地震作用下单层球面网壳结构的动力稳定性

本文以具有实际工种意义的40m跨度K8型单层球面网壳结构为研究对象，研究了其在地震作用下的动力失稳特点，提出了动力稳定性判别方法。系统分析了各种因素对网壳结构动力稳定性临界荷载的影响，其中包括：水平地震作用、竖向地震作用和三向地震作用的影响；考虑材料弹塑性的影响；不同地震输入的影响；初始几何缺陷的影响；不同矢跨比和不同杆件截面的影响。     

拱结构动力稳定实用判别方法

在总结和借鉴已有动力稳定判别准则的基础上,提出了两种拱结构动力稳定性分析的实用判别方法。方法1通过提取发生最大位移响应时刻的刚度矩阵的特征根符号来判断,方法2通过荷载-位移曲线的斜率变化来判断。通过对不同荷载类型、不同计算条件下拱结构的动力失稳特征的分析对比,指出结构整体刚度矩阵出现负的特征值是结构失稳的必要条件,可依此判断结构动力失稳临界荷载的下限值,位移时程曲线发散、性质发生改变或发生跳跃,荷载-位移曲线出现不规则现象,是拱结构动力失稳的重要判断依据。     

斜拉索拱与索拱体系静动力性能的对比性研究

在索拱结构的基础上添加上部斜拉系统则构成了斜拉索拱结构,因此两种结构呈现出不同的受力特性。本文基于实际的工程背景,借助ANSYS建立斜拉索拱结构与索拱结构的有限元分析模型,在四种相同荷载工况作用下,对静力性能和动力性能,进行了结构参数的比较分析,得出了两者在力学性能的异同。结果表明斜拉索拱结构的受力特性优于索拱结构。     

青藏高原多年冻土地区铁路路基工程动力稳定性分析

科学合理地分析铁路路基块石层在机车荷载作用下的动力传递机理,对于多年冻土区路基工程稳定性预测有着重要的指导意义,同时对于在青藏高原多年冻土地区建设高坝大库等重要水利工程的动力稳定性分析也具有重要的借鉴作用。通过选取青藏铁路北麓河段典型块石路基结构开展机车通过实时强震动测试,获得了机车通过时的实时加速度数据。在现场测试的基础上,基于有限元分析软件, 运用二维非线性动力响应分析方法对多年冻土区块石路基结构在机车荷载作用下动力传递特性、位移响应特性和应力应变特性进行了数值模拟分析,并通过对比分析素土路基的动力响应特征,科学分析青藏铁路路基块石层在机车荷载作用下的动力传递机理。研究结果表明,块石层的铺设可以有效限制机车荷载产生的加速度向路基深处传递,减小机车振动对路基结构的影响,有助于保护冻土路基的稳定性;块石层的铺设可以较好地减小机车荷载作用下路基的沉降变形,在相同机车荷载作用下块石结构路基的最大沉降量仅为0.9 mm,而素土路基的最大沉降量可达1.9 mm;块石层的铺设可以改变机车荷载作用下路基内部的应力应变状态,使得路基内部最大主应力增大,而最大剪应变幅值、范围均减小。     

烟囱在水平与竖向地震动联合作用下的反应

本文对烟囱在水平与竖向地震动分量联合作用下的反应进行了分析,分析中考虑了包含竖向地震动的几何非线性的影响。分析结果表明,水平地震应力起主要作用,竖向地震应力也不可完全忽视,在上部它可达重力应力的50％—90％。几何非线性对水平地震应力的影响较小。本文还对烟囱竖向地震荷载进行了分析,给出了竖向地震荷载的近似计算公式。     

波浪力对深水桥墩结构在地震和冰荷载作用下的响应影响分析

考虑到波浪力对深水桥墩地震响应和冰振响应的影响,本文基于非线性Morision方程,同时考虑附加质量效应和流固耦合效应,通过建立深水桥墩结构有限元分析模型及动力平衡方程,对深水桥墩结构进行了波浪、冰荷载、地震3种环境激励荷载单独作用下,以及不同组合形式共同作用下的数值分析;进而对计算结果进行了比较,探讨了动水压力对深水桥墩结构响应的影响程度,可为今后深水桥墩抗震以及抗冰设计提供一定的借鉴和参考。     

强震作用下超高桥墩动力稳定性理论研究

根据平截面假定,考虑超高桥墩大位移变形产生的几何非线性影响,建立超高桥墩的振动控制微分方程,利用变步长的龙格-库塔法进行求解,结合B-R运动判定准则,对超高桥墩在地震作用下的动力失稳机理进行研究。理论分析表明,超高桥墩的动力失稳与桥墩的几何尺寸、质量分布、边界条件有密切关系;桥墩动力失稳时刻随地震波加速度峰值的增大而减小;失稳时刻与失稳加速度荷载有对应关系。算例结果表明:本文方法正确,利用本文理论能够准确计算超高桥墩的失稳时刻及失稳加速度,对超高桥墩动力失稳的理论分析及工程实践有重要指导意义。     

网壳结构的二维地震响应分析

网壳结构是空间结构中常见的结构形式,利用ANSYS有限元分析方法对局部双层网壳结构进行了地震作用时程分析计算,得到了结构杆件的内力、节点和位移,对结构动力响应在线性、几何非线性及几何和材料非线性情况下进行了分析对比,分析结果表明:网壳结构在二维地震作用下应该考虑几何和材料非线性的影响.     

多层砖房墙体的地震反应

本文将多层砖房的墙体简化为平面应力问题,近似地考虑材料的非线性性质,利用有限元法进行墙体地震反应分析。文中探讨了在地震荷载作用下墙体的应力分布规律、纵横墙的共同工作以及楼板质量和墙体几何尺寸的影响。     

地震与水平环境荷载下风电单桩基础动力响应分析

为探究复杂环境荷载和地震共同作用下饱和场地中单桩基础的动力响应,文中采用有限差分整体时程数值分析方法,对饱和砂土场地中海上风电单桩基础在水平环境荷载与地震荷载联合作用下的动力响应进行了非线性分析。通过与离心机试验结果对比,验证了所建立的数值分析模型的合理性与有效性。基于数值计算结果,对地震单独作用和水平环境荷载-地震联合作用2种工况下海上风电单桩基础的动力响应规律差异进行探讨,并进一步分析了上部结构质量、埋深等对联合荷载作用下单桩基础动力响应的影响。研究结果表明,在海上风电单桩基础结构设计中应考虑水平环境荷载与地震联合作用的影响,且应将桩的埋深作为重要设计参数加以考虑,而结构质量对联合荷载作用下海上风电单桩基础结构体系响应的影响较小。     

大跨度钢管混凝土桁式拱桥结构非线性分析

同时考虑了几何非线性和材料非线性等因素对大跨度钢管混凝土桁式拱桥进行结构非线性分析，结果表明对这种大跨(跨径大于300m)、宽跨比小(接近1／20)的钢管混凝土桁式拱桥，几何非线性和材料非线性的影响均较大，在设计和施工时不应忽略。     

双层球面网壳动力失效分析及地震损失评估

双层球面网壳结构是一种缺陷敏感型结构,影响结构动力失效的初始缺陷主要有杆件的初弯曲、杆件的残余应力和结构节点的初始安装偏差3种。本文首先利用有限元软件ANSYS的二次开发功能开发了可以考虑初始弯曲和残余应力的杆单元,接着利用动力增量法(IDA)系统地研究了这3种缺陷对结构动力失效的影响,最后总结提出了考虑缺陷的双层球面网壳结构的抗震损失评估方法。     

中(下)承式拱桥吊杆静张力分析方法的改进

在中(下)承式拱桥的有限元模型中,引入了由于施工中吊杆长度调整而产生的几何刚度矩阵,用一阶矩阵摄动理论,导出了相应的吊杆系静张力分析的相关公式。对一实际中承式拱桥的数值计算分析表明,使用本方法可有效地提高中(下)承式拱桥的吊杆静张力分析的准确性。     

大跨径拱桥被动减震控制的仿真分析

本文采用现代控制理论对设有耗能减震装置的拱桥结构进行被动减震控制仿真分析,给出了大跨度拱桥在多点激励下的运动微分方程,将拱桥简化成平面杆系模型,给出减震结构的状态方程,然后基于SIMULINK环境下对设有粘滞阻尼器的拱桥减震结构进行动态仿真分析,并考虑了行波效应对减震效果的影响。该方法较之传统的分析方法更简便、有效,分析结果表明设置了耗能器的拱桥结构地震反应有明显的降低。     

碹窑民居加固结构抗震性能研究

碹窑作为张家口市特有的建筑,具有独特的结构形式。碹窑窑鼻与外墙为夯土结构,窑脸与窑顶为土坯结构,不同部位之间的构造差异使得碹窑整体性能削弱较大,无法抵御地震灾害。针对碹窑民居的结构缺陷,提出螺栓连接、预应力钢绞线拉接、窑顶钢板条支撑等加固措施,用以提高结构抗震性能。本文采用爆破地震模拟自然地震,分别对加固前后的碹窑进行原位爆破。试验结果表明:未加固的碹窑在地震作用下,土坯窑顶与夯土窑鼻加速度差异较大,二者临界部位为结构薄弱部位;针对碹窑结构体系缺陷提出的加固方法可有效提高其抗震性能;随着爆破位置逐渐靠近碹窑民居,爆破荷载逐渐强烈,加固结构对于土坯窑顶与夯土窑鼻之间的协调作用逐渐减弱。     

Extremely large displacement dynamic analysis of elastic–plastic plane frames

This paper presents a numerical analysis of large displacement responses of elastic–plastic plane frames under static and dynamic loads, by applying the vector‐form intrinsic finite element (VFIFE or V‐5) method. The VFIFE method defines the structure into a number of mass points, and applies Newton's second law and the internal force equilibrium to describe the motions of each mass point. By tracing the motions of all the mass points, it can analyze the large geometrical and material nonlinear changes during the motion of the structure without using the geometrical stiffness matrix and iterative procedures. Three different numerical examples are presented to demonstrate both the capability and the accuracy of the VFIFE method in a nonlinear dynamic analysis of frame structures with extremely large displacement. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

桥梁结构损伤对其固有振动特性的影响

分析实际桥梁结构的各种损伤状况,采用矩阵摄动理论分析桥梁结构发生损伤时固有频率及振型向量的一阶、二阶摄动结果,并讨论了固有振动特性对结构单元损伤的灵敏性。在理论分析的基础上,编制桥梁结构固有振动特性及其在损伤下的摄动分析程序,并用以分析简支梁、连续梁及拱结构损伤引起的固有振动的摄动结果。分析结果表明:单一单元损伤引起固有频率的摄动结果很小;不同位置处单元损伤与固有频率摄动结果的关系曲线与对应振型曲线具有相似性,但在中间支承处或结构端部有扭转约束处单元损伤影响显著;而单元损伤对振型向量影响极小。     

Behavior of rigid blocks with geometrical defects under seismic motion: an experimental and numerical study

The present work investigates the influence of small geometrical defects on the behavior of slender rigid blocks. A comprehensive experimental campaign was carried out on one of the shake tables of CEA/Saclay in France. The tested model was a massive steel block with standard manufacturing quality. Release, free oscillations tests as well as shake table tests revealed a non‐negligible out‐of‐plane motion even in the case of apparently plane initial conditions or excitations. This motion exhibits a highly reproducible part for a short duration that was used to calibrate a numerical geometrically asymmetrical model. The stability of this model when subjected to 2000 artificial seismic horizontal bidirectional signals was compared with the stability of a symmetrical one. This study showed that the geometrical imperfections slightly increase the rocking and overturning probabilities for earthquake signals in a narrow range of peak ground acceleration. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

多点激励下大跨度连续钢桁架柔性拱桥空间地震响应分析

基于多自由度空间结构体系地震响应分析的基本理论,利用ANSYS建立空间有限元模型,采用动力时程分析法分析某大跨度连续钢桁架柔性拱桥在一致和非一致激励作用不同地震工况下的空间地震响应。研究结果表明:非一致激励作用下,拱肋轴力、主桁弯矩峰值出现在拱脚和边墩附近;地震波组合输入较其单向输入拱脚轴力和面内弯矩最大分别可达1.28和8.32倍;非一致输入较一致激励作用拱脚轴力和面内弯矩分别可达2.5和8.4倍;地震波横向输入较纵向输入横向位移峰值比可达2.4倍,纵向输入较横向输入纵向位移峰值比可达2.6倍;结构的支座形式对结构构件地震响应结果也有一定影响;建议大跨度钢桁拱桥抗震设计应充分考虑地震波的空间和时间效应。