基于可靠度的输电塔抗风优化研究

提出一种基于可靠度约束的输电塔实用抗风优化设计方法.首先,识别出体系的失效模式并找出关键杆件同时提取各失效模式对应的安全余量方程,计算各失效模式的可靠指标.然后,对可靠度不满足的失效模式通过加强关键杆件的方法进行优化.最后,对各失效模式进行综合求出体系可靠指标,若体系可靠度满足要求则优化结束,若体系可靠度不满足则通过优化最小可靠指标的失效模式来提高体系可靠度直到满足为止.编制程序对塔架进行了若干个风速的优化,分析结果表明:1)在完整失效路径上存在关键的破坏杆件,对关键杆件进行优化可以有效地提高体系可靠度;2)这是一种直接消除结构薄弱点的优化,优化效果好;3)随优化风速的增大,优化的效率将变低;4)方法计算简单,结果合理.     

塑性破坏模式下桁架杆件重要性评价与优化

为使结构易损性分析更符合实际破坏情况,考虑了材料的塑性性能,提出了桁架结构杆件塑性重要性系数的计算方法,进而实现桁架的优化设计.首先假设杆件为弹塑性材质,以刚度损失定义杆件的塑性状态及破坏模式,采用附加荷载来考虑塑性阶段的结构承载力;其次建立桁架结构刚度矩阵与变形刚度矩阵之间的关系,寻求杆件位移与变形的内在联系,由此推导杆件塑性重要性系数;最后,通过预先假设桁架受力最不利情况和破坏模式,基于前述塑性重要性系数计算,实现桁架杆件的优化.通过一榀平面桁架算例说明了考虑材料塑性性能时得到的重要性系数值与仅考虑弹性性能有所区别,桁架失效模式更合理.同时桁架结构优化后,可以充分利用各杆件的抗力.     

基于冗余度理论的深基坑环梁支撑优化分析

在基坑支护结构优化过程中,为了保证优化过程的合理性和优化后支护结构的安全性,引入冗余度理论对基坑支护结构进行优化。依据南宁市九洲国际深基坑工程实例中的环梁支护结构进行结构优化分析。采用杆件拆除法,对基坑支护结构失效情况进行数值模拟,并依据冗余度理论判断失效杆件的重要程度,最终得到优化结构。从而得出结论:冗余度大的杆件重要性小,可优先考虑优化此类杆件;最终确定的优化杆件需结合冗余度和杆件轴力变化共同判断;环梁支撑杆件的冗余度最小,重要性程度最高,是主要受力杆件。依照此种方法得到的优化结构,既能满足结构的冗余度要求,又节约了成本,为类似支护结构优化和冗余度研究提供了参考。     

基于可靠度指标的匀质杆件结构优化设计

以结构可靠性分析和结构优化理论成果为基础,推导得到匀质杆件结构在特定失效模式下的功能函数,给出这一特定失效模式下结构可靠度指标的计算方法.将结构的可靠度指标作为结构优化设计的控制参数,得出优化问题的数学模型,实现杆件结构系统基于可靠度指标的优化设计.通过算例证实了所提出方法用于刚架的正确性与一般通用性.     

基于性能的单层球面网壳结构强震损伤模式优化

为避免强震作用下单层网壳损伤集中模式对结构整体稳定性的不利影响,根据地震作用下网壳稳定承载力和整体损伤的变化过程,定义了两个抗震性能指标作为目标函数,并以杆件截面尺寸为优化变量,采用ABAQUS软件对单层球面网壳结构的强震损伤模式进行了多目标优化,并对优化前后结构的动力响应和损伤演化进行分析.结果表明:考虑杆件重要性系数的单层网壳整体损伤指标能够有效识别强震作用下单层网壳结构损伤模式,经过优化后的单层网壳结构损伤集中模式得到有效控制,不同位置的杆件损伤分布更加均匀.本文的优化方法能够明显提高不同强震作用下网壳结构的剩余稳定承载力.     

落地式钢拱桁架体系弹塑性地震响应研究

采用集中塑性铰理论和SAP2000结构分析软件,对某拟建大跨钢拱桁架结构整体进行在地震波作用下的弹塑性地震响应分析。分析中考虑了几何和材料双重非线性影响,获得了节点位移响应、杆件塑性铰的分布特征、结构的整体变形、失效形态及结构延性系数,评定了该结构的极限承载力、失效类型和变形能力。结果表明,该结构在地震波下的失效界限地震加速度峰值为1 000gal,失效时最大竖向变形为短向跨度的1/200,可满足"避难与救灾建筑结构"的抗震性能设防的要求;结构的失效类型为延性强度破坏,临界失效时出现塑性铰的杆件分布较均匀;结构各方向延性系数均大于4,具有较好的变形能力;由整体稳定控制承载力的落地式钢拱桁架结构体系具有较大的抗震潜能,跨度60m的空间拱桁架结构体系,用钢量46.1kg/m2就可达到8度设防区灾难地震设防810gal的要求。     

主管内填混凝土对矩形钢管桁架受力性能影响

为了解主管内填混凝土对矩形钢管桁架受力性能的影响,在试验研究的基础上,进行了主管内填混凝土对矩形钢管桁架结构节点、杆件承载力和刚度的影响分析,并探讨了其失效机理。结果显示:主管内填混凝土改变了节点的失效模式,但节点仍然是桁架结构的薄弱部位;主管内填混凝土能够明显提高受压节点的承载力和刚度,但受拉节点的承载力和刚度提高程度不明显;主管内填混凝土能够很好地协助受压主管受力,并提高受压主管刚度,而受拉主管的承载力和刚度提高程度不明显;对受压支管承载力有一定影响,而对受拉支管影响很小。探讨了目前规程关于受压节点的破坏模式和承载力计算,以及主管内填混凝土后的矩形钢管桁架结构变形的计算,提出了考虑节点变形影响的实用计算方法,为主管内填混凝土矩形钢管桁架结构的应用提供参考。     

考虑不同失效模式的索杆结构构件面积缺损限值研究

索杆结构长期服役过程中的锈蚀会造成构件截面损失,导致结构内力的重新分配,影响结构的安全性能。文中基于可靠度理论与结构极限状态分别建立了构件强度失效、钢索松弛失效及节点变形失效3种失效模式,并得到了不同失效模式临界状态下的可靠度限值控制不等式;通过力学推导,给出了以缺损面积为变量的杆件内力与节点位移变化公式,依据该公式可计算出可靠度限值控制不等式中的影响系数矩阵;引入钢材的锈蚀模型并结合非线性规划,提出了一种确定索杆结构构件面积缺损限值的方法。对一Levy型索穹顶的构件面积缺损限值进行了算例分析,并与规范限值进行对比。结果表明：索杆结构中的多数构件在强度失效与变形失效模式下的面积缺损限值高于耐久性限值,但松弛失效模式下的构件面积缺损限值小于耐久性限值,如按该限值要求对结构进行设计及维护将有可能发生钢索松弛失效;而安全性限值对于钢索构件较为严格,对于钢杆构件则与耐久性限值相同。因此,需综合考虑3种失效模式与规范限值,并按最严格的结果进行控制。     

考虑杆件初弯曲的单层球面网壳稳定性能

基于通用有限元软件ANSYS及自编的前后处理程序,针对是否考虑杆件初弯曲的单层球面网壳结构进行对比分析.采用随机缺陷模态法进行了考虑杆件初弯曲的2800余例K8型单层球面网壳的弹塑性荷载-位移全过程分析,掌握了弯曲角度、幅值随机变量对网壳稳定性能的影响规律.论证了一致缺陷模态法和特征缺陷模态法计算杆件初弯曲对网壳极限承载力影响的适用性.提出了适用于计算考虑杆件初弯曲影响的网壳极限承载力修正的一致缺陷模态法.采用修正的一致缺陷模态法进行了300余例考虑杆件初弯曲的K8型单层球面网壳的弹塑性全过程分析.结果显示:采用修正的一致缺陷模态法可以计算考虑杆件初弯曲的单层球面网壳极限承载力的最小值.杆件初弯曲能够降低单层球面网壳的极限承载力,并改变其屈曲模态和塑性发展分布.当最大允许初弯曲为杆件长度的1/1 000时,网壳极限承载力最大下降5%以上;当最大允许初弯曲为杆件长度的2/1 000时,网壳极限承载力最大下降10%以上.     

一种水上电动飞机支撑结构分级优化方法

针对某水上电动飞机浮筒支撑杆稳定性和装备预留空间的问题,分别从拓扑,尺寸,形状3个方面进行分析,设计一种轻量化且有良好气动外形的支撑结构.首先在已有飞机载荷与设计区域大小的情况下,基于拓扑优化方法对支撑架的包络空间进行迭代计算,得到最优传力路径,获取合理的节点位置和杆件连接方式.其次在ANSYS和iSight中采用多岛遗传算法对杆件截面尺寸参数进行联合优化,得到各个截面的最优尺寸,最终获得的结构形式既满足强度要求,且与原结构重量相比减轻了13.6％;最后通过"翼型"整流罩结构的使用减小杆件的阻力值,降低桁架结构对飞机气动性能的影响.新方案旨在为水上飞机支撑架设计提供一种新思路,也为相似的类桁架结构优化提供理论依据和技术支持.     

斜拉单层柱面网壳地震响应及失效特征

在双向网格型单层柱面网壳结构面内及面外布置拉索有效地增强了网壳结构刚度,提高了结构的承载能力,前期已针对斜拉单层柱面网壳结构的静力稳定性进行了系统的研究,但有关该结构的地震响应研究还不够充分.本研究基于上述静力稳定性研究成果,通过ANSYS有限元软件对斜拉单层柱面网壳结构进行了动力失效分析,并利用本文提出的应变能响应分析方法考察了网壳结构动力失效时的特征.通过网壳杆件进入塑性比例、杆件进入塑性程度、结构关键节点位移等随加速度幅值的全过程响应分析探讨了结构的破坏形式;并结合动力破坏指标,进一步讨论了不同初始条件下网壳结构的动力失效模式,揭示了结构的动力失效机理.结果表明:拉索的布置形式有效增强了双向网格型单层柱面网壳结构的延性,网壳结构破坏前即使在经历了深刻的塑性发展后仍可保持稳定状态,直至全截面进入塑性杆件数量的突增使结构刚度明显降低,结构发生倒塌破坏.     

基于等待梁法的在用梁桥承载力可靠度

针对梁式桥结构显著失效模式之一———主梁的失效,研究在用梁桥承载力可靠度分析方法。从一根简支单梁出发,逐步对简支梁桥和连续梁桥的承载力可靠度分析方法进行研究。根据主梁的受力特点,确定梁桥承载力可靠度分析控制截面,分析并提出简支梁桥和连续梁桥可能的失效模式。引用增量荷载法和控制截面处不利布载相结合的方法,实现梁桥结构主要失效模式的搜寻;引入等代梁法,将多梁式结构的空间可靠度问题转化为单梁式结构的平面可靠度问题,以简化梁桥结构体系承载力可靠度的估算。最后,给出实桥应用算例。     

不同极限状态下弦支筒壳结构的力学性能和可靠性能

提出一种预应力空间结构体系——弦支筒壳.采用基于响应面函数的蒙特卡罗法,运用APDL语言编制相应的计算程序;研究了弦支筒壳的稳定性及其整体屈曲失效模式下的可靠性;分析了矢跨比、垂跨比、撑杆数目和预应力作用等对结构承载力和变形失效模式下可靠性的影响,给出了基于结构可靠性的上述参数的合理取值.分析结果表明:弦支筒壳的屈曲特征值、非线性屈曲临界荷载值和整体稳定性的可靠度指标均比单层筒壳大幅度提高;矢跨比和垂跨比对结构可靠度的影响较大,而撑杆数目对其影响较小;预应力值的改变对结构承载力失效和变形失效的影响较大,而对整体屈曲失效的影响较小.     

基于结点作用力和拉普拉斯平滑的单层球面网格处理方法

通过基于结点间作用力的方法和拉普拉斯平滑方法对传统凯威特型单层球面网壳进行了网格优化，得到两种新型的网格形式. 首先介绍了两种算法的计算原理及计算过程：基于结点间作用力的方法将杆件假设为弹簧，将结点向不平衡力的方向移动，从而得到一种杆件长度更加均匀的网格（SF网格）；采用拉普拉斯平滑方法也可得到一种更加流畅的网格（LS网格）. 然后，对凯威特网格、SF网格、LS网格进行了对比：在几何指标方面，对比了三种网格的杆件平均长度、杆件长度变化率和网格三角形形状系数；在力学性能方面，对比了三种网格在不同荷载模式下的弹性应变能和非线性稳定承载力. 数值分析结果表明，SF网格比LS网格具有更好的几何指标；在大部分情况下，SF网格与LS网格具有更低的应变能；三种网格的稳定极限承载力较为接近. 最后，从整体上看，SF网格具有最佳的整体力学性能；LS网格具有更好的网格流畅性；SF网格和LS网格的力学性能和网格流畅性均优于传统凯威特型单层球面网壳.     

基于结点作用力和拉普拉斯平滑的单层球面网格处理方法

通过基于结点间作用力的方法和拉普拉斯平滑方法对传统凯威特型单层球面网壳进行了网格优化，得到两种新型的网格形式. 首先介绍了两种算法的计算原理及计算过程：基于结点间作用力的方法将杆件假设为弹簧，将结点向不平衡力的方向移动，从而得到一种杆件长度更加均匀的网格（SF网格）；采用拉普拉斯平滑方法也可得到一种更加流畅的网格（LS网格）. 然后，对凯威特网格、SF网格、LS网格进行了对比：在几何指标方面，对比了三种网格的杆件平均长度、杆件长度变化率和网格三角形形状系数；在力学性能方面，对比了三种网格在不同荷载模式下的弹性应变能和非线性稳定承载力. 数值分析结果表明，SF网格比LS网格具有更好的几何指标；在大部分情况下，SF网格与LS网格具有更低的应变能；三种网格的稳定极限承载力较为接近. 最后，从整体上看，SF网格具有最佳的整体力学性能；LS网格具有更好的网格流畅性；SF网格和LS网格的力学性能和网格流畅性均优于传统凯威特型单层球面网壳.     

考虑路径冗余和出行效率的路段重要性排序

为合理评估交通网络中路段的失效对出行者路径选择及路网运行效率的影响,提出了一种综合考虑路径冗余度指数和出行效率指数的路段重要性排序方法。在路段失效前后两种情形下,采用基于可行合理路径的随机用户均衡模型进行流量分配和路径搜索,流量只能够在可行合理路径集上进行加载,当路径阻抗超过最短路径的容忍倍数时,路径流量为零,最终可得到路段失效前后可行合理路径数量的改变程度指标和个体出行时耗的变化程度指标。对指标进行z-score标准化处理后赋予相应的权重,得出路段重要性的综合评价值。采用Nguyen-Dupuis网络开展了测试分析,结果表明:该方法能够模拟路段失效后路网的变化情况并实现对路段重要性的排序,其结果可作为交通管理者拥堵防控策略的制定提供理论支撑,也能够为关键路段识别、道路封闭影响评价等提供理论依据。     

履带起重机臂架结构可靠性分析

为了预测履带起重机臂架结构的可靠度,将履带起重机臂架的几何尺寸、材料特性参数和作用载荷视为随机变量,建立了以臂架强度、刚度、整体稳定性和压弯杆件稳定性为失效模式的可靠性分析模型,利用响应面法将各隐式功能函数转化为显式表达式,再结合验算点法求得各功能函数的可靠性指标。对现有某型号履带起重机臂架主臂工况进行了可靠性分析。研究结果表明:臂架可靠度随载荷增大而减小,呈非线性变化趋势;相对而言,短臂工况时压弯杆件的稳定性和臂架强度的可靠度较低,臂架倾向于发生压弯杆件失稳和臂架强度失效;长臂工况时臂架整体稳定性的可靠度较低,易发生整体屈曲失效。该研究为臂架的安全程度度量提供了一种基于可靠度的概率评价方法,也为其他大型复杂工程机械产品的可靠性分析与设计提供参考。     

考虑变形影响的钢筋混凝土圆柱受剪承载力计算模型

准确计算钢筋混凝土(RC)圆柱的受剪承载力是进行延性抗震设计的关键,可有效防止脆性剪切和弯剪破坏模式发生。基于已有的RC圆柱拟静力试验结果,分析了RC圆柱的地震破坏模式和受剪承载力确定方法,在理论分析的基础上提出了考虑变形(位移延性)影响的RC圆柱受剪承载力计算模型,并与现有模型进行了比较。研究结果表明,地震作用下RC圆柱的受剪承载力随塑性铰区变形的增加而减小;弯剪破坏模式下,RC圆柱的受剪承载力取决于塑性铰区剪切破坏发生时对应的水平荷载而非骨架曲线上的峰值荷载;所提出的模型能有效反映变形对RC圆柱受剪承载力的影响,计算结果与试验数据吻合较好,可用于不同地震破坏模式RC圆柱受剪承载力计算。     

桁架杆损伤对预应力混凝土斜拉桁架T构桥的影响

预应力混凝土斜拉桁架T构桥常见的病害形式为桁架杆件损伤。为研究桁架杆件损伤甚至失效情况下的结构力学性能规律,建立以某预应力混凝土斜拉桁架T构桥为背景的有限元模型,设置桁架杆件损伤或失效的不同工况,对比分析该桥在损伤状态和未损伤状态下对结构挠度和频率的影响。结果表明:桁架杆件的损伤对主梁的挠度和频率都有较为明显的影响;上弦杆的损伤、失效会影响整个T构梁的挠度,而腹杆的损伤、失效的影响范围局限在腹板垂直对应的主梁,桁架杆件损伤的变化和主梁挠度变化的关系呈现非线性。桁架杆件损伤下导致结构频率的降低,全桥桁架损伤对频率影响较大,上弦杆损伤对频率的影响大于腹杆。     

省域A级景区旅游环境承载力综合评价及障碍因子研究

旅游环境承载力是衡量区域旅游产业可持续发展的重要指标之一.基于熵值法和突变级数法,构建包括压力-状态-响应的省域景区旅游环境承载力评价指标体系,结合障碍因子诊断模型,对我国A级景区旅游环境承载力的空间格局以及影响因子进行分析,并提出相应的优化路径.结果表明：我国景区旅游环境承载力等级分部呈“纺锤形”,整体格局“东高中平西低”;星级酒店密度、万人拥有公共厕所数量、景区相对密度、景区规模度、“三废”排放强度、环境污染治理投资等成为影响我国景区旅游环境承载力的主要障碍因子;提出应进一步完善、优化景区响应指标、严控或降低景区生态压力指标、提升景区空间状态指标、提高基础设施响应指标的景区旅游环境承载力提升路径.