斜拉网架多阶段加载内力分析方法的研究

系统介绍了斜拉网架结构内力分析方法.把塔柱简化为空间刚架单元,把网架杆件简化为空间桁架单元,对斜拉索采用等效线性空间单元.假设塔柱与网架连接处的横截面为刚性平面,据此建立"变形协调转换矩阵",使塔柱总节点刚度矩阵与网架总节点刚度矩阵耦合在一起,建立斜拉网架结构刚度矩阵.对一个"四塔柱正交斜放四角锥斜拉网架"进行了计算分析,验证了文中方法的正确性和有效性.     

大跨度斜拉桥恒载非线性静力分析

静力分析的精确程度对大跨度斜拉桥设计和施工过程具有很大影响。提出一套有限元方法 ,以弯曲能量作为目标函数确定斜拉索的初始张拉力 ,通过修正斜拉索的弹性模量 ,引入几何刚度矩阵和大挠度矩阵 ,综合考虑斜拉索垂度效应、梁柱效应和大位移效应 ,采用混合法求解系统方程。程序经过算例验证并应用于在建的重庆大佛寺长江大桥 ,取得了较好的效果 ,为该桥的施工控制提供了依据     

斜腹杆体外预应力结构杆索的耦合分析

应用有限元理论,以斜腹杆体外预应力结构为对象,考虑杆与索的耦合作用,通过两结点直线只拉索单元模型的建立,得到求解索结点位移的斜腹杆体外预应力结构的刚度矩阵及腹杆伸缩列阵.首先从几何关系入手,分别求解由索结点位移列阵求索应变列阵与腹杆伸缩子列阵的转换矩阵;又用物理关系,分析由索应变列阵求索应力列阵的转换矩阵;再用变形体的虚功原理,求出由索结点位移列阵求索结点荷载列阵的转换矩阵;最后用腹杆的平衡条件,推导斜腹杆体外预应力结构的刚度矩阵及腹杆伸缩列阵.研究表明,斜腹杆体外预应力结构刚度矩阵的影响因素较为复杂,不仅与索单元的杨氏模量、长度、横截面面积等参量有关,也与腹杆的方向和长度有关.斜腹杆体外预应力结构杆索耦合的分析结果,为斜腹杆体外预应力加固设计提供了理论参考.     

斜腹杆体外预应力结构杆索几何非线性耦合分析

采用增量线性化的分析方法,以斜腹杆体外预应力结构为研究对象,通过索单元模型的建立,应用几何关系、物理关系及平衡关系,求得索结点位移增量的结构切线刚度矩阵及腹杆伸缩增量列阵.研究表明,斜腹杆体外预应力结构切线刚度矩阵不仅与索单元杨氏模量、横截面面积、原长、当前的参量相关,还与腹杆当前的参量相关.用牛顿-拉斐逊(Newton-RaPhson)增量迭代法,对索结点位移编制计算程序.斜腹杆体外预应力结构杆索耦合的几何非线性分析,为梁-杆-索组合结构加固设计提供了理论依据.     

斜拉网格结构的弹塑性动力响应分析

针对斜拉网格结构体系的弹塑性动力响应问题,阐明斜拉索非线性特性,建立索塔塔柱刚度矩阵,研究空间杆单元恢复力模型及其弹塑性状态转换判定方法,给出临界点处的处理方法和结构弹塑性动力响应的计算策略,数值分析该类结构动力特性及线性和弹塑性振动问题,结果显示,斜拉索的存在提高了结构刚度,可显著改变结构振动特性,竖向地震响应明显大于水平向地震响应,弹塑性位移、内力均大于弹性计算结果。     

基于刚度及经济的CFRP与钢组合拉索设计理论

基于钢斜拉索、碳纤维增强塑料(CFRP)斜拉索适用跨径研究结果,针对1 400~2 800 m主跨斜拉桥整体刚度不足提出一种新型结构方案,即基于刚度及经济性能的CFRP与钢组合拉索方案.该方案将CFRP斜拉索与传统钢斜拉索同时应用于斜拉桥中,将２种材料高强轻质及弹性模量高的优点进行组合,以充分提高斜拉索的等效刚度,进而提高斜拉桥的整体刚度.详细介绍该组合方案设计思路与方法,通过比较等效刚度以及经济性能给出２种材料斜拉索推荐组合比例.最后,通过一座1 400 m主跨CFRP与钢组合拉索斜拉桥试设计说明该方案相对传统方案整体刚度上的优势,证明其工程应用的可行性,是主跨为1 400~2 800 m斜拉桥的优选方案之一.     

超大跨径斜拉桥斜拉索局部振动对地震反应的影响

在以往的斜拉桥地震反应分析中,大都采用单桁架(SECS)模型来模拟斜拉索,不能反映斜拉索的局部振动的影响.以世界第一跨度斜拉桥——苏通大桥为背景,采用多桁架(MECS)模型来分析斜拉索局部振动对超大跨度斜拉桥地震反应的影响,并探讨了斜拉索的合理单元划分方式.结果表明,斜拉索划分为10个单元已能够很好地反映斜拉索局部振动的影响.考虑斜拉索局部振动之后,会出现索梁耦合振型,减小一些振型的参与系数,基频与主梁的竖向振动相近的斜拉索在地震作用下大幅振动,而主梁和主塔的内力反应普遍减小,特别是主塔的地震轴力明显减小.     

带刚臂和弹性段的平面组合索单元

为在斜拉桥的有限元模型中高效地模拟斜拉索,建立了带刚臂和弹性段的平面组合索单元.两个刚臂位于单元的端部,单元的节点分别与塔柱和主梁上的对应节点固接.索的钢套筒部分视为弹性段,中间索段视为弹性悬链线,弹性段的内力沿接点处弹性悬链线的切线方向.首先利用弹性悬链线的解析解建立了索体的投影方程和刚度矩阵;利用刚臂两端位移转换关系,对组合单元的节点力微分,得到了组合索单元的刚度矩阵.算例分析证明了公式推导及编程的正确性.     

大跨度斜拉拱组合桥极限承载能力分析

以一种新颖钢管混凝土拱桥斜拉钢管混凝土拱组合桥为研究对象,考虑钢管混凝土拱在变形、失稳破坏期间的几何及材料非线性特性,采用统一理论中的钢管混凝土组合构件本构关系及高精度不分层梁单元,对在建的某斜拉钢管混凝土拱组合桥进行了在静力荷载作用下的极限承载力分析,并用钢管混凝土拱模型实验对分析程序及钢管混凝土组合构件建模方法进行了验证,同时分析了斜拉索及斜拉索的初索力对拱桥承载能力的影响.结果表明,斜拉钢管混凝土拱组合桥具有较高的稳定性和极限承载力,斜拉索能够较大提高拱桥的承载能力,斜拉索初张力对稳定承载能力的影响不大.     

考虑减振器弹性刚度时拉索张力的计算分析

为了提高装置减振器斜拉索张力的测试精度,在考虑减振器弹性刚度影响的基础上,建立了装置减振器拉索的振动微分方程。利用Laplace变换即可方便求得拉索的振型函数,结合减振器弹性刚度的中间支承条件,可得到拉索的频率特征方程,利用此频率特征方程就可以求得拉索的频率或张力。由于该方法求得的是精确解析解,因此其计算结果可以用来检验其他工程近似方法的计算精度。研究结果表明:斜拉索的抗弯刚度对斜拉索张力计算的影响不大,所以斜拉索张力计算可以忽略抗弯刚度的影响;减振器弹性刚度对减振器弹性刚度"较大"的斜拉索张力计算影响较大,对减振器弹性刚度"较小"的斜拉索张力计算影响并不十分显著,因此在减振器弹性刚度"较小"的斜拉索张力计算中可以不计减振器弹性刚度的影响。     

考虑减振装置弹簧刚度的斜拉索等效索长及索力测量

为了提高对安装减振装置斜拉索索力的测试精度,提出计算等效索长的铰接等代法.基于索力振动频率法所采用的弦振动理论,考虑减振装置弹簧刚度对拉索边界条件的影响,着重研究减振装置弹簧刚度与等效索长的关系,提出考虑弹簧刚度影响的二次等效索长修正公式.结合实测索力及通用有限元软件ANSYS关于振动索力的数值模拟结果,验证了该方法的...     

组合梁几何非线性与长期效应的同步算法

首先根据建立的随转坐标系下考虑滑移组合梁单元平衡方程,结合初应变法得到组合梁收缩徐变等效节点力有限元列式.然后基于随转列式全量法,利用总体坐标系与随转坐标系下变量间转换矩阵,获得界面滑移平面组合梁单元收缩徐变与几何非线性同步考虑的实用算法.该方法的优点是可实现几何非线性与收缩徐变材料非线性算法上的分离,收缩徐变仅在随转坐标系下考虑,几何非线性通过转换矩阵考虑.最后,结合算例说明考虑滑移的组合梁几何非线性与收缩徐变之间存在着耦合作用.     

强非线性颤振分析的一种改进的等效线性化法

分析了含三次强非线性俯仰刚度的二元机翼颤振系统。线性化俯仰方向的自由振动方程,用谐波平衡法求解该线性化方程,得到了改进的等效线性刚度。采用改进的等效刚度,应用等效线性化法得到了非线性颤振系统的分岔方程。算例表明,该方法提高了等效线性化法的精度。     

隔震结构分析的等效迭代CCQC反应谱方法

针对隔震结构地震响应分析,提出了一种修正的CCQC (complex complete quadratic combination)反应谱法。鉴于常规CCQC反应谱方法应用中等效参数选择的困难,构造了通过迭代确定隔震支座合理等效力学参数的新算法——等效迭代CCQC反应谱法。采用该方法对一栋七层基础隔震框架结构进行响应计算,并与非线性时程法和常规CCQC反应谱法进行结果比较和分析,验证了方法的可行性和合理性。结果表明:本文方法可排除常规分析中隔震层等效刚度与阻尼参数选择的主观因素影响,有效提高分析精度和计算可靠性。     

考虑索端刚臂的斜拉桥空间拉索非线性分析

为解决斜拉桥空间拉索在塔和梁上锚固点的刚性连接计算问题,在基于微分法导出考虑垂度效应的非线性空间杆元切线刚度矩阵的基础上,根据索端刚臂在受力后只有刚体运动而本身不变形的特点,将刚臂视为空间矢量,利用空间矢量有限转动公式及微分方法,导出了结构坐标系下刚臂两端的位移之间和杆端力之间的总量及增量关系.最终获得两端带任意刚臂的斜拉索空间杆元切线刚度矩阵表达式,编制了相应的斜拉桥几何非线性有限元计算程序,对经典桁架算例、带刚臂的三杆空间桁架和施工阶段的斜拉桥进行了空间几何非线性分析.计算结果表明:本文方法能解决斜拉桥空间拉索在塔和梁上锚固点的刚性连接计算问题,为斜拉桥进行几何非线性精细分析提供有力工具.     

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．     

p自适应分析求解快速迭代算法的研究

提出一种结构系统ｐ自适应有限元分析快速求解算法．该方法以预处理共轭梯度法为基础，采用了逐单元矩阵处理技术和基于单元的分块预处理矩阵技术；提出以高斯消元法求得ｐ＝１或２时问题的解作为高阶问题初始解的求解策略，避免了显式组装系统总体刚度矩阵，具有内存需求少、收敛速度快的优点．     

油气悬架系统刚度等效线性化及振动位移概率分布计算

针对油气悬架刚度的非线性特性,采用统计线性化的方法,对其弹性力进行了线性化等效。并以车辆二自由度振动系统模型为基础,得到了悬架系统振动位移的响应特性以及概率分布,以此提出了悬架系统限位装置高度的设计依据以及计算方法。     

二自由度油气悬架统计线性化参数研究

采用油气弹簧作为弹性元件的油气悬架具有压缩刚度渐增、复原刚度渐减的非对称刚度特性. 以二自由度油气悬架为研究对象,将油气悬架非线性刚度在静平衡位置处展开成泰勒级数,应用统计线性化方法,得到了油气悬架等效刚度、动态平衡位置与油气弹簧结构参数、路面不平度以及车速之间的封闭关系式. 数值仿真结果验证了关系式的正确性.      

基面力的概念在势能原理有限元中的应用

为了改进传统的势能原理有限元方法,利用高玉臣(2003)的单元刚度矩阵精确表达式,给出了一种基于基面力概念的势能原理有限元计算方法和相应的积分显示有限元列式,利用MATLAB计算机语言编制出基面力有限元计算程序,针对几个典型的平面弹性理论问题进行数值研究.结果表明,数值解与理论解相吻合.