金字塔形高层框架结构的自振频率

根据某一金字塔型高层建筑结构的初步设计,将该结构简化为一个二维刚-柔组合结构体系,基于Hamilton原理,建立了该简化结构体系动力响应分析的边界值问题.在此基础上,利用变量分离,给出了其自振频率的特征方程,通过数值计算,考察了斜向剪力墙筒体刚度、中间加强层转动刚度和位置、结构顶部刚性层质量以及金字塔型结构倾角等对自振频率的影响,结果表明:斜向剪力墙筒体抗弯刚度对自振频率有显著的影响,自振频率随剪力墙筒体抗弯刚度的增加而增加;尽管剪力墙筒体发生横向弯曲与轴向拉伸的耦合变形,但其振形的弯曲变形远大于其轴向变形;加强层抗弯刚度对自振频率的影响较小,但其位置对第三自振频率的影响较为明显.同时,斜向剪力墙筒体倾角对自振频率的影响较为复杂.     

非滑移刚度理论下的空缆线形半解析算法

为设计阶段更简洁和准确地计算悬索桥空缆线形，提出了一种锚跨水平张力-预偏量-修正水平力迭代过程的非滑移刚度理论计算方法。基于分段悬链线理论，探讨了空缆线形计算存在的三种不同情况，并以此为计算思路。在任一锚跨水平张力作用下，考虑鞍座对空缆线形的影响，以各跨无应力索长不变与鞍座两侧的力或力矩平衡为准则，推导了各跨左右鞍槽接触段和悬空段的内力与线形平衡方程，以及迭代过程中待求参数之间的影响矩阵及修正方法，以右边塔索鞍处不动点里程坐标误差为收敛条件，采用了二分法迭代出理论的左锚跨水平张力，进而得到空缆状态下各索鞍的预偏量以及各跨索段内力与线形。通过算例比对，验证了本文方法的可靠性。结果表明，在成桥状态下结构参数已知的基础上，仅需求解左锚跨水平张力一个变量参数，即可得到各跨索股线形与内力以及鞍座预偏量。相比传统的滑移刚度理论方法，本文方法迭代过程方便简洁，易收敛且精度高，无需往复固定或释放一个鞍座约束进行迭代求解，提高了计算效率，适用于任意跨对称或非对称空缆线形的计算。     

具有滑移式散索鞍的悬索桥主缆架设分析

为分析悬索桥的主缆架设，首先建立了滑移式索鞍纵向复合圆曲线的数学描述方法，进而利用弹性悬链线的精确解，建立了两索鞍间索跨的分析方法，并用于确定由成桥几何控制参数确定的悬索桥成桥状态，随后通过移动鞍座寻找平衡位置，可得到空载时索鞍预偏量、各跨垂度、索股张力和索夹位置等重要参数。这种解析迭代法可以考虑散索鞍重量的影响，以及主梁的架设对索鞍支承面的弹性压缩。算例表明本文所建立的方法是正确的。工程算例还表明具有不同纵向曲线的索鞍对悬索桥结构的整体静力分析结果影响甚微，且忽略散索鞍的重量将使架设时锚跨侧索股的张拉力偏大。     

不同边界条件下拉索振动的主动控制研究

拉索由于质量轻、柔性大、阻尼小,在风荷载作用下,容易产生横向振动.一般情况下,想要通过安放在拉索锚座附近的被动、半主动控制装置来抑制这种振动有一定的困难.而在拉索的锚座处沿拉索轴向实施主动控制却是一种很好的方法.由于某些情况下拉索的抗弯刚度对振动频率有一定的影响,本文在考虑拉索抗弯刚度的基础上,建立了不同边界条件下拉索振动主动控制模型.本文通过线性二次型最优控制(LQR)策略对拉索振动实施了主动多模态控制仿真分析.计算结果表明,轴向主动多模态控制能够有效地抑制拉索的振动.     

弹簧地基上大直径单桩海上风机的一阶自振频率

自振频率是海上风机前期动力设计的主要难点之一,计算精度要求极高,而桩-土相互作用对自振频率影响显著。目前,针对桩-土相互作用普遍采用弹簧地基简化模型,为对比分析不同弹簧地基简化模型的准确性和精度,本文采用回传射线矩阵法,建立固定端、单弹簧、双弹簧和三弹簧这4种地基简化模型,基于Bernoulli-Euler梁理论和Timoshenko梁理论,求解风机系统的自振频率,并与风机基频实测值作对比,进一步分析三弹簧简化地基模型中地基旋转刚度、地基耦合刚度和地基水平刚度对风机系统基频的影响。研究结果表明,桩-土相互作用不可忽略,三弹簧地基简化模型计算风机系统基频精度最高;地基刚度对风机系统基频的敏感性次序为,地基耦合刚度>地基旋转刚度>地基水平刚度;当地基旋转(水平)刚度较小时,地基耦合刚度与地基旋转(水平)刚度的耦合效应对风机系统的基频影响较大;地基耦合刚度与地基旋转刚度的耦合效应对风机系统基频的影响程度大于地基耦合刚度与地基水平刚度的耦合效应。     

基于细长梁单元的悬索桥主缆线形分析Study on main cable shape of suspension bridge based on slender beam element

悬索桥主缆线形的精细化计算需要同时考虑弯曲刚度及初始弯曲的影响,为此将主缆离散为小挠度的细长梁单元,推导包含自重项的细长梁单元的刚度矩阵,其中考虑了轴力对弯曲刚度的影响及弯矩引起的轴向刚度修正系数。基于细长梁单元编制主缆线形计算的有限元程序,采用改进的迭代法求解几何非线性结构的平衡状态,并考虑鞍座处主缆线形的修正。利用程序计算了两座悬索桥主缆在恒载作用下的变形,结果表明,主缆弯曲刚度对跨中和桥塔附近主缆线形的影响较大,且矢跨比越大,主缆线形的计算误差就越大。由弯曲刚度引起的主缆线形计算误差将会带来吊索下料长度计算不准确、索夹放样坐标不准确、成桥桥面线形达不到设计线形以及成桥吊索力分布不均匀等问题,尤其是对矢跨比较大的自锚式悬索桥,需要在设计和施工中引起足够的重视。     

基于细长梁单元的悬索桥主缆线形分析

悬索桥主缆线形的精细化计算需要同时考虑弯曲刚度及初始弯曲的影响,为此将主缆离散为小挠度的细长梁单元,推导包含自重项的细长梁单元的刚度矩阵,其中考虑了轴力对弯曲刚度的影响及弯矩引起的轴向刚度修正系数。基于细长梁单元编制主缆线形计算的有限元程序,采用改进的迭代法求解几何非线性结构的平衡状态,并考虑鞍座处主缆线形的修正。利用程序计算了两座悬索桥主缆在恒载作用下的变形,结果表明,主缆弯曲刚度对跨中和桥塔附近主缆线形的影响较大,且矢跨比越大,主缆线形的计算误差就越大。由弯曲刚度引起的主缆线形计算误差将会带来吊索下料长度计算不准确、索夹放样坐标不准确、成桥桥面线形达不到设计线形以及成桥吊索力分布不均匀等问题,尤其是对矢跨比较大的自锚式悬索桥,需要在设计和施工中引起足够的重视。     

体外预应力索与简支梁耦合振动的特性

体外预应力结构是一种由体外索和普通结构组成的预应力组合结构,被广泛地应用在各类结构中。基于体外预应力索与梁耦合振动的振动特性,建立体外预应力梁振动模型,推导出了不同体外预应力束线型等直线弹性梁的自振频率方程。在体外预应力钢束混凝土梁电磁激振器扫频试验中,测试了不同预应力条件下梁的基频。理论和试验研究表明体外预应力束线型、预应力束拉伸刚度和梁振型模态对梁自振频率的影响是明显的。     

基于振动理论的索力求解的一个实用计算公式

将固支欧拉梁的振型函数作为两端固结拉索的振型函数,运用能量原理,推导该类拉索的索力实用计算公式.根据频率特征方程的解随频率阶次的变化规律,引入频率阶次参数,化简实用公式并将其与两端简支拉索的计算公式统一起来,从而建立了一个形式简单、所需计算参数少而又具有较高精度的索力计算公式.使用该公式可在测试现场快速、方便、准确地识别出不同长细比、抗弯刚度、边界条件拉索的索力.     

纳米板振动特性的两类尺度效应研究

利用非局部应变梯度理论研究了纳米板横向自由振动特性。通过迭代法获得非局部应力的渐近表达式,利用哈密顿变分原理推导了纳米板的振动控制方程。针对四边简支边界条件,运用双重三角级数法给出了板固有频率的表达式,然后研究了非局部参数、材料特征参数、几何尺寸对纳米板自振频率的影响。数值结果表明:非局部效应会弱化纳米板的等效刚度,因而使板的固有频率降低,应变梯度效应则与之相反,两类效应仅在纳米尺度下对自振频率有显著影响;板几何尺寸的改变也会对其振动频率产生重要影响。     

Post-buckling behaviour of slender structures with a bi-linear bending moment-curvature relationship

Certain classes of slender structures of complex cross-section or fabricated from specialised materials can exhibit a bi-linear bending moment-curvature relationship that has a strong influence on their global structural behaviour. This condition may be encountered, for instance, in (a) non-linear elastic or inelastic post-buckling problems if the cross-section stiffness may be well approximated by a bi-linear model; (b) multi-layered structures such as stranded cables, power transmission lines, umbilical cables and flexible pipes where the drop in the bending stiffness is associated with an internal friction mechanism. This paper presents a mathematical formulation and an analytical solution for such slender structures with a bi-linear bending moment versus curvature constitutive behaviour and subjected to axial terminal forces. A set of five first-order non-linear ordinary differential equations are derived from considering geometrical compatibility, equilibrium of forces and moments and constitutive equations, with hinged boundary conditions prescribed at both ends, resulting a complex two-point boundary value problem. The variables are non-dimensionalised and solutions are developed for monotonic and unloading conditions. The results are presented in non-dimensional graphs for a range of critical curvatures and reductions in bending stiffness, and it is shown how these parameters affect the structure's post-buckling behaviour.     

海洋电缆中关键力学问题的研究进展与展望

海洋能源是当今世界各国竞相开发的关键领域. 海洋电缆是连接海洋能源生产系统各设施的能源传输、生产控制的关键装备之一, 被誉为海洋能源开发的“生命线”. 如何设计海洋电缆能够抵抗极端海洋灾害, 同时满足安装、服役中弯曲柔顺性的要求, 实现“刚柔并济”的结构性能, 是海洋能源开发领域亟待解决的核心难题. 本文围绕海洋电缆多构件、多层螺旋缠绕的结构特点, 全面总结了海洋电缆设计、分析及测试领域关键力学问题的研究进展. 首先, 针对海洋电缆结构的理论分析, 阐述了拉伸、扭转和弯曲刚度的基本理论以及拉扭耦合和非线性弯曲行为研究进展. 其次, 介绍了数值仿真方法在海洋电缆工程中的应用, 特别介绍了海洋电缆数值分析专业软件方面的研究成果. 再次, 探讨了海洋电缆多场耦合分析、结构优化设计和疲劳寿命的计算方法. 最后详细介绍了海洋电缆结构的实验测试技术和测试装备. 本文通过对海洋电缆研究方法和研究热点的详细综述, 揭示了该领域的主要研究方法和关键技术难点, 并展望了海洋电缆未来发展的主要技术需求和研究方向. 上述工作对海洋电缆在我国海洋油气能源开发中的高可靠性工程应用提供了基础理论和技术参考.      

Flexural testing of an epoxy oversized strand model under traction

Experimental flexural tests are conducted on an epoxy oversized 1×6 strand; the objectives of these tests are to measure the bending stiffness and the associated strains. Three sets of boundary conditions are applied. The bending stiffness is deduced from the transverse midspan deflection and is found to be dependent on the axial force and the moment distribution. The deduced bending stiffness is compared to values computed from the theoretical bending stiffnesses.     

拱桥悬臂施工过程中面内特征值的传递矩阵法

采用传递矩阵法对拱桥悬臂施工过程中的面内特征值问题进行求解,建立了该类桥型施工过程中面内竖弯刚度的评估方法.首先,将索和拱分别视为无垂度的张紧弦和欧拉伯努利梁,基于传递矩阵法基本理论推导了系统的总传递矩阵,考虑拱和索的边界条件以及索拱节点的位移连续性条件得到系统的特征值方程,进而计算出系统的频率和模态.同时,采用有限元...     

APPLICATION OF THE MODIFIED METHOD OF MULTIPLE SCALES TO THE BENDING PROBLEMS FOR CIRCULAR THIN PLATE AT VERY LARGE DEFLECTION ANDTHE ASYMPTOTICS OF SOLUTIONS (Ⅰ)

In this paper, the modified method of multiple scales is applied to study the bending problems for circular thin plate with large deflection under the hinged and simply supported edge conditions. The series solutions are constructed, the boundary layer effects are analysed and their asymptotics are proved.     

APPLICATION OF THE MODIFIED METHOD OF MULTIPLE SCALES TO THE BENDING PROBLEMS FOR CIRCULAR THIN PLATE AT VERY LARGE DEFLECTION ANDTHE ASYMPTOTICS OF SOLUTIONS (Ⅰ)

I.IntroductionThestudyorbendingproblemsforcircularthinplatewithlargedeflectionhasalonghistoryandalotofresearchhasbeendoned~41.Especially,aftertheappearanceoftheChienWeizangmethodthatusestheratioofthecenterdeflectiontothethicknessofP-l'Llteasperturbationparameter,theapplicationofperturbationmethodstothestudyofthebendingproblemsofplatesandshellsbecomesmoreandmorepopular,owingtothet'actthatonlybyusingregularperturbationmethodonecanfinditssufficientlycorrectsolution.OneweaknessinChienWeizangmet…     

六边形桥墩柔性抗船撞装置抗弯刚度

针对中国自主研发的桥梁柔性抗船撞装置,构建该装置模型:由两个相似的六边形梁为内外钢围以及均布且垂直于六边形各边的防撞圈构成。分析该模型得到在冲击载荷作用下六边形梁的控制方程及相应的初边值条件。利用Laplace变换和数值Laplace逆变换对该方程进行求解,揭示六边形梁在冲击载荷作用下的动态响应。并进一步分析外钢围等效抗弯刚度对抗船撞装置动态响应的影响,发现外刚围结构在冲击载荷作用下存在临界等效抗弯刚度。当外钢围等效抗弯刚度达到该临界值后,该外钢围在冲击载荷作用下可以近似为刚性。     

弹性地基梁理论在锚索抗滑桩计算中的应用

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针对目前锚索抗滑桩的内力计算通常未考虑滑面以上桩身与岩土体的相互作用关系,而将滑面以上桩身按一般静力结构或有限次超静定结构计算的现状。本文根据弹性地基梁理论,考虑锚索与桩的变形协调,将初参数法运用到锚索抗滑桩的计算中,通过选取合理的初参数作为未知量,得到了锚索拉力以及桩身内力的计算过程。并结合皖南地区某处产生滑移弯曲变形的顺层滑坡治理工程进行了分析,与传统方法计算结果相比,本方法所得内力值较大,偏于安全,桩身内力分布规律与传统方法所得结果较吻合。
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Single beam analysis of damaged beams verified using a strain energy based damage measure

Analytical expression of a new damage measure which relates the strain energy, to the damage location and magnitude, is presented in this paper. The strain energy expression is calculated using modes and natural frequencies of damaged beams that are derived based on single beam analysis considering both decrease in mass and stiffness. Decrease in mass and stiffness are a fallout of geometric discontinuity and no assumptions regarding the physical behavior of damage are made. The method is applicable to beams, with notch like non-propagating cracks, with arbitrary boundary conditions. The analytical expressions derived for mode shapes, curvature shapes, natural frequencies and an improved strain energy based damage measure, are verified using experiments. The improvement in the damage measure is that it is not assumed that the bending stiffness of the damaged beam is constant, and, equal to that of undamaged beam when calculating the strain energy of the entire beam. It is also not assumed that the bending stiffness of the element in which the damage is located is constant.