斜拱面非对称钢箱系杆拱桥的抗震分析

天津大沽桥主跨103米,采用全钢斜拱斜系杆面无顶部水平支撑的结构形式,结构复杂,振型多是空间的,自振频率密集。我国新版桥梁抗震设计规范正在编制,目前我国缺少对这种桥抗震设计的明确规定。参考国内外相关规范,采用两阶段抗震设计,确定了表达两阶段水平和竖向地震作用的反应谱,选择和产生合格的三分量地震地面加速度时程历史;计算了拱圈的几何刚度和斜吊杆的割线刚度对地震反应的影响;用有效振型参与质量分别确定了对顺桥向和横桥向地震作用的振型组合所必须的振型数,和非弹性时程积分的合理步长,表明用前57阶振型进行振型组合,以及0.02秒的积分步长能给出可靠的结果。对大沽桥弹性反应分析,反应谱振型叠加法必须使用CQC组合,还应考虑对三向地震作用的反应的组合。利用作者开发的程序BER2002进行三分量地面运动同时输入下的非弹性时程积分。分别考虑水平主波沿顺桥向和横桥向的反应,取大者。分析表明,大沽桥的设计方案有良好的抗震性能。     

澳凼第三大桥斜拉桥的动力特性及线性地震反应分析

结合一座澳门澳凼第三大桥斜拉桥的工程设计实例,采用大型有限元分析程序 ANSYS,选取空间BEAM188、BEAM4 及 SHELL63 单元建立动力计算模型,对比研究了主塔墩底在假定固结和考虑桩土共同工作这两种边界约束处理方式下的动力特性。采用反应谱法和时程分析法对该桥进行了线性地震反应分析,讨论了在两种振型组合方法和三组振型数情况下结构地震响应的最大值。在时程分析中,合理地选取三条地震波分别沿桥的纵、横向输入,得出了主梁和中塔的内力、位移分布规律及时程响应。     

大跨度斜拉立体桁架的水平地震反应分析

大跨度斜拉立体桁架是一种频谱密集周期较长的杂交结构体系,以该结构的两塔三跨和一塔两跨两种体系为对象,研究了通过控制振型参与质量贡献率来确定采用振型分解反应谱法分析时参与组合所需的振型数,探讨了水平地震反应分布规律,并进行了时程分析。研究表明:地震反应振型组合需取前20阶振型具有足够的精度,桁架最大竖向位移和塔顶水平位移及桁架和索的内力反应不大,而塔根的内力反应较大,设计时应给予足够重视。对一塔两跨体系,时程分析结果比振型分解反应谱法分析结果普遍偏大,该结构体系在设计时应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算。     

宜宾长江公路大桥斜拉桥抗震性能评价

采用单梁式有限元模型对宜宾长江公路大桥斜拉桥的动力特性和地震响应进行了计算,考虑了桩-土相互作用和群桩效应,采用反应谱法和时程分析法对该桥进行了地震反应的对比分析。计算结果表明:桥梁结构的抗震性能满足要求;抗震结构体系采用弹性索梁-塔连接体系是合适的,还可进一步降低弹性索刚度或者采用弹性索+阻尼器体系来减小桥梁地震反应;建议大跨度斜拉桥应该采用反应谱法和时程分析法同时计算,结构内力和变形以这两种方法计算结果的较大值作为抗震设计的依据。     

索穹顶结构非线性分析的杆索有限元法

索穹顶结构是大变形柔性组合结构，其受力分析属于几何非线性问题，求解较复杂。本文应用有限元法，结合索穹顶结构特征，提出三节点等参数索单元与两节点杆单元相结合的混合有限元模式。基于Lagrangian坐标描述法和虚功原理推导了空间拉索和杆单元的大位移刚度矩阵，并建立了索穹顶结构非线性分析的增量平衡方程，利用NewtonRaphson法进行了实例计算。结果表明，本文方法精度很高，适合于索穹顶结构的空间非线性分析。     

新型高速铁路客站多维抗震分析的实用反应谱法

针对“房桥合一”高速铁路客站不同阻尼比构件、大跨构件较多,对其阻尼模型和多维实用反应谱法进行了研究。首先通过位能加权阻尼和振型分解法的原理,得出位能加权阻尼的激励为各振型响应,并基于单元刚度矩阵推导了位能计算公式。接着在结构自振周期不超过4.5倍场地特征周期的条件下,对水平与竖向加速度互功率谱的表达形式进行了替代。基于两者,利用随机振动理论与反应谱理论推导了能合理考虑各向振型间相关性的实用反应谱公式。最后,以天津西站II区为例加以应用,并与时程分析、多种常用多维反应谱组合法进行了比较,说明该公式的合理性,可供同类结构抗震设计与分析作参考。     

预应力结构非线性分析的索单元理论

本文将预应力结构中的张拉索处理为具有两个铰接节点的索单元,导出了索单元中总分布荷载的表达式和索的大位移增量刚度矩阵以及索元的一致质量矩阵,基于虚功原理建立了索元的静动力非线性平衡方程。应用本文理论可以分析拉索预应力结构的静力非线性问题、基本动力特性及非线性动力反应过程,可以跟踪不同的预应力张拉次序和过程。算例表明:本文方法具有较高的计算精度。     

多模态静力推覆分析及其在高层混合结构体系抗震评估中的应用

在已有的研究基础上通过考虑多阶振型质量积的水平力分布形式下的推覆分析,将结构推至每阶振型下的目标位移,采用SRSS组合的方式得到结构的响应。对应每阶振型下推覆分析的目标位移采用弹塑性反应谱来计算。对一高层钢框架-混凝土核心筒混合结构在7度罕遇地震下抗震性能进行了评估,结果显示,多模态静力推覆分析所得的结构响应同非线性动力时程分析所得结果很接近,尤其是在层间位移角及层间剪力这两个重要抗震指标上更为接近。     

索的非线性有限元与调索方法研究

介绍了索单元几何非线性刚度的各种模拟方法并进行了评述,采用悬链线理论推导了一种新的柔性索单元切线刚度矩阵及单根柔索的各种非线性计算公式,用变形后线密度q的回代来反应弹性伸长和温度的影响,概念清晰、公式简洁、迭代效率高;还介绍了用增量调索法、绝对索力调索法、无应力索长调索法进行索单元张力的施加及调整的原理,而无应力索长并配合螺母旋转角度调索法可实现任意次序调索,操作性强、效率高、精度好。     

抗弯刚度对输电线微风振动影响分析

大跨越输电线路在较低的风速下可能产生高频、低振幅的横风向微风振动。应用空间曲梁插值函数与应变位移关系,建立结点6 自由度的输电线分析模型。采用Scanlan 提出的经验非线性模型表达涡激力,将单自由度体系输电线自阻尼功率等效为模态自阻尼系数,引入条带假设形成了基于更新的Lagrange格式的涡激振动运动方程,对方程进行了振型分解求解。算例分析表明,采用未考虑抗弯刚度的曲梁索单元模拟输电线的微风振动与三节点索单元吻合较好,但忽略抗弯刚度会低估高频的微风振动振幅。     

空间刚架动态失稳全过程分析

采用静动力非线性方法研究结构的后屈曲问题。基于连续介质力学对物质运动的描述方法,采用增量拉格朗日公式推导空间梁单元的切线刚度矩阵,包括节点大位移、大转角产生的几何非线性,及弹塑性本构关系。动力分析采用Newmark数值积分,结合Newton-Raphson平衡迭代。采用弧长法计算结构的屈曲前非线性反应,该方法不用卸荷跟踪荷载位移反应全过程,而在临界点继续缓慢加荷,用动力时程方法进行空间刚架结构的失稳破坏全过程仿真。     

降阶谱解法在索穹顶结构风振分析中的应用

索穹顶是一种具有很强风振敏感性的大跨度柔性结构,考虑到强几何非线性的特点,其风振分析应采用时域法进行.在基于一定的目标谱进行风速时程模拟方面,谱解法相对于其他方法具有精度高、无需引入模型等优点,但求解效率低、时间长.结合本征正交分解技术对谱解法进行降阶处理,极大地提高了谱解法的求解效率,并且其计算精度可以事先加以预测和控制.针对一肋环型索穹顶结构采用降阶谱解法模拟风速时程,并将模拟风谱与目标谱进行了对比,结果基本一致,说明降阶谱解法可以很好地应用于索穹顶结构的风振分析.     

索强化剪式铰机构力学性能研究

剪式铰机构的开合过程易于控制,为可展结构的一个重要分支。基于剪式铰的可展结构展开成形后,由于剪式铰单元杆件间的相对转动特性使得结构刚度较低,在受力时表现出较强的几何非线性。为增强基于剪式铰的可展结构的刚度,该文采用索来强化剪式铰机构。该文推导了规则的索强化剪式铰单元的轴向刚度和抗弯刚度计算公式,揭示了索强化剪式铰单元承载能力和单元组成构件的相关关系,给出了有限质点法计算框架下的索强化剪式铰机构的计算分析方法,并对一个典型索强化剪式铰拱的受力性能和断索行为进行了分析。研究结果表明:索强化后的剪式铰机构在不影响机构可展性的同时提高了机构的刚度和承载能力。     

点式幕墙单层索网谐波地震响应的几何非线性研究

摘 要：预应力平面单层索网是几何非线性较强的柔性张拉结构,由索中预拉力及几何非线性提供平面外刚度,在静力平衡位置预应力刚度较小,荷载作用下结构发生较大变形,因而产生了较大的几何刚度。针对几何非线性对此结构受力特性影响的重要性,对结构几何非线性作了定量分析,提出了几何非线性因子的概念;采用几何非线性时程分析方法,探讨了影响不同几何非线性的单层索网的谐波地震响应。分析结果表明,索网长宽比及索预应力对几何非线性影响较大;单层索网动力响应存在峰值共振偏移现象;并指出峰值共振频率不同于结构的线性自振频率和非线性自振频率。     

柔性框架结构动力非线性分析的刚体准则法

大跨、高层等柔性结构,其动力响应往往表现出大位移、大转动等非线性特征。动力非线性问题的分析关键在于运动方程的高效稳定求解,以及单元大转动产生的结点力增量的有效计算。动力时程分析通常采用直接积分法,但对于强非线性动力问题,直接积分法难以兼顾计算精度与稳定性。该文基于几何非线性分析的刚体准则,针对杆件结构大转动小应变的非线性问题,提出了一种新型空间杆系结构动力非线性分析的刚体准则法。该方法采用满足刚体准则的空间非线性梁单元,结合HHT-α法求解结构运动方程,并将刚体准则植入动力增量方程的迭代求解过程以计算结点力增量。通过典型柔性框架算例结果表明,该文方法可以有效分析柔性框架结构的强动力非线性行为。与高精度单元相比,该文采用的单元刚度矩阵构造简明,计算过程简洁;与商业软件所用方法相比,单元数和迭代步少,精度高,适于工程应用。     

单层平面索网结构非线性频率简化计算方法研究

单层平面索网玻璃幕墙结构是广泛应用于大型公共建筑中的一种新型结构形式,由于其挠度较大,结构具有较高的几何非线性,其动力特点不同于传统的线性结构。采用连续化薄膜理论建立了单索幕墙的非线性振动方程,并采用谐波平衡法求解了结构非线性频率的解析表达式,为校核解析公式的正确性,将其计算结果同精确的有限元非线性时程方法的计算结果进行了比较,吻合很好,该解析公式具有相当高的精度。同时指出结构位移为3/2结构振幅位置处的刚度即为单索幕墙结构的等效线性刚度,采用该等效线性刚度即可得到上述非线性频率的解析表达式。此外得到的结构非线性振动方程和非线性频率为结构在动力荷载下响应的求解提供了基础。     

地震作用下大跨度斜拉桥和引桥间碰撞分析

强烈地震作用下大跨度斜拉桥和引桥(一般是简支梁桥或多跨连续梁桥)的纵向振动是耦合的,可能发生碰撞及落梁。采用非线性时程地震反应方法分析了梁端的纵向碰撞效应对体系整体反应的影响,其中对碰撞接触单元的刚度进行了比较分析,然后分别讨论了影响碰撞的几种因素,主要是伸缩缝初始间隙大小、相邻结构周期比等的影响。结果表明碰撞对引桥影响相对较大。     

内外共振联合作用下索－梁组合结构非线性振动分析

研究内共振和外共振联合作用下的索－梁组合结构非线性振动问题。利用Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理推导索－梁组合结构非线性动力学方程,同时考虑索的垂度以及由梁和索之间模态耦合引起的非线性影响。利用Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法将索－梁组合结构非线性运动偏微分方程离散为一组常微分方程。最后对数学模型进行数值计算,得到了不同内外共振联合作用下梁和索的模态时程曲线。研究表明,梁的稳态运动呈现周期性振荡,而索在不同的内外共振联合作用下,分别呈现出混沌或周期性振荡,并且索和梁之间持续的模态交替现象只能在特定的内外共振下出现。     

连续梁桥横桥向等位移准则

首先分析了单自由度等位移准则与结构屈服程度的关系,然后针对典型连续梁桥的特点,定义了名义屈服位移和名义屈服曲率,并通过改变主梁特性、桥墩特性和地震动输入等进行参数分析,将等位移准则由单自由度推广到多自由度。研究表明,当连续梁桥的主要振型的周期均大于对应单自由度等位移准则的周期下限,并且主要振型的质量参与系数之和超过90%时,非线性时程方法得到的位移与弹性反应谱方法得到的位移接近,等位移准则成立,可以采用弹性位移评估其非弹性位移。多自由度等位移准则的应用较大程度简化了相当一部分连续梁桥的横桥向位移需求的计算,为其基于位移的抗震设计提供了基础。     

基于模态分析理论的结合部动刚度辨识EI北大核心CSCD

结合部动力学特性对机械系统动力学性能具有显著影响,结合部动力学信息的准确辨识是组合结构动力学建模的重要前提。基于模态分析理论对结合部动刚度辨识方法进行了深入研究:首先,建立了包含结合部动力学信息的广义动力学模型,从模态分析理论出发,讨论了结合部动力学特性对组合结构固有频率的影响,建立了两者的映射关系;进而,采用质量单元与弹簧阻尼单元建立了理想的动力学有限元模型,通过模态分析所得的固有频率对结合部刚度进行辨识,辨识值与理论值之间最大误差为1.92%;最后,对螺栓连接组合结构进行了模态试验,以所测得的法向及切向典型振型对应固有频率为指标,通过搭建的MATLAB-ANSYS集成平台对螺栓结合部刚度进行辨识,并将所辨识的结合部刚度录入有限元模型,栓接结构固有频率的有限元预测值与实测值之间最大误差率为3.01%;数值模拟试验与现场模态试验的辨识效果均较为理想,验证了方法的可行性。同时,以栓接结构典型振型对应固有频率为指标辨识的结合部动力学刚度信息很好预测其他各阶固有频率的分布,表征和印证了栓接结构在较大预紧力作用下,螺栓结合部非线性动力学特性得到了抑制,满足线性条件假设。