多跨连续长索在支座处存在滑移的非线性静力分析

提出了一种考虑悬索结构在中支座存在滑移时的非线性计算方法,推导出关于索元无应力长度发生变化时的滑移刚度公式,并进行了实例计算。计算结果表明,本文的方法正确,计算精度满足实际工程要求,并能使计算工作且大大减少,可供悬索结构设计、施工时参考。     

悬索结构非线性分析的滑移索单元法

本文提出了一种悬索结构存在在滑移单元时的非线性计算方法,利用文献（１）提出的五节点曲线索单元有限元基本方程,建立了滑移单元非线性分析的计算理论、方法及公式,并进行了实例计算,结果表明,本文方法是行之有效的,可供悬索结构设计、施工时参考。     

索托桥结构分析的滑移索单元法

为在索托桥的结构分析中精确模拟连续长索的滑动,本文创建了一种新的单元。被称为“滑移索单元”的新单元有三个节点,以点接触的形式模拟索从下方绕过滑轮,它可以通过自动调整两侧索段的长度而使单元处于平衡状态,从而简化了计算。新单元算法的推导基于有限元分析的基本原理和弹性悬链线的解析解,并利用了平衡状态时单元内力之间的关系。本文介绍滑移索单元的推导过程,用设计的算例验证了它的正确性,分析了连续长索的滑移对索托桥桥面竖向变形的影响。新单元可以直接用于常规的有限元分析中,研究处于工作状态或在施工中的索结构。     

预应力钢桁架结构分析中的摩擦滑移索单元

为精确模拟预应力钢桁架中连续长索在支撑点的滑动,本文创建了一种考虑摩擦力影响的新单元。被称为摩擦滑移索单元的新单元有三个节点,中间节点为支撑点。本文首先利用弹性悬链线的解析解,建立了弹性悬链线单元,并推导了单元两端点的张拉刚度。摩擦滑移索单元由两个弹性悬链线单元组合而成,根据支撑点处索的滑动方向、索力差、滑动摩擦力和滑移刚度调整两索段的原长,使支撑点两侧的索力满足给定的摩擦关系。算例验证了新单元算法的正确性和高效性,对设计的预应力钢桁架的分析,显示了张拉过程中及使用荷载作用下新单元在结构分析中的应用。新单元可直接用于常规的有限元分析,研究在工作状态或施工中存在连续长索滑移的索结构。     

在中支座可滑动的两跨连续索的静力分析

基于非线性弹性理论,从单索的平衡出发,在索元的无应力长度已知情况下,提出了两跨连续索在中间节点滑移的初始平衡位置确定及均布荷载作用下的静力响应分析方法,建立了其非线性计算的基本理论、公式和求解方法,并进行了实例计算.     

基于滑动元法的连续拉索滑移分析

实际工程中,拉索在索撑节点处滑移十分普遍。考虑滑移的影响,索撑节点不能简单地用铰接模拟。现有的拉索滑移分析方法往往需要迭代,计算过程复杂且收敛性无法保证。本文提出一种拉索滑移分析新方法——滑动元法,以预应力鱼腹梁为例进行理论推导,介绍了滑动元法的基本原理和计算步骤。结合有限元软件,利用滑动元法对算例进行计算分析,结果表明,滑动元法计算快速无需迭代,可以较为准确地分析拉索滑移。     

端点位移激励下斜拉索非线性振动计算方法研究

考虑拉索不同阶模态大幅振动之间的耦合效应,根据拉索的振动理论,详细地推导了单根拉索在端点位移激励下发生大幅振动时的非线性振动方程。根据某实际斜拉桥拉索参数,讨论了不同垂跨比对拉索振动特性的影响。使用四阶Runge-Kutta法求解拉索的非线性振动方程,通过对比有限元模型的非线性动力时程积分数值计算结果,验证了理论模型的可靠性与适用性。     

斜拉桥塔-索-桥面连续耦合参数振动特性分析

针对端部激励作用下斜拉索与桥塔、桥面协同振动问题,考虑拉索几何非线性、倾角、阻尼以及拉索重力弦向分力的影响,引入拉索高精度抛物线形,建立了桥塔-索-桥面连续非线性精细化振动模型,推导了拉索与桥塔和桥面共同在激励作用下的耦合振动方程组,研究了桥塔-索-桥面结构系统参数的振动特性,并用数值仿真方法分析桥面与拉索频率比、桥面激励幅值、索力及拉索阻尼对结构耦合振动特性的影响规律。结果表明:桥面与拉索的频率比分别为1∶2和2∶1时,拉索会发生不同模式的大幅振动;相比于超谐波共振模式,亚谐波共振模式的拉索振幅更大,但达到共振所需时间较长;拉索振幅随桥面激励幅值的增大呈非线性增大,桥面激励幅值越大,拉索积蓄共振能量所需的时间越短;拉索振幅随索力增大而减小;拉索自身阻尼对其振动的影响较小,增大拉索阻尼时,拉索振幅虽有减小趋势,但是减小幅度有限。     

基于欧拉描述的两节点索单元非线性有限元法

本文针对柔性悬索结构几何非线性分析的特点,提出了一种用欧拉描述来表示的两节点索单元非线性有限元模型,在索元变形后的位置上由虚功能建立了非线有限元基本方程及切线刚度矩阵。这样建立的非线性有限元分析方法可充分考虑拉索的几何非线性特性的影响并给悬索结构的初始平衡分析带来方便,算例结果表明,本文方法是精确有效的。     

端点位移激励下斜拉索非线性振动计算方法研究Investigation on computing method of nonlinear vibration of the stayed cable with displacement excitation at the end point

考虑拉索不同阶模态大幅振动之间的耦合效应,根据拉索的振动理论,详细地推导了单根拉索在端点位移激励下发生大幅振动时的非线性振动方程。根据某实际斜拉桥拉索参数,讨论了不同垂跨比对拉索振动特性的影响。使用四阶Runge-Kutta法求解拉索的非线性振动方程,通过对比有限元模型的非线性动力时程积分数值计算结果,验证了理论模型的可靠性与适用性。     

Nonlinear transient response of stay cable with viscoelasticity damper in cable-stayed bridge

Taking the bending stiffness, static sag, and geometric non-linearity into consideration, the space nonlinear vibration partial differential equations were derived. The partical differential equations were discretized in space by finite center difference approximation, then the nonlinear ordinal differential equations were obtained. A hybrid method involving the combination of the Newmark method and the pseudo-force strategy was proposed to analyze the nonlinear transient response of the inclined cable-dampers system subjected to arbitrary dynamic loading. As an example, two typical stay cables were calculated by the present method. The results reveal both the validity and the deficiency of the viscoelasticity damper for vibration control of stay cables. The efficiency and accuracy of the proposed method is also verified by comparing the results with those obtained by using Runge-Kutta direct integration technique. A new time history analysis method is provided for the research on the stay cable vibration control.     

斜拉桥中斜拉索的面内外耦合内共振分析

研究了桥面侧振引起的斜拉索非线性振动问题。基于Hamilton原理建立了拉索的非线性振动控制方程,并利用多尺度法得到了斜拉索振动方程的二阶近似解。通过具体算例分析了斜拉索面内一阶模态与面外一阶模态相互耦合发生内共振的可能性,讨论了拉索倾斜角对拉索振动的影响,比较了在零初始条件和非零初始条件下拉索振动响应的区别。研究发现:拉索内共振发生在一定的激励频率和激励幅值区域内;改变倾斜角度,会影响拉索发生内共振时激励频率区域的大小;初始条件的不同,拉索的振动形式会相差很大。     

Modelling of inextensible cable dynamics with experiments

The recognition of very stiff axial elastic motion compared to the motion in the transverse direction for cable dynamics motivates separation of the axial and transversal dynamics. For certain applications, e.g. real-time model-based control, fast calculation of the transverse motion may be of high importance, motivating the development of numerically efficient software code. Separation of axial dynamics renders possible neglection or simplification of the axial dynamics if appropriate for the system studied. A model is proposed with the assumption of axial inextensible material and negligible bending, torsion and shear stiffness in the cable. Experiments are carried out to verify the model, and the results are compared with simulations. The comparison between the experiments and numerical simulations showed good agreement up to the second frequency range with resonant behavior and the corresponding motion amplitudes.     

Dynamic modeling and simulation of flexible cable with large sag

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＦｌｅｘｉｂｌｅｃａｂｌｅｓｗｉｔｈｌａｒｇｅｓａｇａｒｅａｋｉｎｄｏｆｓｐｅｃｉａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ.Ｔｈｅｙａｒｅｕｓｅｄｉｎｏｖｅｒｈｅａｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓｗｉｔｈｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅ,ａｅｒｉａｌｃａｂｌｅｓｆｏｒｔｒａｎｓｐｏｒｔ,ｌａｒｇｅｓｐａｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｎｂｒｉｄｇｅｓａｎｄｃｉｖｉｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ[1,2].Ｔｈｅｙｗｉｌｌｍｏｖｅｉｎｌａｒｇｅｒａｎｇｅｕｎｄｅｒｗｉｎｄ,ｌｏａｄｄｅｓｉｇｎｅｄ…     

单层平面索网幕墙结构的几何非线性问题研究

单层平面索网支承式玻璃幕墙结构是近年来在国内外应用较为广泛的一种新型幕墙结构形式,由于单层平面索网不具有负高斯曲面形式,结构在平面外方向的刚度偏柔,表现出较明显的几何非线性特征.本文采用连续化方法建立了单层平面索网结构考虑几何非线性影响的静力平衡方程和振动方程,得到了结构刚度的解析表达式,并采用谐波平衡法求得非线性频率的简化解析表达式,以此为基础研究了单层平面索网结构的静力非线性和动力非线性问题.研究结果表明:结构的非线性和结构的初始位置密切相关;结构的非线性频率主要取决于索的初始应变、结构振动幅值与跨度的比值,几何非线性对于结构动力性能的影响要小于对结构静力性能的影响;本文得到的结构在地震荷载和平均风荷载作用下的非线性振动方程和非线性频率为结构在地震荷载和脉动风荷载作用下动力响应的求解奠定了基础.     

Numerical simulations of chaotic dynamics in a model of an elastic cable

The finite motions of a suspended elastic cable subjected to a planar harmonic excitation can be studied accurately enough through a single ordinary-differential equation with quadratic and cubic nonlinearities.The possible onset of chaotic motion for the cable in the region between the one-half subharmonic resonance condition and the primary one is analysed via numerical simulations. Chaotic charts in the parameter space of the excitation are obtained and the transition from periodic to chaotic regimes is analysed in detail by using phase-plane portraits, Poincaré maps, frequency-power spectra, Lyapunov exponents and fractal dimensions as chaotic measures. Period-doubling, sudden changes and intermittency bifurcations are observed.Part of this work was presented at the XVIIth Int. Congr. of Theor. and Appl. Mech., Grenoble, August 1988.     

精细积分的非线性动力学积分方程及其解法

给出了非线性动力学积分方程的表达式,针对该方程提出了一个显式预测-校正的单步四阶精度的精细积分算法,适用于多自由度、强非线性,非保守系统.算例表明该方法精度高、计算量较少.     

温度变化对端部激励斜拉索共振响应影响

基于增量热场理论,利用Hamilton变分原理,通过引入与张拉力和垂度相关的无量纲参数,建立了考虑温度变化影响下斜拉索非线性动力学模型,并推导其面内/外非线性运动微分方程。考虑斜拉索受端部激励,利用Galerkin法得到离散后的无穷维常微分方程组。面内和面外运动各取前两阶模态,向前和向后扫频,利用龙格-库塔法数值积分求解常微分方程组,得到共振区域的幅频响应曲线。算例分析表明,温度变化和斜拉索固有频率呈反比例关系;温度变化会导致斜拉索共振特性发生定性和定量的改变,如共振区间发生漂移、跳跃点位置发生移动、共振响应幅值发生改变;端部位移激励下,温度变化有可能导致斜拉索更多模态受到激发,从而影响各阶模态的能量以及模态间的能量传递。     

Eigenfrequency analysis of cable structures with inclined cables

The approximate eigenfrequencies for the in-plane vibrations of a cable struc- ture consisting of inclined cables,together with point masses at various points were com- puted.It was discovered that the classical transfer matrix method was inadequate for this task,and hence the larger exterior matrices were used to determine the eigenfrequency equation.Then predictions of the dynamics of the general cable structure based on the asymptotic estimates of the exterior matrices were made.     

随机拉索刚度预应力空间钢桁架随机内力摄动分析

基于已建立的拉索式平面预应力钢桁架基本理论 ,考虑到拉索刚度的随机性 ,得到了拉索式空间预应力钢桁架随机内力摄动分析的一般公式及敏度分析式 ,给出了空间预应力钢桁架随机内力统计特性计算表达式。为进一步进行空间预应力钢桁架可靠性分析奠定了一定的理论基础。最后针对工程中常见的三角形立体钢桁架 ,给出了算例