预应力桥梁的竖向振动特性和地震反应分析

基于模态摄动法和振型叠加法,建立了预应力桥梁竖向地震反应分析的计算方法.通过2个典型工程实例分析,讨论了桥梁竖向地震反应分析中的几个问题.算例结果表明:①预加力使桥梁的自振频率升高,影响主要体现在低阶自振频率上,随着振型阶序的增加,预加力的影响变小.对于20 m和32 m跨度的预应力桥梁来说,竖向基频分别升高5.3％和6.3％,而第5阶竖向频率升高只有1％左右.②在地表波作用下预应力梁跨中截面弯矩减小约30％和25％,预加力提高了桥梁的抗震能力.③竖向地震反应中高阶振型的贡献可以忽略.④7度设防烈度下,在预应力桥梁跨中截面弯矩的荷载组合效应中,竖向地震作用效应所占比例分别达24.56％和26.15％,8度设防烈度时所占比例分别为38.93％和41.46％,说明在这类预应力桥梁抗震设计中应考虑竖向地震反应的影响.     

预应力钢结构自振特性研究

采用求解考虑几何非线性的结构特征方程的方法对预应力态和承载态的单自由度预应力钢结构进行自振特性分析,通过与非线性瞬态分析结果比较,验证了该方法的正确性,明确了结构自振频率与结构切线刚度的关系.在此基础上,对索桁架和张弦梁结构的自振特性进行了研究,结果表明:预拉力和外荷载引起的预应力钢结构切线刚度的改变将影响结构的自振特性,预应力通常增大结构刚度和自振频率,而外荷载可能增大或减小结构刚度和自振频率.因此,进行预应力钢结构自振特性分析应同时考虑预应力和外荷载的影响,然而对张弦梁这类结构由于预拉力和外荷载对结构切线刚度的影响相互抵消,可直接采用线性自振频率进行结构抗震设计.     

体外预应力梁动力特性的分析方法

以体外预应力简支梁为例，讨论了预应力梁的振动过程中预加力的变化情况，建立了梁的受力模型，导出了预应力梁横向弯曲振动的微分方程．采用模态摄动法，得出求解预应力梁的动力特性的近似求解方法．通过算例结果和实验数据的比较，验证了算法的准确性．     

基于摄动法的体外预应力梁基频分析

进行了5根体外预应力全预应力梁的试验,探讨了利用摄动法原理进行体外预应力梁弯曲振动问题的求解.通过理论分析,建立求解体外预应力简支梁的自振频率的微分方程,以普通钢筋砼简支梁的自振频率为基准,利用摄动法原理将其转化为线性方程来求解,简化了计算过程,并将计算结果与有限元分析及试验结果进行了对比分析,结果表明:利用摄动法原理进行体外预应力全预应力梁动力性能的分析是简便可行的.     

铁路桥梁体外预应力索的横向振动控制

详细计算了体外预应力混凝土梁中常用型号体外索的自振特性，介绍了铁路混凝土梁的实测自振频率。基于体外索、混凝土梁的自振特性分析，从防止体外索、梁发生共振的角度出发，提出了防止设计体外索发生过大振动的建议。     

三跨有粘结预应力连续梁自振频率解析解

为了研究三跨有粘结预应力连续梁的动力特性,建立了基于Bernoulli-Euler梁理论的有粘结预应力钢筋布置形式的连续梁分析模型。通过建立有粘结预应力与位移的函数关系,将连续梁视为满足弯矩、转角和位移条件的多个单跨梁,采用分段联立法建立三跨预应力连续梁的振动方程组,获得了频率方程的解析解。通过求解频率方程得到自振频率,以三跨有粘结预应力连续梁为例,分别将本文方法计算结果与有限元法计算结果及实桥测试结果进行对比。研究结果表明:本文方法所得预应力梁的基频与有限元法计算结果的相对误差仅为0.6%,与实桥测试结果的误差为-1.18%;前四阶频率与有限元法计算结果的最大误差在3%以内;前三阶自振频率与实桥测试结果的平均误差在3%以内,结果吻合较好。通过本文公式可以较准确地求得三跨有粘结预应力连续梁的自振频率等动力参数。     

预应力胶合木张弦梁受弯性能有限元分析

为研究预应力筋数量和预加力数值对预应力胶合木张弦梁受弯性能的影响,采用ABAQUS有限元程序,选择各向异性的弹性本构关系,对预应力胶合木张弦梁受弯性能进行分析.结果表明:总预加力数值相同时,梁的刚度和极限载荷均随预应力筋数量的增加而增大,与截面尺寸相同的普通胶合木梁相比,在研究范围内刚度增加39.55%~62.27%,极限载荷增大134.68%~177.32%;预应力筋数量相同时梁的挠度随总预加力数值的增大而减小,但其刚度不变,梁的极限载荷随总预加力数值的增大而增大,与截面尺寸相同的普通胶合木梁相比在研究范围内极限载荷增大109.37%~157.32%.     

非对称线型体外预应力梁自振频率特性分析

体外预应力技术在结构加固等方面具有独特的应用优势.为了全面分析体外索各种线型布置下体外预应力梁的动力性能,运用结构动力学知识给出了较为精确的体外索非对称线型布置的体外预应力简支梁自振频率计算公式.Ayaho Miyamoto等人给出的只适用于体外索对称线型布置的体外预应力梁自振频率计算公式在取相应的对称线型系数时,经验算,与其是一致的,因此体外预应力自振频率计算公式得以修正和扩充.     

功能梯度材料梁自由振动问题的常微分方程求解器解

建立具有连续分布参数的功能梯度材料Euler梁、Timoshenko梁自由振动的动力学方程,以常微分方程求解器为工具,分析计算这两种梁的自振频率;同时讨论Timoshenko梁的自振频率和振型随梁的参数而变化的规律,给出Timoshenko梁的弯曲振动弹性波和剪切振动弹性波的传播速度,分析弯曲和剪切耦合振动的特点和规律.结果表明:常微分方程求解器解和解析解几乎具有同样的精度;自振频率的大小取决于梁在振动时的弹性波的波速;Timoshenko梁在每个频率下的振动均为弯曲和剪切的耦合振动.     

预应力加固技术效应分析及其应用

体外预应力加固是将具有防腐保护的预应力筋布置在梁体的外部(或箱内),对梁体施加预应力,以预加力产生的反弯矩抵消部分外荷产生的内力,达到改善梁的使用功能和提高梁的承载能力的目的。本文对预应力加固技术的效应进行了分析,并以某办公楼梁的加固为例,阐述了其施工工艺流程及施工措施。     

基于能量法的单层固支碳纳米管频率预测

以非局部弹性理论为基础,同时考虑碳纳米管小尺度效应,采用欧拉-伯努利梁模型建立有外加预应力情况下单层碳纳米管的动力学控制方程,并给出其振动频率精确解,进而基于能量法给出单层碳纳米管振动频率近似解,最后通过具体算例将其精确解与近似解进行比较。结果表明,外加预应力的大小、碳纳米管模态数以及小尺度参数均影响单层碳纳米管振动频率预测值的准确性。     

张弦梁结构的自振特性分析

利用ANSYS软件中的子空间迭代法,分析了张弦梁结构的自振特性,针对不同的参数如矢跨比、垂跨比、撑杆数、横索数、预应力度和整体倾角等进行了大量参数分析,得出了各参数对张弦梁结构的自振特性的影响及张梁弦结构的自振规律.     

无粘结全预应力砼梁预应力损失的贝叶斯估计

提出了用于无粘结全预应力砼梁中预应力损失检测的贝叶斯概率法。研究了预应力筋在转动约束下自由振动特征,求得频率方程,以等效刚度的形式实现其在有限元中的建模。考虑测试结果的噪声影响和结构参数的随机性,利用自适应的马尔科夫链蒙特卡罗抽样技术(AM—MCMC)对梁的有限元模型进行了模型修正,构造出不相关的结构参数样本序列。在获取其后验分布统计特征的基础上预测了梁预应力损失的分布范围。数值模拟结果表明:AM—MCMC抽样技术确保了样本序列的混合能力。选择适当的抽样间隔可以减小样本序列之间的自相关性。对于不同的预应力水平,预测的预应力损失统计均值和试验值之间误差均小于6%。     

基于神经网络的简支梁桥预应力衰减评估模型

以后张法室内模型梁受弯全过程试验采集的数据为样本,研究了预应力混凝土桥梁有效预应力与各主要影响因素之间复杂的非线性关系,应用改进BP神经网络建立了混凝土桥梁服役期内预应力衰减的神经网络评估模型。该模型以受弯梁全过程P-Δ理论曲线为依据,构造了基频衰减率(IFDETR)、变形指标(IDISP)、混凝土应变变化率(ICSV)、钢筋应变变化率(IRSV)4种归一化指标作为网络输入值,以计入时变效应的预应力衰减率指标(IEPDR)作为网络输出值。测试样本的评估结果表明,误差小于1%的测试样本数在样本集中所占的比例大于85%,且误差均小于单因素回归方法。     

不同设计参数下体育馆大跨度预应力次梁楼盖竖向振动分析

针对大跨度楼盖的竖向振动问题,以某小学体育馆大跨度预应力次梁楼盖为研究背景,改变次梁高度、板厚和平梁底板厚度等结构布置,考虑可能出现的3种荷载工况,采用ANSYS模拟计算各方案楼盖的自振频率及各工况下楼盖的竖向振动加速度,对比分析表明:在工程中,增加楼板厚度对楼盖振动特性以及振动加速度改善效果较小甚至起不利作用;次梁高度增大20%(1 000～1 200mm)、25%(1 200～1 500mm),楼盖基频增大10.4%、12.5%,非类共振时各工况均方根加速度下降率为20.34%～36.14%;增设50 mm厚平梁底板后,楼盖基频较无底板时增大17.6%,非类共振时各工况均方根加速度降幅最大为60.67%;改变平梁底板厚度对楼盖自振频率及振动加速度影响甚微;综合各工况以增设平梁底板改善楼盖振动舒适度效果最佳。     

跨座式单轨车轨耦合系统振动信号采集频率分析

针对跨座式单轨车轨耦合系统振动信号采集时,振动信号采集频率会对车轨耦合动力响应数据处理结果产生影响,利用有限元分析软件建立跨座式单轨车轨耦合系统模型,探究不同车速下车辆与轨道梁振动响应随振动信号采集频率变化的趋势,进而得出适宜于车辆与轨道梁振动信号采集频率范围。研究结果表明：若振动信号采集频率过低,会导致车轨耦合振动响应结果失真,采集频率过高,对结果的精度提高效果并不明显;车辆振动信号采集频率宜不低于200 Hz;轨道梁垂向、横向振动加速度信号采集频率最低值分别为600 Hz和1500 Hz,且车速越高,振动信号采集频率对轨道梁振动加速度结果准确性影响越大。     

4种NET欧拉-伯努利直梁的动力学特性

考虑长程力,非局部弹性直梁内参考点的应力与直梁占据区域内所有点的应变都有关系．基于Eringen的非局部弹性理论积分型本构关系和采用幂指数型参模空间推导了Euler-Bernoulli直梁的积分型方程和4阶偏微分型方程,采用Laplace变换得到了直梁自然频率、振型的通解．给出了简支直梁、固定直梁、自由直梁、悬臂直梁的自然频率和振型．实例结果表明除悬臂直梁的第1阶自然频率随Eringen参数的增加而略微增加外,直梁自然频率随Eringen参数的增加而减小．固定直梁、自由直梁、悬臂直梁振型的振幅大体上随Eringen参数的增加而减小．但Eringen参数对简支直梁的振型没有影响．当Eringen参数为零时,非局部弹性理论与局部弹性理论的自然频率、振型一致．     

随机荷载下索梁结构拉索参数振动分析

采用拉索参数振动和索-梁-塔相互振动的有限元方法,以1993年Fujino进行的索梁结构试验模型为对象,进行随机荷载下拉索参数振动计算和分析.结果表明,当随机荷载强度达到一定水平时拉索发生参数振动,横向振动位移远高于主梁位移;三自由度的理论解析法只适用于主梁竖向一阶频率与拉索横向一阶频率之比为2∶1的索梁结构,对于主梁竖向二阶频率与拉索横向一阶频率之比为2∶1的索梁结构,该方法求得的主梁竖向位移偏小.     

载有集中质量梁的振动频率

本文所讨论的是载有集中质量的梁的振动频率.假设粱的一端由恒定刚度的弹簧铰定,另一端是自由的.通过频率方程求解,发现了极值频率定理.理论证明:如果集中质量很小(对梁的质量而言),当集中质量的位置改变,位于无载梁的某次简正振动的节点(腹点),振动频率具有极大(极小)值.极大频率就是梁在该次的简正振动的频率,与集中质量的大小无关;极小频率却与质量有关.最后在改变边界条件的情况下,梁振动的极值频率定理也被研究是成立的.所以本定理具有普遍意义.     

张拉整体塔结构风荷载时程模拟及风振分析

为研究张拉整体功能性建筑，比较分析了5种不同的风速功率谱函数，得知张拉整体塔结构的风荷载计算在一定高度内可以不考虑风速谱的变化；模拟了张拉整体塔结构不同高度处的风速时程，并转化为风荷载时程；对在465 MPa初始预应力状态下的结构进行了风振分析，得知其风振响应较小；比较分析了不同初始预应力下结构的风振响应，得知3种杆件的动静比都随预应力增大而增大，在一定范围内的不同初始预应力下结构各节点最大位移基本相等．