震响应的影响。首先,分析了隔震支座产生初始位移的机理。在此基础上,选取36条近断层地震动记录,分别采用考虑与不考虑铅芯热效应的隔震支座模型,对该隔震连续梁桥进行了不同环境温度条件下的非线性动力时程分析,得到结构关键部位的动力响应。结果表明:低温环境条件下,环境温度、初始位移、铅芯热共同作用效应会使得隔震连续梁桥结构地震峰值位移明显减小,支座、墩底峰值剪力显著增大,环境温度对隔震梁桥地震峰值响应起主导作用;当环境温度超过常温（20℃）时,由于环境温度引起隔震支座力学性能显著退化,环境温度、隔震支座初始位移、铅芯热效应的共同作用使得结构地震峰值位移显著增大,此时初始位移与铅芯热对隔震支座峰值位移、剪力、墩底剪力影响更为显著。由于部分近场地震动作用下的结构峰值位移显著增大,使得其峰值剪力呈现出增大趋势。     

结构动力可靠度计算的基于反应功率谱的重要抽样法

提出了受随机地震作用的结构动力可靠度计算的基于反应功率谱的重要抽样法。为了提高动力可靠度计算的效率,利用反应功率谱峰值点对应频率处输入激励幅值的变化对失效概率的影响,提出了利用反应功率谱增大输入激励幅值的方差,达到重要抽样的目的;根据随机振动理论,平稳随机反应功率谱曲线与频域内反应绝对值平方曲线的期望值是相似形,而频域内反应绝对值平方曲线的期望值可以通过Fourier 变换很方便的求出,所以也可利用频域内反应绝对值平方曲线的期望值增大输入激励幅值的方差;重要抽样密度函数可表示为幅值分量概率密度函数连乘的形式,其所采用的输入激励幅值的方差可通过少量的结构分析次数得出。通过对三自由度线性结构及十自由度随机结构的计算,表明该文算法是提高动力可靠度计算效率的有效途径,也是求解随机结构动力可靠度的有效途径。     

随机移除胞壁对纸蜂窝异面缓冲性能影响试验研究

目的研究随机缺陷对蜂窝纸板承载及缓冲性能的影响。方法通过预制不同胞壁移除比的蜂窝纸板,采用准静态压缩试验,得到其应力-应变曲线、胞壁移除比与蜂窝纸板缓冲系数之间的关系曲线和初始峰应力及能量吸收曲线,并依据试验结果,分析缺陷率对蜂窝纸板承载与缓冲性能的影响。结果随着胞壁移除比的不断增加,材料的缓冲系数不同程度增加,缺陷会显著降低初始峰值应力,能量吸收性能呈现下降趋势。结论为产品包装优化设计提供了依据。     

基于Lyapunov特征指数的钢制储液罐动力失稳概率分析

为有效量化储液罐在地震激励下的失稳概率,参考震害报告选取536组三维地震波记录,由压力-位移格式的流固耦合模型建立等效动力扰动方程,然后通过计算动态Lyapunov特征指数确定储液罐的动力失稳概率。选取某10万m3钢制储油罐作为分析对象,结果表明：水平向地震比竖向地震更易引起动力失稳,多维地震比单维地震更加危险;动力失稳概率随抗风圈的增加而减小;地震动方位、维数及抗风圈设置对“失稳概率-持时”曲线的影响较小。上述方法大幅降低了直接基于流固耦合模型确定储液罐动力失稳概率的计算成本,并能同时考虑地震动峰值与持时变化,从而全面直观反映地震动三要素的影响。     

基于概率密度演化的带有环形隔板圆柱形罐体中流体的晃动研究

考虑大型储油罐在地震荷载作用下罐体中流体晃动对设备造成的严重影响,工程上常采用防晃板来抑制液体的晃动,其中以环形防晃板的应用最为广泛。基于概率密度演化理论分析了带有环形隔板罐体中流体的晃动响应。首先介绍了求解罐中流体晃动响应的"流体子域法",介绍了广义概率密度演化方程及其差分解法;然后总结了对罐中流体晃动响应进行概率密度演化分析的基本步骤;最后通过算例得出流体液面波高的均值与方差,得到波高峰值出现的时间以及最大波高峰值,这使得对流体晃动响应的把握更为精确,也为储液罐及防晃板的精细化设计提供了依据。     

考虑混凝土材料变异性的超大型冷却塔随机屈曲承载力分析

基于屈曲本征方程的形式解推导出随机屈曲本征值满足的概率密度演化方程.取混凝土弹性模量服从正态分布及对数正态分布,分析了超大型冷却塔随机屈曲承载力的概率密度函数、均值、标准差及可靠度.结果表明:正态分布假定时随机屈曲承载力的均值与不考虑随机性的屈曲承载力十分接近,其变异性与混凝土弹性模量的变异性相似.而对数正态分布假定时,一阶屈曲本征值偏离了正态分布,均值及变异性增大,但可靠度降低.规范关于冷却塔整体稳定安全系数的规定偏于保守.