移动荷载下离散粘弹性点支承长梁的有限元分析

研究了单个和多个移动荷载作用下离散粘弹性点支承长梁的动力响应.把长梁、离散的粘弹性支座和移动荷载视为一个系统,利用弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的"对号入座"法则建立该系统的振动方程组,用Wilsonθ法求解该振动方程组,得到梁的位移时程曲线.举例分析了梁的抗弯刚度、支座的粘弹性特性及移动荷载的速度对梁动力响应的影响.计算结果表明:增大支承点的弹簧刚度、阻尼系数及梁的抗弯刚度都有利于减小梁的动力响应;随荷载速度的提高,梁的动力响应有所增大.图7,表1,参16.     

轨下基础参数对钢轨动力响应的影响

以钢轨动力响应周期解析法为理论基础,采用双层弹簧阻尼支承的Timoshenko梁为轨道的力学模型,从时域和频域两方面计算分析了钢轨垫层刚度、轨枕质量、轨枕垫层刚度、钢轨垫层阻尼、轨枕垫层阻尼及轨枕间距对钢轨点动力响应的影响.随着钢轨垫层刚度和轨枕垫层刚度的减小,钢轨的振动响应增大;随着轨枕质量的增大,钢轨的振动响应减小;随着轨枕间距的减小,大部分频段内的振动响应减小,小频段内的振动响应值增加;钢轨垫层阻尼、轨枕垫层阻尼对钢轨的振动响应基本不产生影响.     

解析解下沥青路面动力响应分析及应用

根据沥青路面不仅具有弹性而且具有黏滞性的特点,将沥青路面简化为支撑在黏弹性地基上的黏弹性梁.建立了移动载荷作用下粱的动力学模型并求得了其解析解.通过对解析解进行数值计算,研究了车辆速度、轴载和面层黏性阻尼等主要参数对路面动力响应的影响.结果表明,沥青路面动力响应随着车辆速度的减小而增大,与轴载成线性比例增加关系,并随着面层黏性阻尼的增大而减小.     

行人动力学参数对大跨简支人行桥人致振动的影响分析

为研究行人动力学参数对大跨结构人致振动的影响,采用等效人体模型参数识别试验研究了人体模型的自振频率和阻尼比,编程求解了考虑人-结构竖向相互作用的人行桥人致振动方程,讨论了人体质量、人体刚度、人体阻尼及人行荷载等行人动力学参数对人行桥动力特性及人致振动响应的影响规律.结果表明,人行荷载模型中人体质量可取中国男性居民平均质量66.2 kg.等效人体模型的自振频率和阻尼比分别取为5.15 Hz和35.62%.人行荷载作用下,人行桥一阶瞬时频率先减小后增大,一阶瞬时阻尼比先增大后减小.随着人体质量或人体等效阻尼的减小,瞬时阻尼比和频率的变化幅度均有所减小,但随着人体等效刚度的减小,两者的变化幅度均有所增大.人行桥跨中均方根加速度响应随着人体质量或人体等效刚度的增大也相应增大,而人体等效阻尼对人行桥加速度响应的影响较小.采用不同人行荷载模型计算的人行桥均方根加速度最大值是最小值的1.83倍.     

核筒——三个悬挂体结构地震动力反应分析

用拉格朗日方程建立核筒悬挂结构的运动方程,并且考虑了大位移非线性的影响。运用 Longe - Kuta 方法求出体系的地震动力响应时程。由计算结果得出核筒悬挂结构可以大大的减小层间位移、楼层位移、楼层速度和楼层加速度,减震效率达90%。核筒截面抗弯刚度对截面内力和筒身水平位移影响非常大,截面内力随着抗弯刚度的增大而增大。阻尼系数和吊杆长度对截面内力的影响非常小。楼层位移、楼层速度和楼层加速度随阻尼系数的减小而减小。     

考虑层间滑移的水泥混凝土路面结构力学响应分析

为快速分析水泥混凝土路面结构响应特性,将路面结构简化为Winkler地基上的双层欧拉直梁,基于Euler-Bernoulli梁理论和状态空间方法,提出了一种考虑层间界面剪切滑移效应的水泥混凝土路面结构力学响应的解析计算方法.通过与有限元数值计算的结果对比,验证了该解析计算方法的正确性,并揭示了不同路面结构长度与层间剪切刚度影响下水泥混凝土路面结构变形响应的变化规律,以及荷载大小对界面处剪切力集度的影响规律.结果表明：计算时选用不同的路面结构长度对变形响应具有显著影响,建议长度不宜小于10 m;层间界面的剪切滑移效应会显著地影响水泥混凝土路面结构的竖直位移与弯曲变形,且该影响会随着荷载的增加而愈加显著,层间界面的接触效应不容忽略;增大层间剪切刚度能够有效地减小荷载对水泥混凝土路面结构变形响应的影响.     

考虑水平摩阻效应的交通荷载下路面沉降分析

为分析计算高速公路水泥混凝土路面承载结构在交通荷载作用下的沉降,将路面结构视为黏弹性地基梁.在Kelvin地基梁模型的基础上,考虑路面结构与路基土界面摩阻效应的影响,进而分析交通荷载下黏弹性地基有限长梁的瞬态问题,通过三角级数展开法和Laplace-Fourier积分变换以及逆变换得到黏弹性地基梁在半正弦波荷载作用下的位移解析解.并研究分析了路基路面摩阻效应、荷载移动速度、路面结构刚度、路基竖向反力系数、路基阻尼等因素对路面沉降的影响.分析结果表明:路面沉降随车辆移动速度的增大而减小,随路基黏滞阻力系数及路基刚度的增大而减小,随路面结构刚度及结构层高度的增大而减小,与此同时增大路面结构刚度还可减小路面的波动.     

多层多跨刚架在水平荷载作用下的弹性位移计算

本文根据超静定结构位移计算原理,运用单位虚荷载法导出了多层多跨刚架在水平荷载作用下弹性水平层间位移计算公武。该公式表明:水平层间位移仅与任意一列柱计算层以下各柱的线刚度及柱端弯矩有关,具有明显的变化规律,易于手算并适合于自编程序电算。     

悬挂结构地震动力反应分析计算

利用拉格朗日方程建立了核筒悬挂结构体系运动方程.考虑到大位移非线性的影响,采用Runge-Kutta方法求解体系地震动力响应时程.计算结果表明悬挂体系能明显减小楼层层间位移、速度及加速度,减震效率接近90%.核筒截面抗弯刚度对其截面内力与筒身水平位移影响最显著,截面内力随其增加而增加.吊杆长度及阻尼器的阻尼系数对截面内力的影响较小.阻尼系数对层间位移及截面内力存在优化值.楼层位移、楼层速度及加速度随阻尼系数减小单调减小.     

自锚式梁下斜张简支桥梁破坏模式试验与数值研究

为研究自锚式梁下斜张简支桥梁的破坏模式和机理,进行了10m跨径简支试验梁的荷载试验与三维有限元精细化模拟分析,并对斜张索截面面积、撑杆高跨比及主梁的截面形式等参数对破坏模式的影响进行了分析.结果表明,试验梁破坏模式为梁下斜张索屈服断裂.主梁进入塑性后其抗弯刚度降低,结构的卸载效率值提升,使得斜张索索力随外荷载的增长斜率增大,主梁荷载弯矩随外荷载的增长斜率减小,而主梁的抵抗弯矩提升较快,从而产生了上述破坏模式.参数分析表明,增大索截面面积和降低撑杆高跨比将使得结构发生主梁先压溃而斜张索未屈服的另外一种破坏模式.主梁长细比较大的板梁结构的破坏模式与模型试件相同,所能承受的最大跨中荷载略低于试验梁,其材料成本低于工字型梁结构.     

移动载荷作用下周期性高架桥有限元模型

提出一种移动荷载作用下周期性高架桥(PV)动力响应的有限元计算方法;首先对PV在力学计算方法上进行简化并建立模型;根据Fourier变换法,建立移动载荷作用下PV频率波数域内的表达式;结合PV代表跨梁和墩的有限元方程,以及各跨梁-梁-墩连接处的连接条件及PV的周期性条件,得出PV受频率波数域内单位简谐荷载作用下的有限元方程;求解该方程可得PV在频率波数域内的动力响应,对此响应进行Fourier逆变换,可得PV在时空域的动力响应;基于所建立的有限元模型,进行数值分析。结果表明,移动荷载的速度会影响PV频域内响应的峰值个数,速度增大,峰值个数会减少;随着载荷速度的增大,PV时域内的响应呈现类似冲击波特征。     

考虑节点刚度的预制混凝土框架结构分析

给出了考虑节点刚度的框架梁的力学模型,推导了用节点连接刚度系数表示的半刚接梁的单元刚度矩阵,以及半刚接梁在荷载作用下的内力计算公式,并利用位移法对一单层单跨框架结构的横梁弯矩及其抗侧刚度进行了讨论.算例结果表明:半刚性连接框架受连接柔性的影响,会使框架结构横梁的杆端弯矩减小,而跨中弯矩增加;结构整体的抗侧刚度则随着节点转动刚度的增加而增加;随着梁柱线刚度比的增加,节点刚度对结构抗侧刚度的影响也随之增大.当梁的线刚度与节点转动刚度的比值α>5,结构受力性能与节点铰接时相近,而当α<0.04时,节点连接可视为刚接.综上所述,节点转动刚度对结构在竖向荷载作用下的内力以及结构整体的抗侧刚度有较大的影响.     

城市地铁车站地下结构地震反应

针对地震作用下地铁结构动力学响应的安全问题,基于弹性地基梁理论,利用大型通用有限元计算软件ADINA建立了三层岛式地铁车站结构有限元计算模型,研究地铁的多遇地震与罕遇地震的动力学响应的影响因素,对车站进行了静力分析、谱反应分析以及动力时程分析,总结了地铁结构的地震响应规律.分析结果表明:多遇地震作用下,随着高度的增加地铁车站结构的层间位移随之增大,梁柱连接处的应力较大,楼板跨中节点的应力最小;罕遇地震作用下地铁结构变化有着相似的趋势,但是罕遇地震的位移要远大于多遇地震下的水平位移.     

超高墩对山区三塔斜拉桥力学响应的影响

多塔斜拉桥是跨越宽阔水面和山谷的一种可行方案。然而,山区多塔斜拉桥的超高桥墩会改变全桥结构的整体刚度,使其力学响应有别于普通的多塔斜拉桥。为研究超高墩对三塔斜拉桥力学行为的影响程度,以某在建的超高墩三塔斜拉桥为例,首先确立了力学响应指标和计算方法,然后分析了桥墩高度、桥墩高差、主梁刚度和主塔刚度对塔顶位移、墩底弯矩、跨中挠度等结构响应的影响规律。结果表明:当桥墩高度增加时,车道荷载和温度荷载所引起的墩底附加弯矩会随之减小,而塔顶的纵向位移和主梁的跨中挠度随之增大;桥墩高差对桥墩的内力影响很大,高差较大时,矮墩会承受更多的弯矩;提高主塔刚度能够更有效的控制结构位移。     

电磁发射轨道受余割函数磁压力动态响应

解决电磁发射轨道受阻尼力作用而导致的使用寿命短和发射精度不高的问题,采用积分变换及其逆变换等方法推导出简谐压力作用下轨道的瞬态响应解析解.结果表明:材料应变阻尼系数、粘滞外阻尼系数、弹性系数对轨道梁挠度产生的影响呈现周期性的变化,在一个周期内,轨道梁的挠度随着粘滞外阻尼系数的增大而减小.随着材料应变阻尼系数的增大而增大.而弹性系数对挠度的影响不太明显,挠度曲线随着弹性系数的增加而呈下降的趋势.该成果对优化电磁发射装置的性能和提高发射精度提供了充足的理论依据.     

单层椭圆抛物面网壳在地震作用下的动力稳定性分析

以平面30 m×30 m,矢跨比分别为1/6,1/7,1/8和1/9的椭圆抛物面单层网壳为对象,利用ANSYS非线性动力软件,研究其弹塑性动力失稳。计算中考虑几何和材料非线性效应,并对几何缺陷、阻尼、不同地震波及其输入方向等对稳定性的影响进行了分析。结果表明:该结构的动力失稳一般伴随着较大的塑性变形,具有明显的突发性;在水平地震作用下动力稳定临界荷载明显低于竖向地震作用下的临界荷载,以两向地震作用下最低;在水平地震作用下,较大矢跨比时动力稳定临界荷载较低;杆件截面的增大可显著提高该结构的水平刚度和动力稳定临界荷载;几何缺陷能显著降低网壳结构的动力稳定临界荷载;考虑Raleigh阻尼模式,其临界荷载提高不足7%。     

弹性半空间地基梁的水平动力等效刚度

基于弹性动力学的基本方程、考虑弹性梁和弹性半空间的动力相互作用,建立力学分析模型,并利用Fourier积分变换,得到弹性半空间地基梁的水平动力等效刚度的解析表达式.通过数值算例分析地基梁的水平动力等效刚度及其阻尼的变化情况.结果表明:地基梁的水平动力刚度和阻尼系数不为常数,而是与弹性梁中传播的相速度有关,当相速为Rayleigh波的速度时,水平动力等效刚度达到峰值,此时弹性梁的纵向振动向弹性半空间传递的能量最大.水平动力等效刚度与弹性地基梁的频率和波数密切相关,随着波数增大,水平动力等效刚度的实部和虚部均相应增大.     

1 000m级中承式拱桥试设计研究

针对拱桥随着跨径增大稳定性下降、且在移动荷载作用下容易发生剪切、弯曲变形等问题,提出了解决方案。在主梁和拱肋之间加入刚性杆件形成三角网,使三角网与拱肋、主梁形成连续的系列三角形。利用三角形稳定性,提高了主梁和拱肋的线刚度,从而提高结构的整体刚度。桥梁在移动荷载下,三角形必然受非节点荷载作用,降低了稳定性,设置吊杆、立柱以增加弹性约束,减少节点间的弯剪变形。此外,采用整体式节点,简化其构造,并采用预制拼装方法,施工方便快捷。给出了该方案的具体结构形式,阐述了力学原理,并对跨径1 008m中承式拱桥进行试设计。有限元结果表明：该方案拱桥强度、刚度、稳定性及动力特性均满足要求,较传统拱桥具有更好的力学性能及经济性。     

半刚性钢框架竖向跨间刚度计算

根据半刚性连接梁单元的转动刚度和传递系数,利用集体分配原理和反弯点法,推导了半刚性连接钢框架的竖向跨间刚度计算公式。实例计算结果表明:在节点连接刚度由刚接变为铰接的过程中,竖向跨间刚度逐渐减小且呈非线性变化;当节点连接为铰接时,竖向跨间刚度为零。文中公式计算结果与sap 2000有限元分析软件的计算结果相近,验证了该计算方法的可靠性。     

考虑层间接触状态的横观各向同性结构动力响应解析解

基于线弹性体动力学基本方程,结合坐标变换、Buchwald势函数,建立了移动荷载作用下层状横观各向同性结构的动力控制方程,利用傅里叶变换及其微分性质得到了在Fourier变换域内单层有限厚度刚度矩阵和半空间无限体刚度矩阵.考虑层间接触条件组装各刚度矩阵得到总刚度矩阵,并根据边界条件求解总刚度矩阵在变换域内的解.然后,进行Fourier逆变换将变换域内的解转化为物理域内的解.通过与已有文献结果的对比验证了本文理论推导的正确性,随后通过参数的变化来模拟层间接触状态的改变,并分析了面层与基层层间接触状态对路面结构动力响应的影响.计算结果表明:基、面层层间接触状况越差,路面结构的整体性耐久性越差.