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2010年  第27卷  第1期

基本方法
基于能量守恒积分的子结构试验方法
李 妍, 吴 斌, 欧进萍
2010, 27(1): 1-007.
摘要:
为了提高子结构试验技术对非线性结构的稳定性,把无条件稳定的能量守恒逐步积分方法实施于子结构试验中,提出基于该逐步积分方法的子结构试验方法(以下简称能量守恒子结构试验方法)。在试验方法中采用等效力控制方法求解隐式差分方程。在试验流程图中提出模块CR的计算方法,从而解决了能量守恒方法实施于子结构试验的关键问题。然后对单自由度线性结构和非线性结构的能量守恒子结构试验进行数值仿真,结果表明提出的试验方法是可行的。最后实现了线性弹簧试件、非线性防屈曲支撑试件的能量守恒子结构拟动力试验,试验结果进一步证明了该试验方法对线性结构和非线性结构都是可行的。
UHTCC薄板弯曲荷载-变形硬化曲线与单轴拉伸应力-应变硬化曲线对应关系研究
蔡向荣, 徐世烺
2010, 27(1): 8-016.
摘要:
单轴拉伸试验是评价超高韧性水泥基复合材料(以下简称UHTCC)力学性能的有效试验方法,但是由于其实际操作困难,不便于广泛使用。该文通过四点弯曲试验和单轴拉伸试验研究了UHTCC的弯曲性能和拉伸性能,对比分析了UHTCC的薄板弯曲荷载-变形硬化曲线和单轴拉伸应力-应变硬化曲线以及UHTCC的基本力学指标、韧性指标、延性指标和多缝开裂形式。试验结果表明四点弯曲试验可以反映UHTCC的应变硬化、多缝开裂、高延性和高韧性性能。基于理论分析和试验结果推导了极限拉伸应变的计算公式,并通过试验结果进行了验证,结果表明通过计算公式得到的预测值与试验结果吻合较好。因此四点弯曲试验可以代替单轴拉伸试验成为评价UHTCC特殊力学性能的简单实用的试验方法。
双模量矩形板的大挠度弯曲计算分析
吴 晓, 杨立军, 黄 翀, 孙 晋
2010, 27(1): 17-022.
摘要:
双模量矩形板在外载荷作用下,会形成各向同性的拉伸区和压缩区,把双模量矩形板看成两种各向同性材料组成的层合板,采用弹性力学理论建立了双模量矩形板在外载荷作用下的静力平衡方程,利用静力平衡方程确定了双模量矩形板的中性面位置,推导出了双模量矩形板的大挠度弯曲变形微分方程。用加权残值法求得了双模量矩形板的大挠度弯曲变形时板中点挠度,把该方法计算结果与有限元计算结果进行了比较,说明了该计算方法是可靠的,并讨论分析了双模量对矩形板大挠度弯曲变形的影响。
桁架结构系统静强度与疲劳的耦合可靠性分析
赵维涛, 张大千, 张 旭
2010, 27(1): 23-027,.
摘要:
根据结构可靠性分析理论和疲劳载荷对结构造成的损伤,建立了元件静强度和疲劳耦合可靠性分析的失效判别准则,给出了元件静强度失效时所对应的当量寿命,分析了元件静强度失效和疲劳失效之间的相互影响,进而讨论了结构系统静强度和疲劳的耦合可靠性分析方法。算例表明:在不同的使用年限内,静强度失效和疲劳失效对结构系统失效的贡献是不同的;在结构系统主要失效路径中既有元件静强度失效又有元件疲劳失效;若只考虑单一因素(或静强度、或疲劳)下的可靠性分析,可能会导致结构不安全。
具有非线性功能函数的结构时变可靠度分析
蒋友宝, 刘 扬, 张建仁
2010, 27(1): 28-032.
摘要:
基于任一时段内的结构时变可靠度可通过求解一等效的单个功能函数来获得的认识,提出了一种改进的时变可靠度计算方法。首先以简单的梁柱构件为例,分析了结构功能函数为非线性的原因。接着揭示了满足结构非线性极限状态方程的荷载解可能会存在着两个值的特殊现象。然后通过引入一假想的综合各抗力因素的变量来缩减响应面方程中的变量数目,使得响应面方程能简洁地表达出来。最后应用该思路对一承受全跨永久荷载和半跨可变荷载作用下的混凝土拱结构进行了分析,结果表明极限荷载曲线具有较高的非线性程度,且该方法具有较高的精度。
松散热态沥青混合料压实力学响应及其粘弹塑性模型参数分析
郑健龙, 陈 骁, 钱国平
2010, 27(1): 33-040.
摘要:
结合沥青路面压实过程,利用MTS材料试验系统对松散热态沥青混合料进行压实试验,并用PT100温度记录仪采集温度变化。获得不同混合料的压实力学响应曲线和温度变化规律,分析了混合料的压实行为;建立一种考虑沥青混合料有效应力的粘弹塑性本构方程来反映其流变特性,并确定各荷载循环和温度下沥青混合料的粘弹塑性模型参数。结果表明:压实过程的松散热态沥青混合料具有明显的粘弹塑性特性,压实试验全面地反映了混合料的变形特性,粘弹塑性模型参数很好地揭示了混合料压实过程的力学特性;在一定温度范围和压实作用下混合料才能获得有效压实,为热态沥青混合料压实流变性能和施工工艺的研究提供了理论基础和试验方法。
多轴载荷下车轮辐板裂纹扩展特性研究
周素霞, 肖 楠, 谢基龙
2010, 27(1): 41-046.
摘要:
针对车轮在运行过程中的典型运用工况,采用有限元方法数值模拟了不同运用条件下车轮的机械应力分布,选取辐板最高应力部位作为裂纹的萌生位置。根据线弹性断裂力学理论研究了辐板裂纹在二轴载荷下的应力强度因子和T应力,最后结合Paris疲劳裂纹扩展方程及裂纹扩展门槛值,得到了二轴载荷下辐板表面裂纹的扩展特性和规律。从而得出了二轴载荷条件对辐板表面裂纹扩展的影响。分析结果表明:典型工况下,车轮辐板外侧处于受压状态,内侧处于受拉状态而且变化幅值较大。车轮辐板的内外表面的应力不同,使得辐板同时承受了弯矩,并且弯矩的周向分量和径向分量近乎于正比。由于T应力的影响,车轮辐板裂纹扩展速度比不考虑此应力时的值较为偏低。分析结果对预防车轮疲劳失效、优化车轮设计、保障行车安全,具有重要意义。
基于柔度的网格截面非线性梁单元
周凌远, 李 乔
2010, 27(1): 47-051.
摘要:
梁单元材料非线性有限元求解时,材料进入非线性阶段后,难以通过梁理论准确描述截面的应力状态,该文据此提出了基于柔度法和分布式塑性理论的梁单元材料非线性方法-网格截面法,这种方法采用平面等参单元将梁单元网格化,由单元轴向积分点位置截面网格积分点的应力描述单元截面应力分布,并通过对截面网格材料的积分得到积分点位置的截面刚度,并运用基于柔度的有限元方法,通过力插值函数和能量原理得到梁单元的柔度矩阵,进而对柔度矩阵求逆以计算单元刚度矩阵。同时讨论了该方法在进行结构材料非线性有限元分析时的优越性。最后通过算例验证了上述结论。
四边简支钢-混凝土组合板的弹性局部剪切屈曲分析
吴丽丽, 聂建国
2010, 27(1): 52-057.
摘要:
钢-混凝土组合板近年来在建筑及桥梁结构领域逐渐受到关注,但目前关于组合板弹性稳定性能方面的研究较少,尤其是局部屈曲性能。剪力连接件(栓钉)的最大间距是防止钢板局部屈曲先于屈服的最关键因素,也是保证组合板中钢板与混凝土板协同工作的前提。采用有限元计算方法,通过模型参数分析,研究四边简支钢-混凝土组合板在纯剪切作用下发生局部屈曲的特征,建立具有典型边界条件单块钢板计算模型来模拟组合板中栓钉包围钢板局部屈曲特性,从而推导出四边简支组合板栓钉连接最大间距的计算公式,计算结果偏于安全。
参数激励粘弹性传动带的分岔和混沌特性
刘彦琦, 张 伟
2010, 27(1): 58-062,.
摘要:
该文分析了参数激励粘弹性传动带的分岔和混沌特性。基于几何非线性,根据哈密顿原理建立轴向运动粘弹性传动带的横向振动微分方程,利用Galerkin方法分离时间和空间变量,再应用 Runge-Kutta 法进行非线性振动特性分析。数值结果表明:粘弹性传动带系统存在分岔和混沌现象,并且系统的动力学响应随着参数的变化而变化。
土木工程学科
基于模糊综合判定的网壳结构强震失效模式研究
支旭东, 范 峰, 沈世钊
2010, 27(1): 63-068.
摘要:
为合理判别单层网壳结构在强震下的两类失效模式,指导网壳工程在地震区的实践,该文采用考虑材料损伤累积的荷载域全程分析方法,对单层球面网壳和单层柱面网壳在动力荷载下(包括强震)的响应进行了系统的参数分析。简述了两类失效模式的结构表现及结构响应特征;引入模糊数学中的模糊综合判定理论,确定了网壳结构多项响应因素与模糊失效模式集合的关系,建立了基于模糊综合判定的网壳结构动力失效模式判别模型;通过分析表明:所建立的模型具有准确的判别效果,可对网壳结构在动力荷载下的失效模式进行判别。
深埋球形洞室围岩分区破裂化机理
周小平, 钱七虎, 张伯虎, 张永兴
2010, 27(1): 69-075,.
摘要:
在高应力和复杂的地质环境中,深部球形洞室围岩在开挖扰动下会出现破裂区和非破裂区交替出现的分区破裂化现象,研究分区破裂化现象可以深化深部岩体的力学性能研究,同时对深埋洞室的开挖和支护设计提供理论基础。该文研究的深部球形洞室外部受到静水压力的作用,洞室内壁受到一个随时间变化的开挖荷载的作用,其运动方程用位移势函数来表示。通过Laplace变换简化计算,获得势函数的通解,从而获得了在开挖扰动下洞室围岩的应力场和位移场。当围岩应力场满足深部岩体强度准则时,岩体破裂,从而产生变形局部化。岩体破坏产生的应力重分布可能导致新的围岩破坏,从而产生二次破裂区;以此类推,直到应力释放后不能产生破裂区为止。根据断裂力学确定破裂区的残余强度,并确定破裂区和非破裂区的宽度和数量。破裂区的形成受到岩体力学性能、洞室开挖方式和速度等较大的影响。
大跨桁架体系的连续性倒塌分析与机理研究
江晓峰, 陈以一
2010, 27(1): 76-083.
摘要:
在突发事件的直接影响下,结构的局部构件可能首先发生初始破坏并进一步导致结构的连续性倒塌。与框架结构或承重墙体系相比,大型公共建筑中普遍采用的桁架体系具有冗余度较低的特点,为提高其结构鲁棒性,必须在详细分析基础上采用不同的设计策略。该文以钢屋架体系为例,通过连续性倒塌过程的数值分析,研究了内力重分布过程、动力效应和主要破坏模式等问题;根据局部杆件失效后的结构特性,归纳出转动铰机制、滑移面机制和长压杆机制等三种基本的局部内力重分布机制;结合简化数学模型的理论分析,阐述了敏感构件和关键构件的概念,为该类结构的安全性评价提供了一种简便的尺度。
调液阻尼器对偏心结构扭转耦联振动控制的研究
霍林生, 李宏男
2010, 27(1): 84-090.
摘要:
该文利用调液阻尼器来控制偏心结构在地震作用下的扭转耦联振动。首先建立起控制体系的运动方程及时域内的求解方法。以一个8层偏心钢结构为算例,在结构顶层沿两个主轴方向正交放置两个调液柱型阻尼器,并在结构质心处安放一个环形调液阻尼器。基于该文给出的优化目标函数和遗传优化算法,对调液阻尼器的参数进行优化设计。最后对结构输入不同场地类型的地震波,在时域内分析调液阻尼器对结构扭转耦联振动的减振作用。分析结果表明:合理设计调液阻尼器的有关参数,能使其有效控制结构的平-扭耦联振动。
基于最优化理论的多阶段模型修正及其在桥梁安全评估中的应用
王元清, 姚 南, 张天申, 石永久
2010, 27(1): 91-097,.
摘要:
在役桥梁的安全评估和加固分析往往采用原始桥梁模型,存在局限性。该文在传统的基于最优化理论的结构参数估计技术的基础上结合实际桥梁工程检测经验发展了一种多阶段模型修正法,其中采用了三步参数化技术进行结构参数化,根据待修正参数对误差指数EI的敏感性将其分级,然后采用分阶段方法实现有限元模型修正。该文比较了不同修正参数集以及不同方法的模型修正效率和效果,并将修正后的有限元模型运用于在役桥梁承载性能分析,结果表明:多阶段模型修正法较直接修正法有较高的效率和较好的效果,修正后模型能实现在役桥梁较为详尽系统的安全评定。
运行列车引起的周围地面振动规律研究
陈建国, 夏 禾, 陈树礼, 苏木标
2010, 27(1): 98-103.
摘要:
在京广铁路线附近进行了现场试验,测试分析了速度在21km/h―128km/h范围内运行列车引起的地面振动。结果表明:运行列车引起的地面振动的频率集中在10Hz―100Hz,车速对地面水平向振动的频率有一定影响;地面振动随至振源距离的增大呈波动性衰减;货物列车引起的地面加速度振级在各个方向上均明显大于旅客列车,其差值一般在10dB左右;列车引起的地面竖向振动大于两个方向的水平向振动,竖向振级为60dB―110dB;垂直线路的水平向振级为50dB―95dB;平行线路的水平向振级为55dB―80dB;线路附近的地面振动超过了我国关于环境振动规范的规定,说明运行列车引起的环境振动问题应当引起重视。
结构可靠性灵敏度分析的低偏差抽样方法
戴鸿哲, 王 伟
2010, 27(1): 104-108.
摘要:
由于蒙特卡罗(MC)方法具有程序结构简单,收敛速度与问题维数无关等优点,故其在结构可靠性及可靠性灵敏度分析中得到了广泛应用。但是计算效率低这一主要缺点限制了该方法的应用范围。通过引进单位超立方体中不同的低偏差点集代替伪随机数序列,并结合重要抽样技术建立了结构可靠性灵敏度分析的低偏差抽样方法。该方法不但可以大幅度减少抽样点数目,还能够得到确定性的估计值避免传统MC方法只能得到概率意义下误差的缺陷。通过数值算例可以看出该方法具有较高的计算精度和效率。
复阻尼模型结构地震时程响应研究
张辉东, 王元丰
2010, 27(1): 109-115.
摘要:
阻尼是结构动力分析的重要参数,对动力响应计算的结果有明显影响。目前,结构动力响应分析中的阻尼模型大都采用的是传统的Rayleigh阻尼模型,这种模型是为计算解耦而构造出的,其物理意义不是很明确。该文根据复阻尼系统理论,利用Newmark- 积分法,编制了Rayleigh阻尼和复阻尼模型的三维有限元程序。以三维钢框架结构为研究对象,计算了两种阻尼模型的结构地震时程响应和复阻尼模型的损耗因子,并讨论了不同加速度峰值和时间积分步长对复阻尼结构响应和损耗因子的影响。研究表明:在加速度峰值为2m/s2的El-Centro波作用下,两种阻尼模型的响应相差50%―100%,后者的结构动力响应远大于前者,损耗因子随应力或位移的增大而增大;复阻尼模型结构动力响应和损耗因子的稳定性和精度,与时间积分步长密切相关,不合适的时间积分步长将导致结果发散。
含时滞空间网格结构振动的动态矩阵预测控制
周 岱, 黄 真, 邓麟勇, 赵尧军
2010, 27(1): 116-122.
摘要:
研究含时滞的空间结构振动控制问题。阐明和分析了空间结构的时滞及其产生原因。基于动态矩阵预测控制方法,构造了预测模型和优化策略,进而提出对含时滞空间结构振动控制的改进方法和控制参数选择的一般原则,可解决模型参数和外部干扰不确定的含时滞被控系统的振动控制。以球面施威德勒网壳结构为算例,针对含时滞和不含时滞的空间结构系统进行了振动控制数值计算和比较;研究表明,动态矩阵预测控制方法适用于含时滞的空间结构振动控制,而准确预测系统的未来输出、选择恰当的采样周期等是实施振动控制的关键因素。
历经荷载历史混凝土动态受拉损伤试验研究
肖诗云, 田子坤
2010, 27(1): 123-128,.
摘要:
该文通过在MTS试验机上对普通混凝土受拉试件预先施加不同应变率和大小不同的荷载历史,然后对经历荷载历史后的混凝土受拉试件在应变率105/s―102/s范围内进行动态单轴拉伸损伤试验,研究了荷载历史对混凝土的动态抗拉强度、动态变形特性和动态损伤特性的影响。研究结果表明:混凝土经历荷载历史后,混凝土抗拉强度和混凝土损伤槛值都降低了,但临界应变受荷载历史影响不大;在相同的应力比和应变比情况下,混凝土的损伤值随着荷载历史的增加而增加了。
历史保护建筑室内热环境的检测与分析
于国清, 刘卫东, 高钢烽, 刘建勇
2010, 27(1): 129-133.
摘要:
对上海某一有代表性的历史保护建筑室内热环境和围护结构传热系数进行了连续多日的测试,将测试结果与现行节能标准的规定进行了对比,并对室内热环境进行了全年的模拟分析。数据表明该历史建筑室内热环境的适用性较差,具体体现在以下几个方面:1) 该历史保护建筑围护结构的传热系数不能满足现行节能设计标准对传热系数的限值;2) 如果不采取采暖措施,最冷月室内温度在10℃左右,室内热环境难以满足人对舒适性的基本要求;3) 如果不采取空调降温措施,夏季历史建筑内闷热潮湿,在高温日,有的房间室内温度超过33℃,而且湿度高,热环境恶劣。
基于内力的高层建筑顺风向等效静力荷载研究
汪大海, 梁枢果
2010, 27(1): 134-140.
摘要:
该文应用振型加速度法求解高层建筑的顺风向风致随机内力响应,得到以恢复力表示的包含拟静力项和惯性力项的内力解。在此基础上提出了基于风致内力的等效静力荷载及简化分布公式。考察了目前国内外多种等效静力荷载方法的有效性,最后通过数值算例的比较说明该方法具有适用范围广、精度高、收敛快的特点。
基础频响有理近似的稳定性和识别:离散时间的递归算法
赵 密, 杜修力
2010, 27(1): 141-147,.
摘要:
基础频率响应的离散时间有理近似是构建基础振动分析的时域递归算法的起点,离散时间有理近似的稳定性和精度决定时域递归算法的稳定性和精度。该文采用双线性变换法从基础频响的连续时间有理近似获得离散时间有理近似,避免离散和连续时间频率相等情况下由于离散时间有理近似的周期性而产生的高频尾部丢失和混叠现象,保证离散和连续时间有理近似的稳定性和精度一致。基于部分分式展开,获得的离散时间有理近似分别实现为直接型和并联型时域递归公式。通过分析几个典型基础振动问题并与Wu-Lee集中参数模型结果进行对比验证了双线性变换的有效性。
基于静态参数识别的火灾后混凝土结构受火温度估计
魏 东, 刘应华, 向志海
2010, 27(1): 148-153.
摘要:
工程中通常需要对遭受火灾而未倒塌的混凝土结构进行安全评价,以确定其损伤程度,为结构的拆除或加固提供可靠依据。结构外表面和内部曾受到的受火温度是火灾后混凝土结构安全评估研究中关注的关键问题,也是其是否安全的判定准则之一。该文基于静态测量数据的参数识别方法,利用混凝土受火逐层损伤的特性以及火灾后力学参数与温度的对应关系,建立了估计火灾后混凝土结构内的温度梯度分布的反演格式和算法。最后通过数值算例验证了该方法的可行性和准确性。
一种新的混凝土圆形骨料投放数值模拟方法
宋晓刚, 杨智春
2010, 27(1): 154-159,.
摘要:
提出一种基于随机游走的混凝土圆形骨料投放的数值模拟方法,能够模拟重力作用下骨料在混凝土浇筑和振捣过程中的运动过程。该方法具有骨料投放效率高,填充率高,保证骨料一次性投放成功的优点。投放算例验证了该数值模拟方法的有效性,骨料填充率可达到70%,可以满足大体积、全级配、高强度混凝土的骨料投放模拟。该文还对骨料投放次数和游走次数的选择进行了讨论。
基于滚球隔震和换能控制的智能控制系统
孙作玉, 王 晖, 赵桂峰
2010, 27(1): 160-164.
摘要:
提出了基于滚球隔震和换能控制的智能控制系统,在结构物的底层采用滚球隔震并实施换能控制,利用滚球隔震有效地降低了地震激励对上部结构的影响,同时发挥出换能控制的特点,限制隔震层的相对位移并改善控制效果。建立了该控制系统的数学模型,对换能控制装置进行了改进,实现了多级荷载的换能控制,采用遗传算法实施智能控制。通过仿真分析研究了该系统的特点和算法的有效性。
一新的混凝土配筋计算方法-无量纲图表法
周东华, 王琼芬, 樊 江, 高琼仙, 王海莹
2010, 27(1): 165-172.
摘要:
该文介绍作者推导的一新的主要用于混凝土梁配筋计算的无量纲通用图表法,该图表法的“新”和“通用”分别在于推导时没有用传统的“等效矩形应力”换算以及一表可适用于不同钢筋级别和不同混凝土等级(C15―C50)的配筋计算。该法扩展了《混凝土结构设计规范》的混凝土应力-应变关系的运用范围,至今只用到了混凝土的极限应变。该法计算过程简便,求得配筋后,无须再验算受压区高度,同时还可用于弯压或弯拉构件的配筋计算。计算结果中除了含有计算钢筋面积所需的内力臂系数外,还有混凝土受压区边缘应变、受拉和受压钢筋应变、混凝土受压区高度等,结果直观和一目了然,并为混凝土构件的设计提供了一新的更为精确的设计方法。
桩基非线性轴向受迫振动稳态幅频响应分析
胡春林, 熊伟芬, 胡胜刚
2010, 27(1): 173-178.
摘要:
用多时间尺度法得到了一端固定、另一端自由的桩基非线性轴向受迫振动系统主共振时的稳态幅频响应曲线。研究表明:桩基非线性轴向受迫振动的幅频响应曲线不仅与派生线性振动系统的固有频率、土刚度和阻尼系数有关,而且也与振幅、相位和非线性特征量有关。幅频响应曲线中会出现一种典型的振幅跳跃的非线性现象,当激励频率接近线性系统固有频率时,系统产生共振从而响应幅值增大,而且同一激励频率可能会对应于振幅的多个不同值,运动状态具有不稳定性。随着非线性系数的增大,响应曲线峰值侧向弯曲;粘性阻尼会抑制响应振幅的增大;激励振幅增大会导致响应振幅增大。
盘形滚刀作用下岩石应变计算方法的探讨
张照煌, 刘莎莎
2010, 27(1): 179-182.
摘要:
全断面岩石掘进机盘形滚刀破岩机理是全断面岩石掘进机研制和应用领域研究的热点和难点。通过对盘形滚刀压痕试验、线性切槽试验和盘形滚刀滚压岩石的圆槽试验发现,盘形滚刀破岩方式不同,岩石剥落状况也不同。以此为研究基础,以盘形滚刀弧刃域与岩石的相互作用为研究对象,以盘形滚刀已有一定切深、逐步到达一定切深和盘形滚刀线性切槽为研究内容,探讨了盘形滚刀与岩石不同作用方式下的盘形滚刀弧形刃域相应点岩石位移和应变的计算理论和计算方法,导出了相应的计算公式,从而为盘形滚刀破岩机理的研究及其物理方程的建立奠定了基础。
斜拉索基于MR阻尼器的神经网络半主动控制
肖志荣, 孙炳楠
2010, 27(1): 183-187.
摘要:
该文利用神经网络强大的学习和非线性拟合能力模拟了MR阻尼器的逆动力性能。为了提高神经网络的计算性及泛化性,采用了Levenberg-Marquardt算法与贝叶斯正规化法相结合的方法。与此同时,利用MR阻尼器的神经网络逆模型,提出了一种新的斜拉索神经网络半主动控制策略。为验证所提控制方法的有效性,针对典型算例进行了数值分析,并将其与LQR主动控制方法进行了比较。得出结论:所提神经网络半主动控制方法是有效的,与LQR主动控制效果相比,效果略差,但相差不大。
带竖缝钢筋混凝土剪力墙的壁式框架分析模型
米旭峰
2010, 27(1): 188-194,.
摘要:
对JGJ99-98中竖缝剪力墙的两种等效模型进行考察,指出了考虑钢框架梁剪切变形的必要性。由于两种模型均不能正确地给出钢框架梁的剪力,也不能反映钢框架梁弯曲变形对整体刚度的影响。因此提出壁式框架计算模型,对各部分的刚度给出了计算建议,对模拟竖缝剪力墙肢的壁柱,通过对轴压刚度取小值实现竖缝剪力墙不承担竖向荷载的设计原则。对壁式框架模型和两种等效模型进行比较得出:在层数少,剪切变形占主导地位时,壁式框架模型的刚度略小,层数增加,三种模型结果相似。但壁式框架模型能够提供钢框架梁内的真实剪力,并反映钢框架梁变形对抗侧刚度的影响,最后提出在框架柱与竖缝剪力墙之间加设抗剪键以改善钢梁工作性能。
地铁运行引起场地振动的荷载与分析方法
王田友, 丁洁民, 楼梦麟
2010, 27(1): 195-201.
摘要:
利用实测钢轨加速度时程,建立地铁列车二系弹簧模型,考虑轮轨非线性接触及轨道不平顺,求得了钢轨荷载时程。分别由钢轨荷载时程求得了简单模型的隧道仰拱荷载时程和由列车轮载求得了纵向钢轨-隧道-地基模型的仰拱轮载时程,为地铁环境振动分析提供了基本数据。在此基础上,进行地铁所致环境振动的二维和三维模型的计算比较,考虑了粘弹性和粘性人工边界的不同影响。对比得出了二维模型地铁环境振动分析的适用计算方法和隧道荷载以及三维模型的适用隧道荷载。还比较了三维模型环境振动分析采用不同人工边界的影响。最后,利用隧道仰拱荷载施加于二维模型分析了地面振动的衰减规律,并与实测数据进行了比较,结果符合较好。
基于概率的多点激励地震场强度参数研究
申彦利, 杨庆山, 田玉基
2010, 27(1): 202-208.
摘要:
该研究建立了人工模拟地震场形成的记录库,通过建立简单的多点激励受力模型,应用增量动力分析和统计推论分析的方法分析了结构关注部位的响应谱加速度作为强度参数的适用性,研究了给定强度参数水平下结构工程需求参数的概率分布,评估了给定地震危险性水平下结构抗震性能。研究结果表明:响应谱加速度可以作为地震场的强度参数,并被用来进行基于概率的结构抗震性能评估。
其他工程学科
重冰区输电塔-线体系脱冰振动的数值模拟
晏致涛, 李正良, 汪之松
2010, 27(1): 209-214,.
摘要:
重冰区架空线路的脱冰振动可能造成金具损坏、导线断股、杆塔折损等机械事故,也可能造成闪络、烧断导线等电气事故。考虑几何非线性的影响,采用有限元理论建立了输电线路塔-线体系的脱冰振动精细化数值分析模型。以向家坝―上海800kV特高压直流输电线路为例进行了脱冰振动分析,分析了脱冰工况下导(地)线跳跃高度、最大水平张力、绝缘子内力和摆动位移、支座反力等变化规律。结果表明:导线脱冰振动将引起较大的竖向振动,导线最大水平张力增大了近20%,输电塔支座反力增大了约30%。基于上述模型,进行了12种工况下的参数分析,探讨了脱冰程度、绝缘子摆动刚度、阻尼比、不等跨、跨数、风荷载等参数对脱冰振动的影响规律。
抗冰导管架平台疲劳可靠性优化
刘 翔, 李 刚, 岳前进, 时忠民
2010, 27(1): 215-220.
摘要:
疲劳破坏是海洋工程结构的一种主要破坏形式。对于渤海有冰边际油田,需要在满足冰激疲劳要求的同时考虑平台成本。该文建立了抗冰导管架疲劳可靠性优化模型,利用虚拟激励法并结合兼顾整体和局部的混合有限元模型,实现了复杂管节点冰激疲劳的快速高效分析,并利用对数正态格式计算冰激节点疲劳可靠性。渤海JZ20-2 NW平台算例分析表明,通过优化设计可以在满足节点疲劳可靠性要求的同时降低结构重量,可以为冰区海洋平台设计提供参考。
绝缘子串风偏角风荷载调整系数的研究
严 波, 林雪松, 罗 伟, 刘仲全, 陈志达
2010, 27(1): 221-227.
摘要:
利用ABAQUS有限元软件对具有不同档距、高差和离地面高度的特征段线路在不同平均风速的随机风场作用下的风偏响应进行时程分析,得到了特征段线路中悬垂绝缘子串下端点的风偏响应时程曲线,进一步得到风偏角的统计值。通过对现行设计规程中风偏角计算公式的分析,提出通过引入风荷载调整系数对风偏角计算公式进行修正的方法。结合数值模拟结果,给出了输电线路在不同档距、高差和离地面高度情况下,计算悬垂绝缘子串风偏角时的风荷载调整系数的取值。该文采用数值模拟方法研究500kV超高压输电线路在随机风荷载作用下的风偏问题。
压电智能结构振动主动控制传感器/驱动器的位置优化设计
张京军, 何丽丽, 王二成, 高瑞贞
2010, 27(1): 228-232,.
摘要:
应用ANSYS软件对压电智能结构建模,并计算其模态圆频率。采用D优化设计准则,并对该准则进行简化,用一种简单的方法将所选择的低阶模态振型转化为归一化形式,最后,仅用结构模态振型就可确定压电元件的最优位置,有效的避免了布置的随机性。考虑到粘贴压电元件对主体结构动力学特性的影响,该文采用线性二次型高斯(LQG)最优控制方法,设计Kalman滤波器,对模型过程噪声和量测噪声进行过滤。最后,该文以压电智能悬臂梁为例给出了系统的阶跃响应曲线,验证了此方法的有效性。
深海系泊系统模态分析
唐友刚, 张若瑜, 庄 茁
2010, 27(1): 233-239.
摘要:
该文考虑深水系缆的拉伸和弯曲变形,取正交坐标和切向量描述任意结点的6个广义位移,考虑缆变形的几何非线性和水动力影响,基于细长杆理论推导缆索的单元刚度矩阵,得到 的非线性刚度矩阵,实现了该文单元与有限元软件的调用对接。针对水深318m的Spar平台,四根缆定位,计算了系泊系统固有频率和模态以及系泊缆群的张力响应。计算结果表明:该文单元刚度矩阵能够反映深海系泊缆的动力响应特性。
考虑叶片离心刚化效应的风力机塔架风振反应分析
陈小波, 李 静, 陈健云
2010, 27(1): 240-245.
摘要:
为分析风轮作用力和叶片刚化对风力机塔架风振反应的影响,研究了考虑叶片刚化效应时风力机塔架的风振反应。采用谐波叠加法模拟了风力机塔架和叶片的脉动风速时程,在理论上推导了考虑离心刚化效应的叶片振动方程。该文分3种工况计算了叶片与塔架在风荷载作用下的动力反应,并对比了3种工况的塔架顶点位移及其相对误差。结果分析表明:叶片剪力对塔架的动力反应影响较大,叶片刚化效应减小了塔架的风振反应,在动力计算过程中应考虑刚化效应的影响。
基于样条逼近的欠驱动航天器姿态运动规划
张奇志, 戈新生
2010, 27(1): 246-249,.
摘要:
研究带有两个动量飞轮的刚体航天器姿态控制问题。在系统角动量为零的情况下,系统的控制问题可转化为无漂移系统的非完整运动规划问题。利用最优控制方法和样条逼近技术提出求解带有2个动量飞轮航天器姿态的运动规划控制的粒子群优化算法。运动规划的最优控制是光滑的,且初值和终值均为零,可以方便地通过伺服电机实现飞轮的控制。数值仿真表明:该方法对航天器姿态运动规划控制是有效的。
地铁列车运行引起的隧道和自由场的动力响应预测
刘卫丰, 刘维宁, GUPTA S, DEGRANDE G
2010, 27(1): 250-256.
摘要:
针对地铁列车运行引起的隧道和自由场动力响应的预测,提出一种计算方法。根据移动荷载作用下隧道及自由场的动力响应解,可以把地铁列车运行引起的振动问题归结到计算频率-波数域内的传递函数和频域内移动轴荷载的问题上,传递函数采用三维周期性有限元-边界元耦合的数值模型来计算,移动轴荷载主要考虑为频域内轨道不平顺激励下的轮轨接触力。利用此方法对北京地铁4号线北京大学东门站北侧区间地铁列车运行引起的隧道和自由场的振动响应进行了预测,并比较了普通无碴轨道和钢弹簧浮置板轨道的动力响应。结果表明:此方法具有很好的适用性;浮置板轨道具有很好的减振作用,但对低频段振动没有效果。