轴向变形对拱自振频率影响的样条有限点法

提出用样条有限点法计算拱的横向振动和纵向振动的最小频率。用3次B样条函数的线性组合模拟拱自振时的位移振型函数,根据Hamilton原理推导出了拱结构自由振动频率方程。通过实例验证了样条有限点法计算效率高、精度高、计算格式简单,较有限元法具有很大优越性。计算分析了轴向变形对横向振动最小频率的影响,提出了临界矢跨比的概念。考虑轴向变形时不仅频率系数的大小发生了变化,同时它的变化规律也与原来不同。当结构的矢跨比小于临界矢跨比时,横向振动最小频率较不计轴向变形时减小,随着矢跨比的增大逐渐增大;当结构的矢跨比大于临界矢跨比时,横向振动最小频率较不计轴向变形时增大,随着矢跨比的增大逐渐减小。由此给出了目前广泛使用的横向振动最小频率曲线的适用范围,同时建立了纵向振动频率计算用曲线。     

环境温度对桥梁结构动力特性影响的试验研究

本文以两跨钢-混凝土连续组合梁模型和刚架拱桥的环境振动测试为基础,分析了环境温度变化对桥梁动力特性的影响。结果表明:环境温度变化会引起桥梁动力特性的显著变化,同时温度变化对结构动力特性的影响受到桥梁边界约束条件的很大影响,此类测试和分析对桥梁健康监测与损伤识别具有借鉴意义。     

阻尼对结构模态测试精度影响的试验研究

结构振动是多个振型参与的结果。在结构抗震设计及地震工程相关领域,结构模态数值的应用程度越来越高,其准确程度从根本上关系到结构设计和工程抗震的实现效果。为考察阻尼对实际结构模态测试结果的影响,设计了三层剪切型钢框架模型及可调硅油阻尼器。计算其理论模态,并通过三种常用的模态测试方法,对其在阻尼比由小到大逐渐增大的各种工况下的频率和振型进行测试。试验结果表明:阻尼比对结构模态测试结果确有影响,测试精度随着阻尼比的增大而降低,但在实际结构阻尼比量级时,常用测试方法得到的简单结构的模态结果精度可以满足工程计算需要;脉动法、初位移释放法和激振法的测试精度依次提高。     

大直径单桩海上风机横向自振频率实用计算方法

海上风机系统一阶横向自振频率的精确求解是风机振动分析的关键之一。基于Timoshenko梁理论,采用多段等效的方式模拟风机塔筒的连续变截面特性,并考虑土体的分层特点,建立风机系统横向振动方程,通过相邻连接段的位移、转角、弯矩和剪力之间的连续关系,推导出风机系统横向自振频率的半解析解,并与风机实测频率进行对比,验证了本方法的精确性与有效性。同时考虑风机前期设计及运营期间由于风机尺寸、土体参数可能出现的参数变化,对风机尺寸及土层要素进行了参数分析。分析表明：风机系统的横向振动频率受塔筒高度及变截面特性、土体模量、海床平面高度变化、桩径与桩长影响较大,受连接段高度的影响较小。     

寒区环境温度对板式橡胶支座连续梁桥地震易损性影响研究

针对现行规范对寒区桥梁减隔震设计中仅考虑橡胶支座力学特性受环境温度作用影响,而忽略桥墩混凝土材料特性受温度影响的不足,以高寒地区一座两联3×30 m混凝土连续梁桥为背景,开展不同环境温度下桥墩混凝土材料抗压性能试验,确定温度对其力学参数的影响,基于试验结果对不同环境温度下的桥墩混凝土力学参数进行修正,从而建立不同环境温度下的全桥精细化非线性有限元模型,并基于增量动力分析(IDA)法探究不同环境温度下该桥的地震易损性。结果表明:极端温度引起桥墩混凝土材料参数和支座刚度的改变,使得该桥自振频率随着温度的升高而降低;地震作用下,极端低温时桥墩墩顶位移较常温增大了26.8%,而极端高温时支座位移增大了19.4%;根据现行规范计算的极端低温时支座和桥梁系统的损伤概率偏小,极端高温时结构和构件的损伤概率偏大,在设计中应予以重视;极端低温下桥墩、支座及桥梁系统的损伤概率,较常温分别增大45.0%、35.2%和27.5%,对于高寒地区该类桥梁设计时需考虑低温对其抗震性能的影响。     

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。     

考虑温度影响的LRB隔震建筑地震响应分析

为研究温度对铅芯橡胶支座(LRB)性能的影响,进行支座拟静力试验。试验表明,在不同温度环境中试件的滞回曲线明显不同,支座的刚度和屈服剪力均随温度的升高而降低;低温时,支座的力学特性变化较大,而当温度大于20℃时,支座的力学特性趋于稳定。以某五层基础隔震建筑为例,编写基础隔震结构非线性时程分析程序NBIS,计算该隔震建筑在考虑温度影响后的地震响应。结果表明,在多遇地震作用下支座恢复力随温度的升高而降低,与罕遇地震下的变化趋势相反;考虑LRB温度影响后,该基础隔震结构的减震系数随环境温度的降低而增大,支座的最大位移随温度升高而增大。     

桨叶结构旋转面振动固有频率计算

利用有限元法推导了直升机桨叶的耦合振动频率方程，提出了有效的计算方法－直接迭代法，并计算了桨叶第1至第4阶固有频率。     

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。     

石英弹簧重力仪温度曲线特征的研究

从大量重力测量资料研究中,发现温度变化对重力测量精度的影响很大,尤其在面积较大的范围中进行重力测量,环境温度差异大,温度对重力仪的影响更为复杂。在目前高精度重力仪数量尚不能满足需要的情况下,提高石英弹簧重力仪的测量精度是十分必要的。为此,我们在1982年与有关厂家协作,制成了一台半导体制冷、制热重力仪温度测试装置,用以模拟野外工作环境温度变化。从1983年7月至1984年4月我们用该装置对列入国家地震局“清理攻关项目”的六台CG-2型,一台ZSM型和十六台Worden型石英弹簧重力仪进行了系统的温度测试。参加测试的仪器型号见下表     

中尺度涡影响下目的层地震成像的畸变与影响因素分析

将PE方法与地震数值模拟方法相结合研究了中尺度涡影响下目标地层成像的畸变.模拟了不同声源频率、不同水深条件下的地震波场.计算结果发现,中尺度涡的存在使得真实地形结构无法在地震成像中反映,而且地震成像畸变随着海水深度、震源频率的增加而增大.机理分析表明,中尺度涡所带来的水体温度梯度变化是产生地震成像畸变的主要因素.为了便于工程应用,本文还推导了有效涡强度、温度差与地形畸变率的关系式.本文的研究结果将对提高深海地震成像精度有一定的指导意义.     

波形钢腹板组合箱梁约束扭转频率理论解

波形钢腹板组合箱梁扭转刚度与混凝土箱梁相比更弱,因此针对波形钢腹板组合箱梁的扭转动力性能的研究非常必要。以自振状态下的波形钢腹板组合箱梁微段为研究对象,考虑了横隔板对截面纵向纤维变形的约束,建立了约束扭转条件下的动内力平衡方程,依据乌曼斯基扭转理论以及波形钢腹板的力学性质推导得出了波形钢腹板组合箱梁在约束扭转条件下的振动微分方程;并根据简支梁的约束条件,求得了扭转振动方程的理论解。通过分别采用理论抗扭刚度与规范抗扭刚度求解扭转频率发现:约束扭转产生的翘曲应力对自振扭转频率的影响随着跨度的增大而减小;计算结果与数值模型试验结果对比分析得出:频率计算公式在跨度10 m~40 m范围内是具有较高的精度,可以用于波形钢腹板组合箱梁的扭转分析。     

吊杆损伤对湛河斜靠式拱桥动力特性的影响

根据平顶山市城东河路湛河桥主桥—斜靠式拱桥的结构特点,采用M IDAS/C ivil有限元软件,建立了该桥的空间有限元计算模型,进行了不同吊杆损伤情况下的桥梁动力特性计算,通过对比桥梁在完好状态和不同吊杆损伤情况下的桥梁动力特性,得出结论:吊杆损伤对斜靠式拱桥的低阶自振频率总体影响较小,但对桥梁整体竖向自振频率和扭转自振频率相对影响较大,吊杆损伤导致桥梁竖向和扭转自振频率降低;主拱吊杆损伤比稳定拱吊杆损伤对该桥的自振频率影响大,跨中吊杆损伤比1/4跨处吊杆损伤对该桥自振频率影响大。计算结果对正确认识斜靠式拱桥在不同状态下的结构动力特征,合理评价桥梁运营阶段的健康状况提供了参考和基础性数据。     

地基弹性参数对于长型大截面地下结构横向自由振动的影响

自由振动分析是地下结构地震动力响应分析的基础。本文利用笔者先前得到的长型地下结构的自由振动方程,研究了地基弹性参数对地下结构自由振动的影响。由分析可以看出,随着地基弹性参数值的增加,结构中波速值总的趋势是增加,但是温克尔地基参数对结构中波速的影响远大于第二地基参数的影响;地下结构振动频率总的趋势是随着温克尔地基参数k和第二地基参数gP值的增加而增加;与地基参数对地下结构中波的传播速度的影响不同,k和gP对地下结构振动频率的影响是同阶的,因此不能忽略gP对地下结构自由振动的影响。     

桥塔涡激共振可靠性简化计算方法

针对桥塔在风载荷下的涡激共振可靠性问题,在涡激振动机理与频率锁定现象研究基础上,提出一种计算桥塔涡激振动可靠性的简化方法.将临界风速结合Re数和Strouhal数建立涡激共振下桥塔安全裕度方程,并引入AFOSM求解方法解决非线性问题,利用MATLAB进行可靠性求解程序编制,在保证计算精度的同时大大降低了桥塔涡激振动可靠...     

基于Remez迭代算法求解差分系数的双相介质自适应有限差分正演模拟

利用传统有限差分方法对基于Biot理论的双相介质波动方程进行数值求解时,由于慢纵波的存在,数值频散效应较为明显,影响模拟精度.相对于声学近似方程及普通弹性波方程,Biot双相介质波动方程在同等数值求解算法和精度要求条件下,其地震波场正演模拟需要更多的计算时间.本文针对Biot一阶速度-应力方程组发展了一种变阶数优化有限差分数值模拟方法,旨在同时提高其正演模拟的精度和效率.首先结合交错网格差分格式推导Biot方程的数值频散关系式.然后基于Remez迭代算法求取一阶空间偏导数的优化差分系数,并用于Biot方程的交错网格有限差分数值模拟.在此基础上把三类波的平均频散误差参数限制在给定的频散误差阈值和频率范围内,此时优化有限差分算子的长度就能自适应非均匀双相介质模型中的不同速度区间.数值频散曲线分析表明:基于Remez迭代算法的优化有限差分方法相较传统泰勒级数展开方法在大波数范围对频散误差的压制效果更明显;可变阶数的优化有限差分方法能取得与固定阶数优化有限差分方法相近的模拟精度.在均匀介质和河道模型的数值模拟实验中将本文变阶数优化有限差分算法与传统泰勒展开算法、最小二乘优化算法进行比较,进一步证明其在复杂地下介质中的有效性和适用性.     

粘弹性梁的动力分析

本文用三体模型对粘弹性简支梁进行动力分析。对由混凝土和聚丙烯两种材料制成的梁作了弹性和粘弹性的数值计算。由这两个数例表明,材料的粘性对梁的自振频率影响很小。强迫振动时考虑材料的粘性在一般情况下将使振幅降低。当干扰频率很高时,随着干扰频率的增大振幅迅速减小。     

振动频率对饱和砂土液化强度的影响

采用“土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪”对饱和砂土进行了一系列动三轴实验,探讨了振动频率对液化强度数值的影响程度。在1．0、1．5固结比和0．05、0．10、1．00Hz振动频率条件下,针对相对密实度分别为70％、28％的密砂和松砂进行了100、200、300kPa围压和100kPa围压条件下的液化强度实验。实验结果表明,饱和密砂和松砂在各种固结条件下,液化强度随着振动频率的增大而增大,相同破坏振次时,各种实验条件下的液化强度与振动频率的关系在双对数坐标上均符合线性关系;振动频率由0．05Hz变化到1．00Hz时,液化强度相差达25％以上;动强度指标翰值随振动频率的增大而增大,最大相差12．2％;随着振动频率的增大,砂土达到液化破坏所需的时间明显缩短;振动频率对松砂液化强度的影响比对密砂的影响更为显著。     

考虑刚度及边界条件的短索索力求解与试验研究

建立了一个非齐次边界拉索力学模型,基于拉索线性振动理论,推导了考虑拉索抗弯刚度及边界条件的拉索频率方程;根据双曲函数的数理特性对频率方程进行了合理简化,得到了实用的频率简化方程,提出了逆过程求解索力的方法和步骤,并探讨了不同支承刚度对索力的影响。设计了室内拉索试验模型并进行了27种工况索力试验,比较了不同工况下的计算索力与实际索力,验证了本文提出的频率简化方程和逆过程求解方法的实用可靠性。     

旋转网格和常规网格混合的时空域声波有限差分正演

压制数值频散,提高正演模拟精度,一直是有限差分正演模拟研究的重要内容.基于时空域频散关系的有限差分法,比基于空间域频散关系的传统有限差分法,模拟精度更高.时空域声波方程数值模拟,普遍采用常规十字交叉型高阶有限差分格式.而在频率-空间域,普遍采用旋转网格和常规网格混合的有限差分格式,有效提高了模拟精度和计算效率.本文将频率-空间域混合网格有限差分的思想引入到时空域,提出了时空域混合网格2 M+N型声波方程有限差分方法.首先推导出基于时空域频散关系的混合网格差分系数计算方法,然后进行频散分析、稳定性分析,并和传统高阶、时空域高阶有限差分法对比,结果表明:计算量相同时,新方法能有效压制数值频散,显著提高模拟精度;新方法相比传统2 M阶有限差分法,稳定性增强,与时空域2 M阶有限差分法稳定性基本相当.最后利用新方法进行均匀介质、层状介质、盐丘模型的数值模拟和盐丘模型的逆时偏移,模拟效果和成像质量进一步证实了该方法的有效性和普遍适用性.