考虑剪力滞效应的曲线箱梁自振特性研究

通过假设曲线箱梁翼板纵向位移函数,分别建立了曲线箱梁形变势能和振动动能表达式。综合运用能量变分法和哈密顿原理推导出了曲线箱梁受弯、扭、剪力滞耦合作用的自由振动微分方程,由位移场函数对简支曲线箱梁一阶竖向弯曲频率进行了近似求解,获得了自振频率显示解。然后将理论计算值与ANSYS有限元数值解相比较,误差仅为0.37%,二者吻合良好,证明了理论公式推导的正确性。在此基础上重点研究了剪力滞效应对曲线箱梁自振频率的影响,分析结果表明:剪力滞效应削弱了弯梁的刚度,降低了结构的自振频率,剪力滞效应对弯梁刚度的削弱程度主要取决于宽跨比,当宽跨比由0.15增大到0.4的过程中,曲线箱梁刚度的削弱程度由2.05%增大到12.8%。实际工程中,对于多室箱梁和扁平箱梁,应充分考虑剪力滞效应对自振频率的不利影响。     

波形钢腹板连续梁的动力特性研究

目前波形钢腹板箱梁桥的动力学研究主要以简支箱梁为主,对连续箱梁的研究很少.为此,设计制作了波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁的模型试验梁,并建立ANSYS有限元模型对其动力特性进行了分析.为验证理论分析的正确性,采用DHDAS动态信号测试分析系统对其动力特性进行了实测,根据实测数据识别出各阶竖向弯曲振动的模态及振动频率.模型试验梁的有限元分析结果与实测结果的差别较小.因此,实践中采用所提有限元建模方法可以获得较高的精度.同时还研究了不同位置的横隔板对波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁动力特性的影响,结果表明:支座横隔板对箱梁动力特性的影响最大,而中横隔板对箱梁的动力特性基本上没有影响.因此在实际工程中,可以适当减少中横隔板的数量,以合理节省桥梁建设成本.     

曲弦下承式钢管混凝土桁梁桥动力特性分析

为了分析与评价桥梁的动力性能,了解桥梁的刚度分布特征,采用有限元程序Midas/civil探讨了曲弦下承式钢管混凝土桁梁桥的有限元建模方法。分别建立62m和122m跨径桥梁的空间有限元模型,计算其自振频率和振型特征。得出结论:桥梁主桁横向刚度相对最弱,全桥竖向刚度居中,全桥抗扭刚度相对最大;该桥型的振型复杂,桥梁多阶主振动中伴随有桥面系的局部竖向振动;桥面系的竖向刚度和扭转刚度明显较弱,需采取措施来提高桥面系的刚度;桥面系局部竖向弯曲振动易激发腹杆产生横向弯曲振动,应重视腹杆的面外振动,防止其产生过大的横向振动。所得结论为该桥加固设计提供思路和依据。     

半刚性连接多层组合框架自振周期实用计算方法

推导了半刚性连接组合梁单元不考虑轴向变形和剪切变形的刚度方程,基于此刚度方程给出了框架柱的抗侧移刚度.采用连续弹性体无限自由度体系剪切自由振动方程,推导了半刚性连接多层组合框架自振周期实用计算公式.通过算例说明了连接的转动刚度以及正负弯矩作用下连接转动刚度的不同对自振周期的影响.     

钢-混凝土组合梁位移延性分析

为了研究边缘约束构件对钢-混凝土组合梁延性性能的影响因素,以框架结构中一榀钢柱和组合梁作为计算对象,用有限元软件ANSYS进行了模拟分析。对混凝土翼缘板厚、横向配筋率和边梁抗侧、抗扭刚度等因素对组合梁延性的影响规律进行了比较分析。最后,进行了钢-混凝土组合梁与钢-混凝土组合桁架梁的位移延性的比较。数值分析结果表明:混凝土板厚度,配筋率大小和边梁抗侧、抗扭刚度对其延性性能都有影响,其中配筋率大小的影响最大,随着配筋率的增大,延性系数呈增大的趋势;钢-混凝土组合桁架梁在端部有负弯矩作用时,其抗弯承载力小于同条件下的实腹式钢-混凝土组合梁,但抗震耗能优势明显。     

考虑约束扭转的斜拉桥车激横向振动分析

利用有限单元法,基于力学原理和几何协调条件,导出了非对称箱型截面梁单元的弯扭耦合刚度矩阵,建立了斜拉桥在车辆荷载作用下的横向动力分析模型。由于考虑了箱梁的约束扭转,该模型能够分析复线或多线铁路桥在偏载作用下的横向振动问题。以桥梁轨道随机不平顺作为激振源,进行了机车过桥的实例分析。计算结果表明,桥梁的车激横向动力响应随车速及轨道不平顺样本的不同而变化,并随桥跨的增加而快速变得显著,车辆偏载对箱梁扭转振动有显著影响,所建立的力学模型是斜拉桥车桥耦合振动分析的实用模型。     

预应力组合网架结构的自振特性分析及现场测试

本文采用子空间迭代法计算了预应力组合网架的自振频率与振型,分析总结了结构的自振特性及其影响因素,诸如索预应力、跨高比、边界条件、板和梁肋偏心、附加质量以及节点刚度的影响,并回归得出预应力组合网架基本周期简化计算公式。同时使用“脉动法”对天津一中新建活动中心楼层预应力组合网架进行了现场动力测试,结果表明预应力组合网架动力计算所采用的计算模型合理、计算分析结果可信,最后使用自由振动法及半功率点法得出了预应力组合网架结构的阻尼比,此值可作为钢与混凝土预应力组合网架结构的参考阻尼比。     

内藏钢桁架开洞混凝土核心筒扭转性能试验研究

对2个1/6缩尺的开洞核心筒结构模型进行了偏心水平荷载作用下的低周反复荷载试验研究,其中包括1个普通开洞混凝土核心筒和1个内藏钢桁架开洞混凝土组合核心筒.在试验的基础上,对比分析了2个试件的抗扭承载力、扭转刚度、扭角延性、扭矩 -扭角滞回特性、耗能能力、破坏特征.试验研究表明,内藏钢桁架开洞混凝土组合核心筒比普通开洞混凝土核心筒抗扭能力有显著提高.     

大跨度斜拉立体桁架的自振特性分析

采用分块兰索斯法(BLOCK LANCZOS)计算了大跨度斜拉立体桁架的自振频率与振型,分析总结了该结构的自振特性的特点,探讨了跨度、塔高、塔柱的刚度、桁架高度、拉索的间距和拉索刚度以及屋面荷载等参数对结构自振频率的影响。计算表明,大跨度斜拉立体桁架结构体系频谱分布比较密集且具有较低的自振频率。文中得出的一些结论,对工程结构的设计与分析具有一定参考价值。     

大跨空间钢网架结构静力和动力性能实验研究

大跨结构静力与动力性能与结构能否安全服役密切相关。文章对某大跨钢网架结构进行了静载试验,并测试了各级堆载条件下网架竖向振动频率。试验中选择在其中一跨的接近中心处(挠度最大点)进行静载和动载试验。采用吊篮法在网架挠度最大点分别施加10kN和20kN配重,得到了加载处的竖向刚度;振动测试表明,该网架在脉动激励下振动卓越频率不明显,在冲击激励下可以得到较好的自由振动波形,并且卓越频率明显。振动测试数据分析中,考虑了各测点的相位关系,分别得到了无配重、10kN配重和20kN配重下钢网架竖向一阶振动频率,可用于设计阶段采用的分析结果的校核。     

偏心形式对偏心结构扭转耦联地震响应的影响

质量偏心和刚度偏心是结构偏心的两种重要形式,从单层无阻尼结构体系地震作用下的一般振动方程出发,推导得到了不同偏心形式的结构考虑地震动扭转分量时的振动方程。在此基础上,编制相应程序对典型算例进行了数值计算,分析了结构的偏心形式、偏心率、侧扭周期比、结构周期、结构尺寸以及地震动扭转分量对偏心结构扭转耦联地震响应的影响规律。分析结果表明:结构的偏心形式对结构扭转耦联响应影响较大,不可忽视,同时地震动转动分量对结构平扭耦联响应也存在一定的影响。     

竖波钢板组合剪力墙震损修复研究

钢板组合剪力墙在强震作用下受损严重,震损修复问题较为突出。现设计一片以方钢管作为边缘约束构件的竖波钢板组合剪力墙,在最大弹塑性层间位移角时的震损情况进行分析:竖波钢板组合剪力墙边缘约束方钢管刚度较大,与墙体不匹配,最终发生方钢管从地梁拔动的脆性破坏模式。对竖波钢板组合剪力墙进行震损修复,得到墙趾可更换竖波钢板组合剪力墙,然后进行拟静力试验。试验结果表明:（1）在震损后的竖波钢板组合剪力墙的墙趾处安装阻尼器,其抗震性能基本得到恢复。（2）修复后的竖波钢板组合剪力墙承载力较修复前降低了23%,但延性和耗能能力显著提升。（3）改变了竖波钢板组合剪力墙的破坏模式,由脆性破坏转化为延性破坏。借助有限元软件详细讨论了内嵌竖向波形钢板厚度和波角、轴压比、阻尼器腹板数量对修复后竖波钢板组合剪力墙抗剪承载力的影响,结果表明:改变内嵌竖向波形钢板厚度对试件抗剪承载力影响较大,而改变内嵌竖向波形钢板波角、轴压比和阻尼器腹板数量对试件抗剪承载力影响较小。结合有限元算例,提出修复后竖波钢板组合剪力墙抗剪承载力的计算公式,可为工程实际提供参考。     

在连续变频振动作用下弹塑性体系的反应跃迁及反常跃迁现象

本文介绍作者1983年作为访问学者在美国康奈尔大学所作的振动台试验:一个结构模型在渐增频率的输入作用下,发生的反应跃迁现象以及在一定条件下的反常跃迁。文中探讨了跃迁及反常跃迁的机理。实验及分析结果表明:弹塑性(软化)体系无论跃迁或反常跃迁,都是振动过程中结构刚度退化的结果,且都必定发生在输入频率接近而未达到结构当前自振频率的某个值上。反常跃迁发生于输入振幅达到某一临界值之后,且其图形包络线有类似于硬化体系的特征。这两点并不意味着结构的硬化,而恰恰表明刚度有剧烈的下降。跃迁与反常跃迁是结构输入频率与结构当前自振频率二者在动的过程中发生交互跨越的结果,它体现了弹塑性结构对振动的自我保护能力。     

多室连续曲线箱梁剪滞效应地震反应分析

采用三维有限元数值仿真技术对曲线箱梁进行模态分析和地震动作用下时程分析以探讨多室连续曲线箱梁自振特性和剪力滞效应。分别建立单箱单室和单箱双室多跨连续梁空间板壳有限元模型,研究箱室数和曲率角对曲线箱梁自振频率的影响,在此基础上,对单箱双室连续曲线箱梁输入天津波以分析剪滞系数沿纵、横向分布规律。结果表明:箱室数和曲率角对自振频率影响较大,前5阶自振频率随着箱室数增加在增大,随着曲率角增加,自振频率一直在减小,且不同模型的结构前3阶振型特征各不相同;受地震动激励,多室箱梁翼板剪力滞效应显著,沿横向,剪滞系数在顶板与腹板交界处形成峰值,剪滞系数高达2.505,沿纵向,中间支座截面剪力滞效应较跨中截面严重;通过定义宽径比为主要变量,采用最小二乘法对剪滞系数进行回归分析,提出计算剪滞系数峰值的经验公式,与有限元误差不足2%,满足精度要求;     

中承式钢筋混凝土拱桥自振特性分析

利用有限元通用软件ANSYS,对一中承式钢筋混凝土拱桥进行了结构自振特性的数值模拟分析,求出了自振频率、振型等动力参数,对其模态特征进行了描述,并通过变换拱桥的主要结构参数对比分析了它们对结构自振特性的影响.结果表明:自振频率随矢跨比的减小略有提高;横撑有助于增强拱肋的横向刚度,减小拱肋面外振动,提高抗风稳定性;各振型的自振频率值随拱肋刚度的提高近似成线性增大,可以通过改变拱肋刚度来调整其自振特性.研究结果可以为同类桥梁的抗震设计提供参考.     

约束高强度Q460钢柱抗火性能分析

为了研究高强度约束钢柱在火灾下的反应,根据高强度结构钢Q460在高温下的力学性能参数,建立了约束高强度钢柱受火分析模型,得到了高强度约束钢柱在火灾下的轴向位移、跨中挠度、最大应力以及临界温度。采用有限元分析对理论结果进行了验证,两者吻合很好。利用验证过的该文计算方法计算了2种荷栽比、长细比和约束刚度比条件下的高强钢柱的抗火性能;采用CECS200：2006的力学性能参数计算了约束普通钢柱的抗火性能。通过对高强钢和普通钢的抗火性能分析发现,轴向约束明显降低钢柱的临界温度,长细比、荷载比越大,临界温度越低;高强钢的抗火性能要优于普通钢。     

一种求解地下结构顶板频率和振型的方法

采用欧拉梁横向自由振动理论,发展了一种求解浅埋地下结构顶板频率和振型的方法。鉴于地下结构顶板频率求解问题的复杂性,首先将该问题假定为平面应变问题求解,推导出浅埋地下结构项板梁的自由振动方程;然后根据顶板梁的边界条件,得到了顶板梁的频率方程,从而得出了顶板梁的频率和振型;进一步得出了墙体转动刚度对顶板频率影响的规律,即转动刚度对顶板低频影响较小,对高频影响较大。还综合考虑土体刚度随埋深的变化和由于土体成拱引起的土体附加质量的变化,研究了结构顶板频率随埋深的变化。这些结果可以为地下结构的动力计算提供参考。     

大型高架桥横向地震反应分析

提出了大型高架桥梯形截面薄壁箱梁地震反应分析模型。该模型可以考虑箱梁弯曲，扭转，畸变等多种因素，还能考虑箱梁结构的横向弯扭耦合振动等结构自身特性和桥墩变形，盆式橡胶支座等局部构件作用，建立了大型高架桥在地震波输入下的动力方程，计算了郑州紫荆山高架桥分别在4种典型地震波作用下的地震过程反应，计算给出了该桥的地震反应规律。论证了郑州紫荆山高架桥在地震作用下横向变形的可靠性，为该桥的抗震设计提供参考。     

基于性能提升的螺栓-组件连接抗倒塌分析

框架竖向承重构件失效后,节点的性能决定了荷载是否能可靠地传递给相邻构件。栓焊刚性连接具有较高的初始刚度,在大变形条件下梁端母材易过早断裂,悬链线机制的发挥无法保证;顶底角钢腹板双角钢半刚性连接虽然具有较大变形能力,但在早期小变形阶段承载力偏低,性能有所不足。为全面提高节点的抗倒塌性能,设计了1种螺栓-组件连接节点,通过建立理论模型与数值模型进行相互验证,对该连接方式的抗倒塌性能进行了细致分析。结果表明:螺栓-组件连接子结构初始阶段承载力高于栓焊连接,并且在过渡阶段稳定上升,具有较大的转动变形能力。通过将梁腹板局部加厚,可使其在大变形条件下的承载力高于双腹板顶底角钢半刚性连接,抗倒塌性能优越。该新型连接节点传力明确,各组件工作性能合理高效,理论分析表明组件约束长度β、壁厚h和滑道长度d是影响其抗倒塌性能的关键因素,并给出了设计建议。     

Winkler弹性地基板梁的自由振动分析

中短型轨道板的几何构型介于梁、板之间,属于宽梁结构。从Mindlin板理论出发,退化得到适用于宽梁的Mindlin板梁控制方程;引入Winkler地基刚度系数,推导得到位移和转角的模态函数表达式。考虑两端简支的边界条件,得到弹性地基板梁的自由振动特征方程。通过无量纲数值算例求解出弹性地基板梁的自振频率,并与Timoshenko梁理论和Mindlin板理论进行对比。研究高跨比、泊松比和弹性地基刚度等参数对结构自振特性的影响,总结出弹性地基板梁方程的特点及适用范围,即宽度效应显著且泊松比较大的宽梁结构。