高温下张弦梁结构力学特征解析解

在实腹钢梁或钢桁架下部张拉预应力高强钢索形成预应力张弦梁结构,然而钢索的预应力对温度变化敏感,因此火灾是危及张弦梁结构安全性的重要灾害,求解高温下结构的力学特征解析解是进一步研究其火灾安全性能的理论基础。考虑高温下钢材材性的衰减、非线性热应变以及几何形变的耦合,建立张弦梁结构高温下梁单元与索单元建立基本平衡微分方程,分别推导出在均布荷载作用下张弦梁结构在均匀温度场及非均匀温度场中,结构跨中挠度、预应力索水平张力和撑杆轴力的解析解;并且基于张弦梁结构力学特征解析解,对比分析了张弦梁结构热力耦合数值分析模型的可靠性,可为后继设计张弦梁受火试验方案及研究其受火破坏机理提供参考。     

高温下张弦梁结构力学特征解析解EI北大核心CSCD

在实腹钢梁或钢桁架下部张拉预应力高强钢索形成预应力张弦梁结构,然而钢索的预应力对温度变化敏感,因此火灾是危及张弦梁结构安全性的重要灾害,求解高温下结构的力学特征解析解是进一步研究其火灾安全性能的理论基础。考虑高温下钢材材性的衰减、非线性热应变以及几何形变的耦合,建立张弦梁结构高温下梁单元与索单元建立基本平衡微分方程,分别推导出在均布荷载作用下张弦梁结构在均匀温度场及非均匀温度场中,结构跨中挠度、预应力索水平张力和撑杆轴力的解析解;并且基于张弦梁结构力学特征解析解,对比分析了张弦梁结构热力耦合数值分析模型的可靠性,可为后继设计张弦梁受火试验方案及研究其受火破坏机理提供参考。     

多跨体外预应力连续梁动力特性研究-模态解析解

为研究多跨体外预应力连续梁动力特性解析表达,基于Bernoulli-Euler梁理论建立任意预应力筋布置形式的连续梁分析模型。在Ayaho Miyamoto研究基础上,建立预应力变化量与位移函数关系,将连续梁视为满足弯矩、转角条件的多个单跨梁,采用分段联立方法建立多跨体外预应力连续梁振动方程组,获得频率方程解析解。以两、三跨体外预应力连续梁为例,通过求解频率方程获得自振频率,与有限元及试验比较表明结果吻合较好。用该方法可较准确求得多跨体外预应力连续梁自振频率、振型等动力参数。     

预应力简支工字钢梁自振频率变化规律研究

为研究预应力简支工字钢梁固有频率在不同工况下的变化规律及其变化的原因。采用分级施加预应力的方式进行2组体外预应力简支工字钢梁的动力试验,以预应力简支工字钢梁的试验研究结果为基础,建立简支工字钢梁和预应力简支工字钢梁有限元分析模型。试验结果与有限元对比分析表明:预应力筋张拉力、偏心距和预应力筋线型布置对预应力简支工字钢梁固有频率有影响,偏心距和预应力筋的线型布置对预应力钢梁固有频率影响较大,预应力筋张拉力影响较小。     

预应力对混凝土梁动力特性的影响分析

通过对预应力混凝土梁强迫振动试验与有限元动力分析,得出了预应力混凝土梁的基本动力特性;进一步考察了预应力大小、预应力筋形状和位置对动力特性的影响。结果表明:对于混凝土梁,是否施加预应力和预应力索的位置对频率会产生一定的影响,而预应力大小和预应力索的形状对频率的影响则较小,分析结果有助于结构健康监测和损伤识别。     

联方型双撑杆索穹顶考虑自重的预应力计算方法

为了改善传统索穹顶结构的受力性能,该文提出了一种联方型双撑杆索穹顶结构,该索穹顶的上弦节点与两根斜撑杆相连,稳定性好并且便于张拉施工。针对联方型双撑杆索穹顶的找力分析问题,根据节点平衡方程,推导出考虑结构自重时索穹顶的预应力计算公式;给出了不同参数下联方型双撑杆索穹顶的预应力计算表,分析了该结构的受力特性;比较了考虑结构自重和不考虑结构自重时索穹顶初始预应力的差别,并采用有限元迭代法对比验证了理论公式的准确性。分析结果表明：随着矢跨比和撑杆高度的增大,结构中所有构件的初始预应力将减小;在自重荷载下,内圈脊索内力降低,最外圈斜索和环索内力显著增加;采用该文提出的理论公式可快速准确的获得考虑结构自重时联方型双撑杆索穹顶的实际预应力分布,为工程设计提供参考。     

张弦梁平面外弹性稳定性能研究

无平面外支撑的张弦梁在平面内受荷过程中可能发生平面外失稳。该文首先将张弦梁的平面外失稳分为索撑体系的失稳和张弦梁整体失稳,并采用平衡法和能量法对索撑体系的稳定性进行研究;其次对于张弦梁平面外整体失稳,指出将撑杆和拉索的作用等效为集中力、提取钢梁进行稳定设计的方法并不安全;该文采用Ritz法建立张弦梁的势能方程,结合势能驻值原理,得到张弦梁在全跨均布荷载和纯弯荷载下的平面外弹性屈曲荷载,结果与有限元吻合较好。该文得到的张弦梁平面外屈曲荷载计算公式对其平面外稳定设计具有参考作用。     

无粘结预应力钢梁桥的刚度分析

本文介绍了无粘结预应力钢梁的分析方法，建立了简支索梁的基本概念及假设和基本平衡方程。本文得到了只有曲线布置预应力束才能提高钢梁桥抗弯刚度的结论。     

多索-梁结构固有振动特性分析

进行了单索-梁结构和二索-梁结构模型固有振动试验,采用斜拉桥整体动力分析有限元方法建立了索梁结构有限元模型,与试验结果进行的比较验证了所建有限元模型的正确性。通过对单索-梁结构至四索-梁结构的固有振动特性的有限元分析表明,斜拉索的存在和数量对索梁结构的面内固有频率影响较大,对面外固有频率影响很小;斜拉索的增加使索梁结构面内振动频率增大的主要原因是斜拉索对主梁起到竖向支承的作用。将斜拉索竖向支承作用简化为弹性支撑,考虑斜拉索水平分力对主梁轴力的影响,推导得到了多索-梁结构面内固有振动的频率方程和振型函数,与有限元计算结果进行的对比说明了所得简化公式的正确性和适用性。     

向量式有限元在索穹顶静力分析中的应用

索穹顶结构是一种由预应力拉索与竖杆组成的高效柔性空间结构,易发生较大位移,拉索可能出现松弛现象。该文采用向量式有限元进行了索穹顶的静力分析。向量式有限元是一种向量力学与数值计算相结合的分析方法,不同于传统分析力学方法和其他数值计算方法。向量式有限元基于运动方程求解,不需求解非线性方程组及刚度矩阵,尤其适合于发生刚体位移和几何大变形的结构或机构求解。该文首先介绍了向量式有限元的基本原理,推导了预应力索单元的求解公式,最后采用自编向量式有限元程序,分析了一个单摆模型和一个索穹顶结构模型。结果表明：向量式有限元应用于索穹顶静力分析是可行而且可靠的,在传统有限元计算难以收敛的情况下仍然可以对结构进行精确的非线性分析,为索穹顶的非线性分析提供了一种新的方法和手段。     

预应力简支钢箱梁自振频率研究

建立了预应力钢箱梁振动性能的非线性分析模型,并推导了曲线型布索的预应力简支钢箱梁自振频率计算公式;以曲线型布索的预应力简支钢箱梁试验模型为基础,应用有限元分析软件ANSYS建立了预应力简支钢箱梁模型并对其进行模态分析,通过模型试验的自振频率测试结果和有限元分析结果验证了理论公式推导的正确性;采用理论计算和有限元数值计算相结合的方法研究了预应力钢索索力、锚固位置对预应力简支钢箱梁自振频率的影响。     

钢箱梁爆炸冲击局部破坏的数值模拟

运用LS-DYNA非线性有限元软件,采用ALE多物质流-固耦合算法,研究了汽车炸弹（TNT当量100-500kg）桥面爆炸冲击作用下钢箱梁的局部破坏。结果表明,钢箱梁局部破坏模式有两种：（1）桥面板和底板均破口;（2）桥面板破口,底板产生局部塑性大变形。隔板的主要破坏模式为弯曲塑性大变形和破口。破坏参数随炸药当量的增加呈非线性增加。箱体内冲击波对底板、隔板的冲击作用相对较小,顶板破片的冲击作用是底板和隔板产生局部塑性大变形和破口的主要原因。     

随机车辆荷载下三塔悬索桥钢箱梁疲劳关键断面分析

泰州大桥为世界首座千米级三塔悬索桥,建立泰州大桥的三维全桥模型,通过简化的车辆荷载模型,将随机车流加载于大桥有限元模型上,计算泰州大桥主梁不同位置竖向位移和弯矩的振动响应值,分析车流作用下大桥主梁应力变化最大位置,从而确定主梁的疲劳分析的关键位置。     

隧道初期支护结构受力特性及适用性研究

复合衬砌是目前隧道支护结构的基本形式,即由初期支护与模筑混凝土二次衬砌结构复合而成。按照新奥法原理进行设计和施工时,在围岩稳定性较差的条件下,初期支护通常采用由喷射混凝土与型钢钢架或格栅钢架及锚杆组成的组合结构,但在采用型钢钢架还是格栅钢架支护问题上一直存在不同的观点,其争论的焦点是对其支护结构性能及其适应性的认识,核心则是“支护-围岩”作用体系中支护结构的作用及其演化过程特点,而在不同围岩及工程尺度条件下其作用效果也有所不同。为此,该文首先通过型钢钢架和格栅钢架的室内性能试验,对两种支护结构的受力特性、破坏过程及演化特征、极限承载力及变形量等进行了系统的研究;然后通过有限元组合结构进一步分析了型钢钢架和格栅钢架的受力特性、极限承载力和变形特性;最后结合京沪高铁金牛山隧道现场试验,取得了两种支护类型下围岩荷载释放规律和压力分布特点,并分别给出了型钢钢架与格栅钢架的特点和最佳适用条件。该成果对于澄清支护作用机制以及隧道初期支护设计和施工具有重要的理论价值和指导作用。     

下承式钢板梁桥空间振动计算分析

本文提出了列车、下承式钢板梁桥空间振动的有限单元分析模型 ,采用计算机模拟方法 ,计算了提速列车以不同车速通过 3 2m下承钢板梁桥的空间振动响应 ,检算该桥是否具有足够的刚度及良好的运营平稳性 ,所得结果与实测资料相符 ,可供决策部门参考。     

大跨波形钢腹板箱梁桥日照温度场及温差效应研究

针对目前我国桥涵设计规范未给出波形钢腹板箱梁日照温度梯度,和其温度梯度研究工作的不足。以港珠澳大桥连接线工程某特大跨波形钢腹板连续箱梁桥为研究对象,对其波形钢腹板箱室断面,进行了3 d的日照温度场观测。研究了其日照温度场分布规律,继而提出波形钢腹板箱梁竖向和横向温度梯度数学计算模型,并对温差参数的取值进行了探讨。结合现场实测数据和有限元软件,对比不同温度梯度模式的温差计算值,分析了其温差效应。研究结果表明：实测波形钢腹板箱梁温度场分布与传统箱梁相差较大;温度梯度模式为指数函数和线性函数组成的分段函数;该模式计算得到的竖向及横向温差值与实测结果十分吻合,其他模式与实测结果相差较大;由于温差效应影响,顶板中轴线下缘产生了较大的横向拉应力,设计中应给予关注。该模式可为不同气候条件地区同类桥梁温度荷载计算提供重要参考。     

上承式钢板梁桥空间振动计算分析

本文提出了列车、上承式钢板梁桥空间振动的有限单元分析模型，采用计算机模拟方法，计算了列车提速后通过32m上承钢板梁板的空间振动响应，检算该桥是否具有足够的刚度及良好的运营平稳性，所得结果与实测资料相符，可供决策部门参考。     

预应力组合箱梁抗弯能力计算分析

预应力钢-混凝土组合梁作为一种新型的横向承重构件,在工程中得到了广泛的使用,准确计算其抗弯承载能力是工程上最为基本也是最重要的要求。该文以弹性分析理论为基础,推导了考虑交界面相对滑移和预应力增量的预应力组合梁弹性承载能力和挠度计算公式;以完全协同作用和平截面假定为前提,采用简化的塑性理论,推导了考虑预应力增量的极限抗弯承载能力计算公式。公式能够反映预应力组合梁的受力特点,计算结果与试验值吻合良好,满足工程精度。     

方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙边框柱刚度研究

钢框架-薄钢板剪力墙竖向边缘构件刚度限值源于经典薄腹梁理论,其仅适用于钢框架,对于方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙,该刚度限值公式不再适用。该文基于薄腹梁理论,提出了方钢管混凝土竖向边缘构件的刚度限值计算公式。构建了不同宽高比和宽厚比分析模型,进行了非线性数值分析,研究了不同柱刚度对方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙力学性能、边框变形和破坏机制的影响。结果表明,按照该文公式设计的方钢管混凝土竖向边缘构件可充分发挥薄钢板剪力墙的结构性能,实现理想的破坏机制。