轻型座椅式架空单线索道非线性动力分析

轻型座椅式架空单线索道运行过程模拟是几何非线性连续系统动力问题。本文提出了张力差调节法，把连续多跨悬索结构的动力分析简化为一列列单跨悬索的计算。提出了不同时刻划分单元的新概念，结构Ｎｅｗｍａｒｋ法与Ｎｅｗｔｏｎ Ｒａｐｈｓｏｎ法，建立了索道非线性有限元动力分析模型，为索道晨线性分析提供了新方法，并针对三跨的索道，进行了模拟计算。     

基于精确解析解的索单元

完善了基于悬索精确解析解的两节点平面索单元，包括带节间集中力的索单元、两端带刚臂的索单元．从理论上推导了空间索单元的平面外刚度系数，并通过坐标转换矩阵将空间索单元统一到平面索单元上，也可考虑在组合均布荷载作用下的索单元．这种索单元可用于悬索桥、斜拉桥等结构的非线性有限元分析中．通过两个算例的计算表明，该方法是精确有效的．     

悬索结构大位移分析改进的两节点索单元模型

基于非线性弹性理论,提出了适合悬索结构大位移分析的改进的节点索单元有限元模型,在 移函数的表达式中计及了索元自重垂度的影响,从而克服了目前悬索结构普遍采用的现代了点索元无法直接计及自重垂度影响的缺点。     

平板网架-悬索桥的自振特性分析

利用空间网架结构刚度大而悬索结构刚度较低的特点,提出采用网架结构代替常规悬索桥的加劲梁,构成平板网架-悬索桥.探讨相应结构的受力特征,并以108国道陕西和山西交界的禹门口黄河公路120 m的悬索桥为实例,建立整体结构的分析模型,利用ANSYS有限元软件对该结构体系进行自振特性的分析计算,得到该桥型的横向、竖向、纵向、扭转以及耦合振动的频率和振型.分析结果表明,由于索、杆和空间网架结构的共同工作效应,使得这种体系的整体刚度好,抵抗变形能力强,动力性能优越.     

桁式加劲梁悬索桥抗风动力特性分析

大跨悬索桥的抗风性能在大跨悬索桥梁设计中具有非常重要的地位,而桁式加劲梁由于其优良的空气动力稳定性在大跨悬索桥中经常被采用。本文以湘西矮寨特大桥实际工程为背景,通过舍弃目前常用的单主梁、双主梁或三主梁模式而采用按实际桁架的构成建立仿真三维梁单元模型的方法建立了整体结构的三维分析模型,利用ANSYS有限元软件对该结构体系进行动力特性的分析计算,得到了该桥型的横向、竖向、主缆、扭转以及耦合振动的频率和振型。分析结果表明,由于桁架结构和索、杆的共同工作效应,使得这种体系的整体刚度好,特别是主缆抵抗变形能力强,动力性能优越,具有很好的抗风性能,分析结果将会为该桥梁进一步的抗风、抗震等设计提供有益的参考。     

地震作用下大跨地下结构覆土地面动力响应

为了给大跨地下结构地面上新建建筑的抗震设计提供依据,以某大跨地下拱壳结构工程为对象,采用通用有限元软件ANSYS,建立大跨地下拱壳结构-上覆土体的数值计算模型,依据结构抗震设防目标及场地条件,输入三向地震波进行地震反应分析。在结构覆土地面沿纵向和横向分别选取代表性节点,提取沿纵向线及沿横向线分布各点的地震反应,分析地面点的位移与应力响应,并结合建筑结构动力特性进行分析。研究结果表明:所建立的地下结构-上覆土体的地震反应分析模型能够反映出结构上覆土地面的动力反应特性;在靠近大跨地下拱壳结构的地面投影中心附近,竖向动力响应较为显著,不宜增建对竖向位移响应较敏感的结构;在综合利用大跨地下拱壳结构上部地面空间时,对地面增建建筑进行抗震设计时,分析结果可为增建建筑抗震分析的地震输入与分析提供理论指导,并为增建建筑位置的选取及结构选型提供依据。     

悬索结构非线性有限元分析

提出了一种适合于悬索结构空间非线性分析的三节点等参数索单元有限元模型,在三维整体坐标下,由就的定义得到了可以考虑任意高阶位移影响的非线性应变几何关系,采用Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ坐标描述法,并由虚功原理建立了非线性有限无限元增量方程及切线刚度和矩阵,算例计算表明,本文方法可用于各种悬索结构的计算分析。     

几何非线性因素耦合作用下悬索管桥索结构的应力分布

针对悬索管桥索结构体系的几何非线性行为,进行了耦合作用下索单元刚度矩阵的分析。在此基础上以某黄河悬索管桥为原型,建立了悬索管桥有限元仿真模型。通过找形计算确定了索结构的初始位置。并在正常运营的工况下对该管桥采取非线性有限元分析,得到主索、风索、下稳定索、吊索及系索五种索结构的应力分布规律;同时利用工程检测数据验证了所用理论、所建模型和模拟结果的正确性。研究结果表明:在正常运营的工况下,悬索管桥各个索的应力值都远小于其标准破坏强度1 570 MPa;主索、风索、下稳定索的轴向应力沿桥中心呈对称分布;吊索体系、系索体系的各对索的应力以各自的第27对索为中心,也呈对称分布;应力最大的系索不是第27对系索,而是其两侧附近的系索。     

柔性悬索吊桥的几何非线性特性

对悬索吊桥的结构性能进行空间非线性有限元分析,并通过静力荷载试验,将实测变形与数值分析结果进行对比。研究结果表明:结构变形试验结果与仿真结果接近,说明该有限元分析方法可精确地模拟出悬索吊桥成桥后的受力状态,对其受力性能评估具有较高可靠性;各测点变形实测值均小于仿真值,说明柔性悬索吊桥受力性能良好。且得到从主索3L/8和5L/8(L为桥梁主跨)截面向跨中截面趋近时,主索垂度增量与跨中施加荷载和张力的增量基本呈线性关系,几何非线性特性不明显;从主索3L/8和5L/8截面向端部截面趋近时,几何非线性特性更加突出;在主索L/4和3L/4截面附近,增加单位垂度所需跨中荷载量和张力逐渐减少;在主索L/8和7L/8截面附近,增加单位垂度所需跨中荷载和张力逐渐增大;在L/2,3L/8和5L/8截面附近,主索增加单位垂度所需荷载和轴向张力相差很小。     

超长大规格高强度悬索桥主缆索股编制装备技术研究

阐述了超长大规格高强度悬索主缆索股编制装备,为悬索主缆单元索股的工厂化制作提供可靠的工业装备,满足了大规模生产的需要。     

钢框架-预应力索支撑结构断索动效应

为研究多层钢框架-预应力索支撑结构体系中预应力拉索在偶然荷载作用下突然断裂引起剩余结构振动响应的特征,采用瞬时加载法,借助大变形动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA对底层一侧索支撑突然失效的一榀六层平面钢框架-预应力索支撑结构进行了动力响应的仿真分析。结果表明:剩余结构顶点侧移及与断索相邻关键构件端内力的动力系数均不大于2.0;顶点侧移、内力的最大值均发生在索完全破坏后;索的预拉力增大对断索后剩余结构的安全不利,但索直径变化对断索后的剩余结构影响不大;索的预拉力、直径变化对动力系数影响都很小。     

索结构几何非线性分析的悬链线索单元法

基于索的基本假定和悬链线平衡方程,通过对沿索曲线均布荷载作用下的索段分析,得到了索端力和索的几何线形之间的对应关系;进一步通过索单元的柔性迭代分析,获得了内力改变和位移增量之间的关系,进而得到索单元的刚度矩阵和节点力,从而建立起了空间悬链线索单元的几何非线性有限元分析方法.经典算例结果证明了空间悬链线索单元的正确性,同时具有较高的精度,可为大跨度悬索桥、斜拉桥以及张拉结构等几何非线性较强的结构精确分析提供强有力的计算工具.     

单层平面索网点支式玻璃幕墙动力性能研究

考虑单层平面索网支承与幕墙玻璃之间的协同工作,建立结构体系的有限元模型,对有限元模型进行瞬态动力分析.通过有限元程序对索网幕墙体系中的钢索直径、钢索预拉力、幕墙玻璃网格尺寸、玻璃厚度对其动力性能的影响进行了研究,得到该幕墙结构在地震动力作用下的动力特性.研究表明,单层索网幕墙结构体系响应具有较强的非线性,钢索预拉力、幕墙玻璃网格及其厚度对结构动力性能影响较大.此外,结构体系刚度与幕墙玻璃密切相关.     

索系-空间杂交结构的动力特性和参数分析

研究由网壳、索系和塔柱构成的索系-空间杂交结构协同工作体系的动力特性，并进行参数分析．采用空间杆单元和空间梁单元分别构建网壳杆件和塔柱构件的力学模型；采用空间索单元并引入等效弹性模量对拉索进行力学建模．分析和比较网格形式、索系布局、结构支承、矢跨比、杆件截面及其尺寸等有关参数对结构动力性能的影响．结果表明，索系-空间杂交结构体系自振模态可分为塔柱在网壳结构切向的振动、塔柱在网壳径向的振动、整体结构协同振动和网壳结构自身振动等4个组群；结构各组群振动的自振频率相对集中，其出现顺序依赖于该类结构的具体构形及网壳、索系和塔柱的刚度．     

空间悬链线索单元的非线性有限元分析

根据弹性悬链线的理论解析解推导出适用于索结构有限元分析的空间悬链线单元,得到了两节点索单元的切线刚度矩阵和索端张力的精确表达式。采用索单元等效节点荷载的全量算法,通过Newdon-rapson双重迭代法实现非线性问题的求解。所提出的基于空间悬链线单元的半解析非线性有限元分析方法可充分考虑几何非线性的影响,实现对任意方向空间荷载下索的初始位形和内力分析。算例表明,该计算方法精确有效。     

非一致地震激励下飘浮体系斜拉桥易损性分析

利用Open Sees软件对一座主跨为420 m的斜拉桥建立有限元模型,分别进行了仅考虑失相干效应、考虑失相干效应和行波效应、考虑失相干效应和场地效应以及综合考虑失相干效应、行波效应和场地效应等4种非一致激励情况下的易损性分析.结合联合概率地震需求模型(TPSDM)和蒙特卡罗抽样获得了基于构件的体系易损性曲线.考虑地震动空间效应的飘浮体系斜拉桥损伤概率明显高于一致激励且失相干效应和场地效应的影响较为显著.失相干效应越明显,斜拉桥体系遭受地震损伤的概率越大.场地效应的影响较为复杂,总体上表现为相邻场地类型差异越大,沿地震波传播方向场地类型由软变硬时,体系损伤概率增加.行波效应对飘浮体系斜拉桥地震损伤的影响较小,易损性分析时忽略行波效应的影响不会造成较大的误差.因此,对飘浮体系斜拉桥进行非一致激励下的地震易损性分析应考虑失相干效应和场地效应的影响,目前广泛采用的一致激励下的易损性分析高估了体系的抗震性能.     

电缆车削剥皮过程理论分析与仿真模拟

为解决人工剥离电缆外皮效率低、精度差的问题,通过材料力学分析和有限元方法对电缆车削剥皮过程进行了理论模型构建和仿真模拟分析,研究了电缆车削剥皮过程中的变形规律,为一种机械车削中间剥皮方式提供理论依据并验证可行性。对电缆结构特性进行分析,建立电缆几何模型。采用复合材料力学理论分析与均匀化方法,进行电缆力学模型建立及参数的求解。建立影响车削剥皮质量的中间剥皮车削加工力学模型,研究影响剥皮质量的电缆弯曲与扭转变形力学特性规律,并进行了电缆线径、长度、切削位置因素显著性分析。分析了电缆绝缘外皮XLPE切削加工特点、刀具几何参数与材料选择,求解出了XLPE的修正J-C本构模型,运用ABAQUS进行热力耦合切削数值模拟,研究了切削速度、切削深度与刀具角度对切削力、切削温度及切屑形态影响规律。结果表明:电缆线径对电缆弯曲和扭转变形均有较大影响,线径越大产生的变形越小。长度和切削位置对线缆弯曲变形影响较大,对扭转变形影响不明显。电缆XLPE外皮切削有限元模拟结果清晰直观,切削速度、切削深度和刀具前角对XLPE外皮切削形态和切割温度影响规律明显。     

基于响应功率谱灵敏度分析的幕墙拉索损伤检测

幕墙拉索是重要的工程构件,为解决幕墙拉索的损伤检测问题,从弦的强迫振动方程出发,建立了其相应的有限元运动方程。将幕墙拉索的局部损伤模拟为弦单元面积的减少,利用随机振动的虚拟激励法,得到平稳随机激励下结构响应的功率谱密度函数对弦单元面积的灵敏度,采用有限元模型修正实现幕墙拉索的损伤识别。数值算例表明,仅利用有限的几个传感器的频域数据,就能够较好地识别幕墙拉索损伤,并且对模拟的人工噪声不敏感,具有一定的工程实用前景。     

空间折索单元的切线刚度矩阵

预应力空间网格结构是一种新型的结构形式 ,对该结构进行非线性分析计算时 ,需要采用空间索单元的切线刚度矩阵 .通过对于预应力索单元的分析研究 ,推导了具有初始应力的空间折索单元的单元切线刚度矩阵的计算公式 ,并且建立了可用于预应力空间网格结构非线性有限元分析的非线性方程组 .所推导的公式均具有良好的规律性 ,非常便于计算机进行分析处理     

缆拱桥的结构形式和性能

提出了一种桥梁结构体系——缆拱桥,其结构的主要特征是缆索两端锚固于拱脚或其附近,荷载由拱肋与缆索共同承担.拱既是承重构件,又起到锚碇作用;缆既是承重构件,又起到系杆作用.给出了缆拱桥的具体结构形式,并对其结构强度、刚度、稳定特性及动力特性进行有限元分析.结果表明:与相同跨度及截面的系杆拱桥相比,缆拱桥的稳定承载力及强度承载力大幅提高,刚度略有下降.此外,缆拱桥造型美观,更容易做到力与美的统一,且其较高的稳定承载力和强度承载力为拱结构跨度提升提供了新的有效途径.