大跨度桥梁耦合颤振的全阶分析方法

基于结构的有限元全物理模型，提出了用于分析大跨度桥梁耦合颤振问题的全阶分析方法。该方法是一种单参数搜索方法，克服了以往直接颤振分析方法的一些缺陷。由于大型稀疏矩阵均为带宽压缩方式存储，并且采用高效的同时迭代方法进行求解，所以本文方法具有较高的效率。它能准确地提供系统模态频率和阻尼比随折减风速或自然风速而变化的全过程情况。此外，对主跨跨度1385m的江阴长江大桥进行了耦合颤振分析，证实了该方法在实际桥梁颤振分析中的可靠性的有效性。     

大跨度桥梁颤振抑制的控制律

大跨度桥梁的颤振是一种危险的发散的自激性运动，在桥梁的设计和使用中要绝对避免发生。本文将主动控制技术引入桥梁颤振抑制，并给出了桥梁颤振的主动抑制、半主动抑制的控制律设计方法。     

基于可靠度理论的桥梁涡激振动概率性评价

涡激共振是大跨度桥梁在低风速下容易发生的一种风致振动,涉及的不确定因素众多,利用可靠度理论对这类风致振动进行安全估算是大跨度桥梁风振研究的趋势。探讨了桥梁涡振的三种失效模式,包括基于涡振风速的失效模式、基于涡振振幅的失效模式和基于前两种失效模式交集的涡振刚度失效模式,基于此,以某座大跨度桥梁为例,应用二次四阶矩法计算了基于涡振振幅的失效概率,并与二次二阶矩法的计算结果进行了比较,用Monte Carlo模拟法(MC)进行了验证,发现基于二次四阶矩法的可靠度分析相对于二次二阶矩法具有较高的精度。然后,基于二次四阶矩法的计算结果得到了桥梁涡振刚度失效的概率,研究表明：单独考虑桥梁涡振发生风速或涡振振幅的失效概率偏于保守,应结合起来考虑。     

桥梁风致颤振临界状态的全域自动搜索法

本文进一步完善了桥梁风致颤振三维分析的多模态参与单参数搜索M-S法:实现了无量纲风速范围内多个可能颤振形态的全域自动搜索;构造了考虑结构阻尼的自动迭代法;分析过程不需任何人工干预。文末虎门桥算例展示了本文方法的优点:计算过程不需人工干预,计算结果稳定。改进后的方法已在作者开发的大跨度桥梁空间静动力分析NACS程序的Windows版本中实现。桥梁设计人员可以直接应用NACS程序方便快捷地预测桥梁的颤振临界风速,也可供桥梁抗风研究应用。     

桥梁颤振气动导数辨识的随机激励法

针对桥梁颤振气动导数辨识提出非经典线性系统参数辨识的随机激励法,能够同步识别出桥梁模型中全部的八个颤振气动导数.该方法基于载荷辨识原理,避免讨论非经典线性系统模态矩阵对称性的问题.通过仿真算例,说明此方法识别结果稳定,并具有一定的抗噪干扰能力,在工程应用上具有一定的意义.     

考虑多模态气动耦合效应桥梁颤振TMD控制参数分析

基于多模态耦合颤振理论,导出带有被动调质阻尼器(TMD)桥梁多模态耦合颤振系统运动方程。通过PK-F法求解系统颤振运动方程,并编制了多模态耦合颤振TMD控制和参数分析程序。以崖门斜拉桥为例,分析了TMD对桥梁颤振控制的有效性和气动导数、结构参数、TMD参数等对颤振控制效果的影响,并讨论了TMD对桥梁颤振控制的机理。     

基于多模态耦合颤振理论桥梁颤振MTMD控制鲁棒性分析

基于多模态耦合颤振理论和结构的固有模态坐标,导出带有多重调谐质量阻尼器(MTMD)桥梁系统颤振运动微分方程。通过将系统广义位移和速度作为状态空间向量,进一步将系统颤振运动微分方程转化为状态空间方程,最后将带MTMD桥梁颤振问题归结为数学上一个非对称实矩阵的广义特性值问题,并编制了多模态耦合颤振MTMD控制和参数分析程序。以崖门斜拉桥为算例,分析了MTMD对桥梁颤振控制的有效性和鲁棒性,计算结果表明与传统TMD相比,MTMD具有更高的鲁棒性。     

拱坝开裂轨迹的概率向量及其分析的随机有限元法

按拱坝的分载位移法分析拱坝。以拱梁交点的各类复合内力做为交点截面破坏的判据。由截面各类复合内力的极限状态建立截面破坏的各类功能函数，导出了各类功能函数的梯度向量计算公式，以及破坏概率计算的迭代、递推公式。由拱坝截面的破坏进行拱坝超静定次数的降维。由破坏截面的累集寻找拱坝开裂的轨迹。由破坏截面条件概率的累集得到拱坝破坏轨迹的条件概率向量。     

大跨度桥梁非线性颤振理论与试验研究

目前,在线性颤振设防标准下,大跨桥梁的设计与建设成本巨幅增加,严重阻碍了大跨度桥梁的进一步发展,亟需研究大跨度桥梁的非线性颤振特性并构建相关非线性颤振分析理论,为后颤振设防标准的构建提供理论依据。该研究发展了基于自由振动风洞试验识别幅变颤振导数的方法,建立了多/全模态耦合三维非线性颤振频域快速分析方法和能够考虑气动与结构双重非线性效应的三维时域分析方法,拓展了桥梁断面节段模型大振幅非线性颤振研究的风洞试验技术。基于发展的非线性颤振分析方法,以国内某四主缆双层桁架主梁断面悬索桥为背景,研究了该桥主梁断面的非线性颤振特性,量化了竖向自由度对该断面非线性颤振的影响,探究了多模态耦合效应对该桥非线性颤振的影响规律,发现了几何非线性效应诱发的超谐共振行为,并据此揭示了几何非线性效应对该桥非线性颤振的影响机制。该文方便读者对非线性颤振理论与分析方法有比较全面的了解,研究可为今后建立大跨桥梁的韧性抗风设计标准提供理论支撑和技术保障。     

平板断面扭弯耦合颤振机理研究

基于二维三自由度耦合颤振分析方法,对平板断面经典扭弯耦合颤振的颤振驱动机理和颤振形态进行了深入研究。研究结果表明经典扭弯耦合颤振仍然是由气动负阻尼驱动的,“气动刚度驱动”的机理解释是不正确的,而气动负阻尼主要来源于系统扭转和竖向自由度运动之间的耦合效应。颤振形态矢量的分析结果显示经典扭弯耦合颤振发生时竖向自由度参与程度较高,表明扭转和竖向自由度的耦合效应相当强烈。对颤振形态同结构扭弯频率比以及颤振形态同结构颤振性能的关系进行了分析,虽然颤振形态同结构扭弯频率比之间存在简单、唯一的对应关系,但颤振形态同结构颤振性能的关系则比较复杂。最后对发生于平板断面的竖弯形态颤振的机理进行了探讨。     

随机有限元-最大熵法

本文提出一种用于结构可靠性分析的随机有限元-最大熵法。它是利用随机有限元法计算结构响应量的前几阶矩,然后利用最大熵法拟会响应量的概率分布,据此算出结构的失效概率。此法具有精度较高、计算量较小的优点。     

基于FORM 有限元可靠度方法的结构整体概率抗震能力分析

将多级力控制Pushover分析方法与一次可靠度方法(First Order Reliability Method, FORM)相结合,提出了结构整体概率抗震能力分析的FORM 有限元可靠度方法。利用OpenSees 的有限元可靠度分析模块,将该方法应用于钢筋混凝土框架结构,并与蒙特卡洛模拟法分析结果进行对比。结果表明:该方法具有较高的精度和效率,为结构整体概率抗震能力分析提供了另外一种思路。     

一座现有拱桥面内失稳的可靠度随机有限元分析

用基于一次可靠度方法的可靠度随机有限元对一座现有的钢筋混凝土拱桥面内稳定性进行剩余可靠度计算,并对影响稳定性可靠度的主要参数进行了灵敏度分析.以随机变量和随机场表示现状荷载(汽车荷载、人群荷载、桥面二期恒载和结构自重)及结构参数(主拱圈弹性模量).用作者提出的基于线性回归的随机场离散方法离散上述随机场,以有限元稳定分析的解作为复杂结构的隐式功能函数.上述功能以及失稳特征值对基本变量的梯度计算均已包含在作者开发的可靠度随机有限元程序RESFEP中.分析给出此桥稳定性可靠度值.灵敏度分析表明:在各随机变量中,拱肋弹性模量随机场离散变量对拱桥可靠度指标影响最大,汽车荷载随机场离散变量次之;在各随机变量的均值和标准差中,拱肋弹性模量随机场离散变量均值和标准差对拱桥可靠度影响最大,汽车荷载随机场离散变量的均值和标准差次之.     

有限元法和退火进化算法相结合分析结构模糊可靠性

结构的失效除了具有随机性,还应具有模糊性。本文在介绍一种修正的联合概率密度函数的基础上,采用有限元法和退火进化算法相结合来研究结构的模糊可靠度。在每一模糊失效水平下,有限元法用来计算荷载效应项,并将荷载效应项代入原联合概率密度函数形成修正的联合概率密度函数。为了解决进化算法的早熟收敛问题,采用模拟退火算法与进化算法相结合,以保证更有效地搜索到最可能失效点(设计点)。解决不存在显式极限状态方程的大部分实际结构的可靠度研究的困难。数例结果表明该法可直接应用现有的确定性的有限元程序,并且具有很好的效率和精度。     

随机有限元及其进展──Ⅱ．可靠度随机有限元和随机有限元的应用

本文为下篇，讨论了可靠度随机有限元的主要问题，如梯度计算，非弹性结构的问题及系统可靠度等，还给出了随机有限元程序的研制及应用。     

弹塑性随机有限元在低周疲劳分析中的应用

推导了交变载荷下弹塑性随机有限元的迭代格式,计算了局部多轴应力应变的随机响应.迭代格式中,针对复杂的交变载荷,采用运动强化模型反映塑性变形引起的各向异性和包辛格效应,运用Jhansale模型描述材料的瞬态应力应变关系.弹塑性有限元分析,克服了以往近似方法只能计算单轴局部应力应变响应的缺陷,为多轴疲劳分析奠定了基础.考虑零构件的随机因素,将随机有限元方法引入到交变载荷下弹塑性有限元的迭代格式中,得到局部应力应变的随机响应,为低周疲劳可靠性分析提供了更精确的依据.Mont Carlo模拟结果证实了提出的弹塑性随机有限元方法是可靠的.     

改进的基于弹性核法的曲梁有限梁段法

基于弹性核法的曲梁有限梁段法,在求解曲梁单元刚度矩阵时,因柔度矩阵的表达式繁琐,难以直接求逆得到单元刚度矩阵的解析表达式.相关文献及曲梁的梁段有限元程序均采用数值方法求逆,得其刚度矩阵.该文提出一个矩阵求逆理论,并证明之.依此理论推导出曲梁单元刚度矩阵的解析解,并提出对曲梁有限梁段法的改进.算例验证了公式的正确性和可靠...     

随机边界元法在大坝可靠性分析中的应用

本文综合考虑重力坝受自重，水压力及温度场的影响，应用随机边界元法，结合一阶二次矩法，分析了一大坝的强度可靠度的稳定可靠度，所得结果与随机有限元法所得相符。     

基于ABAQUS平台的扩展有限元法

以ABAQUS为平台,提出了一种预设虚节点法,首次在通用有限元程序上嵌入了扩展有限元法的功能。推导了扩展有限元法中的子域积分同Heaviside函数的关系,并改进了一种三角形子域积分算法。对三点弯梁的开裂过程进行了模拟。计算结果表明,扩展有限元法对非连续位移场的表达不依赖于单元边界,是一种模拟裂纹扩展过程等涉及移动非连续问题的有效方法。与通用有限元软件的结合则为应用该方法解决实际复杂问题提供了方便的途径。