冷弯薄壁型钢组合楼盖振动性能及静力挠度研究

对冷弯薄壁型钢-压型钢板楼盖和冷弯薄壁型钢—石膏基自流平砂浆组合楼盖足尺模型进行了人行荷载和激励锤冲击下的振动试验以及1 kN集中荷载作用下的静载试验,研究楼面板形式以及钢丝网布置对组合楼盖自振频率、阻尼比以及跨中竖向挠度的影响。研究表明:在压型钢板上浇筑石膏基自流平砂浆会降低组合楼盖的自振频率、阻尼比以及跨中竖向挠度,而在石膏基自流平砂浆中加入钢丝网并不会显著增加楼盖的动力特性以及减小楼盖的竖向挠度。采用ABAQUS有限元软件对试验模型进行模态分析,并对验证后的有限元模型进行了变参数分析,研究表明:增大楼盖梁腹板高度、楼盖梁板厚以及楼盖面板厚度,加强楼盖端部约束会提高冷弯薄壁型钢组合楼盖的基频、减小楼盖跨中挠度。理论计算时,可将楼盖等效为具有均匀质量和刚度的简支梁模型用于预测冷弯薄壁型钢组合楼盖的基频;推荐使用加拿大木楼盖挠度计算公式用于预测冷弯薄壁型钢组合楼盖在1 kN集中荷载作用下的跨中挠度。     

冷弯薄壁型钢-石膏基自流平砂浆组合楼盖基频研究

对2个冷弯薄壁型钢-石膏基自流平砂浆组合楼盖试件进行了人平行于梁方向行走、人垂直于梁方向行走、人沿楼盖对角线方向行走以及激励锤冲击4种不同动力荷载工况下的振动试验,研究激振方式和钢丝网布置对组合楼盖自振频率的影响。研究表明:组合楼盖的自振频率不会随着外部激励的改变而发生较大变化,在组合楼盖中设置钢丝网的抗剪构造措施对提高楼盖的自振频率影响较小。采用ABAQUS有限元软件对组合楼盖有限元模型进行数值模拟分析,结果表明:增大楼盖梁板厚和减小楼盖跨度会显著提高冷弯薄壁型钢组合楼盖的基频,而改变楼盖面板厚度、楼盖的宽度以及增设扁钢带和刚性支撑件对冷弯薄壁型钢组合楼盖的基频影响较小。在试验研究和参数分析的基础上,提出可用于计算冷弯薄壁型钢-石膏基自流平砂浆组合楼盖基频的简支T形组合梁模型。     

考虑剪切变形影响的斜桥振动频率与车-桥振动分析

利用修正的Timoshenko梁振动理论建立了等截面斜桥振动频率的超越方程和静力、动力分析有限元列式,用解析法和有限元法分析了斜度、支承方式对单跨斜桥结构前5阶振动频率的影响,对单跨斜桥车-桥振动进行了分析,考察了车速对动挠度、动弯矩的影响和不同截面振动的同相性及最大动挠度、最大动弯矩发生的部位,比较了不同车速条件下规范方法、车-桥振动方法计算的挠度、弯矩冲击系数的差别。算例结果表明:斜桥自振频率解析解与有限元解一致、斜度和支承方式对斜桥动力特性有重要影响、车辆的冲击效应与车速没有单调变化规律、挠度和弯矩的冲击系数不同。     

黏弹性Pasternak地基上两跨连续Timoshenko梁横向自振特性分析

以黏弹性Pasternak地基上的Timoshenko梁为研究对象，研究其在两端简支、两端固支、简支-固支边界条件下的单跨地基梁及两跨连续地基梁(等跨和不等跨两种工况)的自振频率、衰减系数和模态。基于回传射线矩阵法，根据各种约束条件下的节点耦合条件，推导横向振动频率方程，通过观察两跨连续地基梁与单跨地基梁的频率方程，并通过具体算例，研究两跨连续地基梁与单跨地基梁自振频率之间的联系与区别，进一步给出前三阶模态。结果表明：两等跨连续地基梁自振频率方程可分为两个部分，且这两部分分别与两端简支和简支-固支边界条件下单跨地基梁的频率方程形式类同；其奇数阶自振频率与两端简支边界条件下单跨地基梁的偶数阶自振频率相等，而其偶数阶自振频率则与两端固支边界条件下单跨地基梁的偶数阶自振频率相同；不等跨的两跨连续Timoshenko地基梁的模态函数曲线幅值随阶数的增加降低最快。     

深肋组合扁梁楼盖动力特性和拟动力试验研究

为了研究钢-混凝土深肋组合扁梁楼盖的动力特性以及在动力荷载作用下的承载特性,构造了1×2跨双层深肋组合扁梁楼盖试件,并通过试验方法对试验楼盖的自振频率、空间性能以及不同加速度峰值的地震波作用下的拟动力承载性能进行了量测和研究.试验得到了试件的横、竖向前两阶自振频率以及水平拟动力加载位移时程曲线及滞回曲线,相关结果表明试件具有较好的空间性能,当加速度峰值为0.05g和0.1g时试件基本处于弹性阶段,当加速度峰值为0.2g时结构处于微开裂阶段.另外,试验结果能为进一步深入研究深肋组合扁梁楼盖的承载性能起到一定的借鉴作用.     

灵活划分户型的蜂窝型钢空腹夹层板楼盖刚度与舒适度研究

该研究提出灵活划分户型的蜂窝型钢空腹夹层板楼盖结构,为研究其静力性能、自振频率特性以及舒适度问题,以某拟建工程为例,采用子空间迭代法,建立ANSYS模型进行分析,并与国家规范规定的相关指标进行对比分析。研究结果表明：楼盖挠度满足跨度1/300的要求;自振频率为8.403 Hz,楼盖的刚度较大;舒适度也满足规范规定的竖向振动最小频率4 Hz的要求,同时楼盖具有节约层高、灵活划分房间和设置喷淋等优势,未来在高层住宅中有一定的应用前景。     

分布式连接全装配RC楼盖人行荷载试验与振动舒适度分析

为研究分布式连接全装配RC楼盖(DCPCD)动力特性与人致激励响应规律,进行了2个DCPCD试件和1个现浇楼盖试件在四边简支条件下的振动特性试验,并施加多种人行激励工况,分析了步频、行走路线、行人数量和荷载分布等对楼盖振动响应的影响。结果表明:板缝降低了DCPCD的弯曲刚度,使阻尼比增大,第二阶和第三阶振型分别沿横板向和顺板向反向对称;增加连接件数量可有效提高DCPCD自振频率、降低楼盖振动响应;峰值加速度随步频和人数的增加而增大;沿DCPCD横板向行走比沿顺板向和对角线方向行走时的峰值加速度大;荷载分布密集度越大峰值加速度越大,荷载分布越靠近楼盖中心则峰值加速度越大;DCPCD试件的基频可满足规范要求,但加速度在不同的边界支承条件下差别明显;提出了标准单步落足荷载下DCPCD的峰值加速度计算方法,计算值与实测值吻合良好;基于DCPCD竖向振动舒适度,楼盖的横板向与顺板向刚度比建议在0.3~0.75。     

踮脚和跳跃荷载下全装配式RC楼盖振动特性试验研究

为研究分布式连接全装配RC楼盖(DCPCD)在人致激励下的动力特性和振动响应,进行了6个足尺DCPCD试件和1个现浇对比试件的锤击法试验和在踮脚、单人跳跃荷载下的人致激励试验,研究了板缝和连接件布置对DCPCD振动特性的影响。结果表明:DCPCD与现浇楼盖的低阶振型基本相同,但自振频率略低;DCPCD与现浇楼盖有相同的振动传递机制;相同激励下DCPCD的振动响应略大于现浇楼盖,现浇楼盖的加速度峰值出现在跨中的边缘,DCPCD的加速度峰值出现在近跨中板缝的边缘;DCPCD的自振频率随连接件的增加而提高,随板缝的增加降低,连接件对频率的影响大于板缝的影响;提出了两对边简支条件下DCPCD横板向竖向自振频率与加速度计算方法,并以试验验证了所提方法的准确性。     

行走激励下楼盖振动加速度反应谱研究

利用320条实测中国人步行荷载曲线,由振型分解法计算了步行荷载作用下大跨混凝土楼盖竖向振动的10 s加速度均方根反应谱曲线。基于楼盖频率与振动幅值双控原则,对计算反应谱进行了拟合简化,提出了3~20 Hz频率范围的设计用楼盖均方根加速度响应计算表达式。进一步讨论了高阶振型、边界条件、计算跨度、行走步幅和阻尼比等要素对反应谱的影响,并给出了对应的修正方法。最后通过与已建大跨楼盖步行激励下实测加速度响应的比较,验证了所建议的反应谱计算方法的合理性。     

薄板大挠度广义协调有限元分析

将广义协调元用于求解薄板大挠度问题。编写了专用程序GCEP并计算了四边简支、四边铰支和四边固定方形薄板在横向均布荷载作用下的跨中挠度。计算结果表明,广义协调元对于求解结构几何非线性问题同样具有精度高、收敛快等优点。     

不同边界条件下波纹夹芯板的自由振动特性

波纹夹芯板作为一种特殊的复合材料结构,边界条件对其振动特性有重要影响。根据不同剪切方式下的剪切变形理论和基尔霍夫经典板理论(CLPT),利用Hamilton原理建立波纹夹芯板的动力学方程。其中,波纹芯层等效成各向异性均质体。根据四边简支、四边固支、对边简支和固支、一边固支三边简支的边界条件,推导出位移形式的偏微分动力学方程。求解得到波纹夹芯板在不同边界条件下自由振动的固有频率,与有限元仿真结果进行对比,验证了理论结果的正确性。在此基础上,基于指数剪切变形理论(ESDT),分析了不同边界条件下波纹夹芯板的基频随材料参数和结构几何参数的变化规律。结果表明,材料和几何参数对不同边界条件下波纹夹芯板的振动特性有重要影响。相关研究结果将对波纹夹芯板在工程应用中的减振设计及优化分析提供一定的理论依据。      

Effect of Boundary Condition on Impact Response and Damage Meso-mechanism for Scarf Bonded Repair of Load-bearing Composite Structures

Composite scarf repair is applied in airplane load-bearing structures. But the repairs would have different boundary supports in real situation,such as simply support,clamped support and flexible support. With different boundary supports, the bonded scarf repair of composite structures could have diverse damage mechanisms and responses. This work intends to study the impact performance of different boundaries. For this purpose,experimental tests were carried out on the specimens with two sides support and four sides support. The impact load and deflection was monitored during the tests. After impact being finished,the meso-mechanism was studied by means of micro-cracks of the side section for two sides support condition and cross section for the four sides support condition. It was possible to conclude that the four sides boundary possess higher impact resistance maximum loads,lower displacements and lower extent load dropping. In terms of damage modes,as the impact energy relative low 12 J and 16 J,the central position of scarf bonding zone for two sides support appears adhesive cohesive failure and adhesive-composite interface failure. When the energy increases to 20 J,the dominated damage of two sides support moves down to the feathered tip. For four sides support,the critical energy level is 25 J,under which the scarf adhesive begins to be damaged.     

中低频集中质量悬臂式簧片仪基频分析方法研究

簧片仪是一种中低频冲击响应谱测量装置,设计时可将其简化为端部附带集中质量的悬臂梁。簧片仪的振型方程中存在超越函数,对于等截面簧片仪来说,可使用二分法等数值方法求解,计算量较大,该方法不适用于复杂截面簧片仪基频设计。首先利用悬臂梁自由端受集中力的挠度公式,推导出其等效刚度等效单自由度的弹簧振子系统,利用弹簧振子相关频率公式解决求解集中质量等截面悬臂梁的基频问题,该方法与振型方程求解的基频对比,发现在10 Hz以下的中低频区域,可以很好的保证等截面悬臂梁的基频精度,大于10 Hz的中频段,误差随频率的升高而迅速增大。接下来,通过Mohr积分的方法,推导出等强度集中质量悬臂梁自由端的最大挠度,并给出其基频的设计公式,该方法与试验进行对比,发现误差与等截面悬臂梁有相同趋势,因此利用瑞利能量法修正设计公式中的质量参数,修正后与实验误差在5%左右。经理论与试验验证,所提出的簧片仪设计方法简单可行、计算结果可信。     

新型组合式道床系统静动态特性试验研究

对于一种新型组合式道床试验系统的结构,进行了静动态试验,研究组合式道床系统在承受大载荷作用下,钢轨以及道床板结构受力变化规律,并将静态试验数据与理论计算结果相互对比。在负载状态下对该系统进行了动态锤击试验,验证安装谐振浮轨减振扣件及道床隔振垫组合道床系统的总体减振效果。静态力学特性数据表明：谐振浮轨扣件及道床隔振垫组合式系统理论计算与实际实验值基本一致;动态试验结果得到该组合道床系统在实验室等效轴载14 t～16 t条件下20 Hz～200 Hz频率范围,平均减振量可达到25 dB。     

经典边界条件黏弹性Pasternak地基上Bernoulli-Euler梁横向自振特性分析

自振特性在结构的动力分析中具有重要的意义。将回传射线矩阵法(MRRM)推广到地基梁自振特性的研究中,通过节点力平衡和位移协调方程及对偶局部坐标系下单元相位关系,建立两端简支、两端自由、两端固支、简支-自由、简支-固支及固支-自由这六种边界条件下黏弹性Pasternak地基上的Bernoulli-Euler梁的回传射线矩阵,进而得到其频率方程。根据单一局部坐标系下的边界条件,推导出模态函数解析表达式,进一步根据正交归一化条件求解模态函数表达式中的未知参数。通过具体算例验证了回传射线矩阵法求解的正确性,并对不同边界条件下的自振频率、衰减系数及模态函数进行了分析。为黏弹性地基梁的振动特性研究提供理论基础。     

具有中间支承的正交异性矩形板自由振动分析

应用一般解析解来求解具有中间支承的正交异性矩形板的自由振动问题。一般解析解能求解任意边界条件矩形板的振动问题。求解过程是将整块板看成是沿中间支承分开的两块板。沿支承边两块板的挠度均等于零;斜度和弯矩均相等。由全部边界条件和连续性条件可以求解各阶频率和振型。对几种具有简支边、平夹边或自由边的板进行了计算。     

Dynamic Stability Optimization of Laminated Composite Plates under Combined Boundary Loading

Dynamic stability and design optimization of laminated simply supported plates under planar conservative boundary loads are investigated in current study. Examples can be found in internal connecting elements of spacecraft and aerospace structures subjected to edge axial and shear loads. Designation of such elements is function of layup configuration, plate aspect ratio, loading combinations, and layup thickness. An optimum design aims maximum stability load satisfying a predefined stable vibration frequency. The interaction between compound loading and layup angle parameter affects the order of merging vibration modes and may stabilize the dynamic response. Laminated plates are assumed to be angle-plies symmetric to mid-plane surface. Dynamic equilibrium PDE has been solved using kernel integral transformation for modal frequency values and eigenvalue-based orthogonal functions for critical stability loads. The dictating dynamic stability mode is shown to be controlled by geometric stiffness distributions of composite plates. Solution of presented design optimization problem has been done using analytical approach combined with interior penalty multiplier algorithm. The results are verified by FEA approach and stability zones of original and optimized plates are stated as final data. Presented method can help designers to stabilize the dynamic response of composite plates by selecting an optimized layup orientation and thickness for prescribed design circumstances.