桁架分析方法在机构运动分析中的应用

运用图论理论,建立了静定桁架分析方法与机构运动分析方法的对应关系,将桁架分析中的通路法拓展到平面机构运动分析,提出了连杆机构运动分析的广义回路法.建立了桁架节点位移方程与机构速度方程的对应关系,将桁架有限元分析直接应用于机构速度计算.运用通路法和桁架有限元法建立机构运动方程,方法通用,实现简单,且只与机构中杆件的方位有关,与机构中各杆件的长度无关.     

超静定桁架中建立变形几何方程的解析法

从建立结构变形前的几何方程入手,然后通过对方程中所包合的各杆长和约束所允许产生位移的节点坐标进行变分运算,即可得到解起静定桁架问题时所必需的变形几何方程。此种建立起静定桁架问题的变形几何方程的解析方法,简单,易行,与常用的变形几何图解法是并行不悖的。     

军用桥梁结构优化设计的途径和方法(下)数学规划法的应用

一、应力导数的计算对于某些结构,荷载不变化也不移动时,可用下述方法推导出求应力导数的表达式。一个平面结构用矩阵位移法作结构分析时,基本矩阵方程为{△)=[K]~(-1){P}式中{△}为节点位移向量[K]为结构刚度矩阵{P}为节点荷载向量     

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.     

钢管桁架结构中T型相贯节点地震易损性分析

针对平面桁架结构中杆件承受轴力为主的特点,采用相贯节点腹杆与弦杆相贯面的局部变形作为衡量节点破坏程度的参数,建立了平面管桁结构中T型相贯节点发生轻微破坏、中等破坏、严重破坏的地震易损性指标.通过建立节点实体单元模型并对其滞回性能进行分析,建立了等效非线性分析模型,并与现有试验结果进行了对比分析,结果表明等效非线性分析模型能很好地模拟节点的局部变形,在保证了计算精度的同时,解决了地震易损性分析中计算时间过长的问题.选取单榀桁架结构关键点为非线性节点,使用Monte-Carlo法对桁架结构进行了地震易损性分析与评估,得到了易损性曲线,为此类结构抗震性能的评估提供1种新方法.     

基于遗传算法的桁架形状优化及最小质量设计

在工程结构的优化设计中,应用遗传算法的基本原理,研究了离散设计变量全局寻优等传统优化方法难于解决的特殊问题.以平面桁架梁作为解析例,选取桁架的节点坐标和杆件的截面特征为设计参数,模拟遗传操作过程中的生物进化机制,对桁架的构成和形状的优化问题进行了解析.得到桁架在不同情况下的形状优化解,并使桁架质量趋于最小.研究结果验证了遗传算法在桁架的形状最优化和最小质量设计中应用的可行性.     

桁架结构的倒变量响应面法研究

介绍了响应面的基本思想,指出了多项式基响应面在拟合精度方面存在的问题.通过分析多项式形式的响应面方程在设计变量的形式上与结构的位移解析解之间的区别,研究了基于倒变量的响应面方法,并结合算例分析验证了该方法建立的静定桁架结构的位移表达式具有很高的精度.分析结果表明,提出的响应面方法能够精确、快速地解决平面和空间桁架位移的显式化问题.     

动力荷载作用下拱形立体桁架损伤及失效机理

研究拱形立体桁架在动力荷载作用下2种可能的失效机理:由于几何非线性起主要作用引起的动力失稳和由于塑性变形过度发展导致的强度破坏。考虑损伤累积效应以及几何初始缺陷等因素的影响,对某拱形立体桁架在简谐荷载以及地震荷载作用下,杆件屈服比率、结构最大节点位移、结构总应变能和结构塑性位移等响应进行分析,得到动力荷载作用下结构的倒塌破坏模式,求出相应的极限荷载。对拱形立体桁架在地震下的动力性能进行参数化分析。研究结果表明:考虑损伤累积效应时,拱形立体桁架破坏加速度降低2 2.3%~4 6.7%;考虑L/3 0 0初始几何缺陷时,破坏加速度降低2.8%~1 1.1%。     

用杆件截面递增迭代法对位移约束桁架进行优化设计

采用杆件截面递增迭代法,对具有位移约束的桁架进行优化设计.在迭代公式中,杆件截面增量的权重采用杆件各自的应变比能,保证了迭代收敛的稳定性.为提高优化设计的收敛速度,提出一种迭代加速因子,它既保证了优化设计解的精度又提高了收敛速度.通过对三杆平面桁架、n节间平面桁架进行优化设计研究,验证了该方法的有效性,为大型结构优化设计奠定了基础.     

桁架结构强度计算研究

分别采用轴力杆单元、弯曲-轴力梁单元和三维实体单元的有限元法对桁架结构进行静力分析.计算结果表明:采用轴力杆单元和采用梁单元的轴向应力接近,采用实体单元节点处的最大等效应力远高于杆单元模型和梁单元模型的应力,采用实体模型的位移大于杆单元和梁单元的位移;理想桁架中应力为零的杆件,用梁单元和实体单元计算应力并不为零;桁杆两端和节点存在应力集中,等效应力数值远大于杆件的应力.理想桁架的计算方法的杆件轴向应力虽然计算精度较高,但是不能反映节点的应力集中,桁架的强度计算应该考虑节点的应力集中.文中研究结果可以用于井架及电塔结构的强度设计.     

高速铁路下承式板桁结合梁的受力分析

为了了解下承式板桁结合梁的受力性能,根据京沪高速铁路上的1座简支下承式板桁结合梁桥,设计制作了1个4节间下承式板桁结合梁模型,并分3个阶段10种荷载工况进行了模型试验,对主桁和纵梁的挠度,横梁的竖向、水平位移,纵、横梁、主桁各杆的应力,混凝土板上的应力、裂缝分布及宽度进行了分析,研究了混凝土板与主桁结点是否直接相连以及制动撑对结构的影响.试验结果表明:主桁的挠度和内力与按平面桁架计算的结果相比相差不大;在桥面系中,最大应力发生在横梁2上,混凝土的受力状态以竖向荷载作用下的弯曲为主;在竖向荷载作用下,制动撑的作用不大,但在水平荷载作用下,制动撑的作用明显;设计时可不考虑各种偏载的影响.     

平面桁架结构损伤的探测、定位与评估

利用参数识别技术描述了对平面桁架结构损伤的探测、定位与评估（ＤＬＥ）的一个新算法。这一概念始于精确＂健康＂模型，利用动力响应数据周期地更新这一＂健康＂模型，当损伤发生时，用一个识别算法（一个显式桁架损伤模型），以动力响应数据构造出一个桁架损伤模型，由此比较损伤模型与健康模型的参数，从而探测、定位及评估损伤的程度     

相邻腹杆刚度对桁架受压腹杆计算长度的影响

以经典的刚架弹性稳定理论以及相关研究成果为基础,推导了考虑节点刚度和相邻腹杆刚度对受压腹杆影响的杆件群稳定方程以及腹杆计算长度系数计算方程,给出了可供工程使用的桁架腹杆计算长度用表。和现有的腹杆计算长度系数计算方法相比较,本文建议的计算方法更具有一般性。计算分析结果表明,考虑计算节点处相邻腹杆刚度的约束作用后,桁架中间受压腹杆的计算长度有所减小;在大多数刚度比范围内,按本文方法计算的中间和端部受压腹杆的计算长度系数比现行规范的取值小。     

节点弯距在矩形钢管桁架中的影响分析

钢桁架通常按铰接体系计算,而实际结构中由于构造等原因,经常形成刚性或半刚性节点,杆件端部受到不同程度的约束而产生节点弯距.通过大尺寸的、大跨度带悬挑矩形钢管桁架的模型试验,着重分析了该桁架中的节点弯距.试验结果表明,节点弯距在本桁架中的影响不可忽略,在设计中应加以考虑.还进一步对该结构进行了两种节点构造形式的有限元分析,并通过和试验结果进行对比可知,腹杆和弦杆应分别采用相应的节点构造形式的分析结果进行设计.     

FRP-铝合金平面桁架结构极限承载性能试验研究

为了提升脆性FRP拉挤型材应用于桁架体系时的结构延性承载性能,提出了将金属材料构件和不同组合节点应用于FRP桁架体系的组合设计理念。设计和制备了一榀FRP-铝合金平面桁架模型,通过开展结构四点弯曲极限破坏试验,揭示了结构的全过程非线性位移响应、破坏模式及机理,进而对所提设计理念及结构延性提升措施的可行性进行了验证。试验结果表明：组合平面桁架结构在最终失去承载力之前呈现出组合节点滑移、铝合金上弦杆压屈变形、端部GFRP斜腹杆压溃破坏等多种渐进破坏模式,结构全过程荷载-位移曲线表现出明显的非线性变化趋势,特别是铝合金上弦杆的压屈效应使整体结构具备了明显的延性变形特征。建议可通过对FRP桁架在结构和构件层面进行组合设计,使其获得良好的延性承载性能和破坏预警信息,以提升结构的安全性和鲁棒性。     

高层建筑结构中正交曲线-直线交叉梁系内力分析的研究

本文首先采用余能原理推导曲梁的转角位移方程式,求出曲梁的单元刚度矩阵解析表达式。然后根据结构的几何特征推导梁单元的杆端位移坐标转换矩阵,并引用所给正交曲线-直线交叉染系的等效结点荷载列阵,进而提出了一个求解此类结构的精确的有限元计算模型。文末采用本文编制的程序作了实例计算,数值分析结果表明:当使曲梁退化为直梁时,所求得的内力和位移值与相同条件下正交直染系的计算结果接近一致。     

小波奇异性在钢结构损伤检测中的应用

根据小波奇异性检测理论,以应变能的损伤信号为结构损伤指标,分别以悬臂梁结构、平面桁架结构和空间网架结构为例进行数值模拟,将原始损伤信号和经过小波变换后的损伤信号进行对比,结果证明采用该方法不但对单一损伤而且对多损伤均能有效地识别出结构的损伤位置,表明了该方法的可靠性和实用性。     

The Stress-strain Analysis for the Linearly Elastic and Power Hardening of Strength Difference Plane Structure of Bars Jointed to a Rigid-body

The plane structure of bars jointed to a rigid-body is a complex and universal structure.Some other structure of bars can be considered as its special cases. Many material have different stress-strain relation in tension and compression, generally the relation is nonlinear. In this paper,we use the constitutive model of linearly elastic and power hardening of strength difference to analyze plane structure of bars. The displacement method is used to derive the universal expression of calculating stress and strain. The nonlinear equations for computing displacements of the rigid-body has been given and general computing program has been worked out. This problem has been solved satisfactorily.     

一种新型的分析框剪结构的单元——层单元

构造一种能模拟一层框-剪结构的新型分析方法——层单元.采用杆单元法、层单元法和解析公式,分别计算不同结构刚度特征值的等刚度框-剪结构,在不同的外荷载作用下的内力和位移;采用杆单元法和层单元法,计算不同结构刚度特征值的变刚度框-剪结构,在均布荷载作用下的内力和位移.与杆单元法比较,层单元法能显著地减少输入、输出数据和计算量,计算误差小于3.5%,