黏滞阻尼器在超高层结构体系中的效率研究

250m以上的超高层结构主要有框架-核心筒、框筒-核心筒和巨型框架-核心筒等三种结构体系.由于超高层结构的高宽比通常较大(5以上),结构的侧向变形往往成为控制因素.随着消能减震技术的不断成熟,黏滞阻尼器越来越多的应用于建筑结构领域.本文分别将黏滞阻尼器均匀布置在上述三种超高层结构体系中,对比其消能减震效果并分析原因,最后建议了黏滞阻尼器在这些结构中的较优布置.     

悬臂薄壁箱梁的负剪力滞

本文从物理上解释了悬臂箱梁的负剪力滞现象,推断出在集中弯矩作用下同样会产生负剪力滞,并且给出了负剪力滞的计算公式。最后通过算例,描述了悬臂箱梁的负剪力滞影响线,正、负剪力滞的突变截面和惰性区。     

箱梁剪滞翘曲位移函数的定义及其应用

提出了箱梁剪力滞效应计算中翘曲位移函数定义的新方法。由竖向弯曲荷载下箱梁截面的剪力流分布规律，定义符合箱梁各翼板剪切变形规律的剪力滞翘曲位移函数，该定义方法与箱梁剪力滞效应的力学定义完全吻合。通过对顶、底板具有不同厚度和内、外顶板具有不同宽度两种情况下的算例筒支粱在跨中集中力作用下的剪力滞效应对比分析，验证了基于剪切变形规律的剪滞翘曲位移函数对于箱梁剪力滞效应分析的精度和适用性。     

单索面斜拉桥活载作用下主梁负剪力滞效应研究

以沈阳某单索面斜拉桥为研究背景,采用有限元理论,通过建立空间有限元模型研究了单索面斜拉桥主梁成桥阶段均布车载及偏载对控制截面最大负弯矩加载情况下截面的受力特性和负剪力滞效应.结果表明:在车辆荷载作用下,主梁各板产生了横向弯曲正应力及剪应力,使截面应力发生了变化;对控制截面最大负弯矩加载时,各控制截面剪力滞系数为0.64~0.983,主梁截面出现负剪力滞效应.偏载作用使得箱梁截面应力分布很不均匀,但其应力量值小于均匀车载作用下的应力水平,偏载工况并不控制箱梁截面设计.     

开洞核芯筒结构动力特性的数值计算与分析

用等效剪力膜代替核芯筒洞口之间的连梁 ,把开洞的核芯筒结构模拟成为一个闭口的薄壁杆 ,利用有限杆元法提出开洞核芯筒结构动力特性分析的数值方法 ,考虑了扭转、翘曲、特别是筒壁中面上的剪应变对动力特征分析的影响 ,和其它数值方法比较显示着本文方法的有效性和可行性     

基于变分原理的高层斜交网格筒结构受力分析

对目前一种新型的建筑结构体系高层斜交网格筒结构,采用刚度等效的原则构建出了结构等效模型。为了得出能够全面描述结构特性的位移场和内力连续函数,采用能量变分原理对等效化连续模型进行了理论推导并求出了闭合解。与有限元方法计算结果对比,二者结果吻合较好。通过进一步分析推导出的连续函数,得出了高层斜交网格筒结构的内力和变形分布特性。研究结果表明:本文提出的方法理论严密,计算方便;结构的整体变形以弯曲型为主;结构的最优内力和刚度需选取合适斜柱夹角来实现;斜交网格筒体底部和上部剪力滞后效应不容忽视。本文方法可为该领域进一步的理论研究提供参考。     

THE SHEAR LAG EFFECT OF BOX BEAMS WITH VARYING LATERAL LOADING LOCATIONS 1)

对箱梁各翼板(顶板、悬臂板、底板)分设不同剪力滞广义纵向位移,其横向分布均取二次抛物线形式,并引入载荷横向位置参数η,以分析载荷横向变位对剪力滞效应的影响.运用能量变分原理,建立剪力滞控制微分方程,求解了简支梁和悬臂梁在均布载荷作用下的控制微分方程的解.算例分析表明:载荷横向变位改变直接承受载荷的翼板的正负剪力滞特性,对非直接承载翼板只改变其应力幅度;箱梁横向框架效应对直接承载翼板纵向应力的贡献远远大于剪切变形.与块体有限元分析结果较吻合,表明该算法能较准确分析载荷横向变位作用下箱梁剪力滞的变化规律.     

ANALYSIS OF SHEAR LAG EFFECT OF TWIN-CELL BOX GIRDERS

针对单箱双室箱梁，考虑各翼板间剪力滞翘曲的差异，并结合全截面轴力自平衡条件，定义了箱梁各翼板的剪滞翘曲位移函数. 利用最小势能原理，建立了双室箱梁考虑剪力滞效应的控制微分方程. 对一典型的单箱双室简支箱梁，利用空间板壳数值方法和本文解析解方法，研究了满跨均布载荷和跨中集中力作用下截面的剪力滞分布规律. 结果表明，本文提出的剪力滞翘曲位移模式能够反映双室箱梁各翼板间剪力滞翘曲的差异，本文解析解与有限元数值解吻合良好. 双室箱梁中腹板部位顶、底板处的剪力滞效应与边腹板部位有一定差异，对算例结构，中腹板部位的顶、底板应力小于边腹板部位的应力.     

单箱三室箱梁剪力滞效应的试验研究

为开展单箱三室箱梁剪力滞效应的试验研究,制作了有机玻璃简支箱梁模型,对试验模型进行了分级加载。对该试验箱梁进行集中加载,分别作用于跨中截面四腹板上方、两对称边腹板上方和两对称中腹板上方。采用DH3816应变采集仪测得跨中及四分之一跨截面各关键点应变值,用百分表测得箱梁各关键截面挠度值。测量得到的截面应力分布规律验证了箱梁截面剪力滞效应的存在。对该有机玻璃简支箱梁,利用有限元方法和模型试验方法,研究了3种集中力工况下截面的剪力滞分布规律。结果表明,集中力作用下单箱三室箱梁各翼板间存在明显的剪力滞效应,且荷载的横向作用位置对箱梁截面剪力滞效应影响较大。     

基于集成化响应面法的薄壁箱梁结构随机剪力滞分析

传统薄壁箱梁结构剪力滞分析方法由于忽略了结构参数的不确定性而不能满足实际工程设计需要。本文将响应面法(RSM)、有限元法(FEM)和蒙特卡罗法(MCS)各自的优点相结合,提出一种新的结构随机剪力滞分析方法-集成化响应面法,并将其成功地应用到一简支梁结构的随机剪力滞分析中,得出了一些有益的结论。     

最小二乘子域配点法求解高层简体结构的内力和位移

本文针对高层筒体结构在静力荷载作用下的内力和位移分析提出了最小二乘子域配点解法。把框筒分成若干个子域,每个子域折算为连续体,分析其受力性能并进行整体分析以建立数学模式,然后对其控制方程、子域交界条件等配点得到一组配点方程而易于求解。文中建议了满足位移边界条件的位移试函数,给出了框简结构算例,同时也给出了筒申简结构的处理办法。本文方法来知量甚少,全部计算可在微机甚至袖珍机上进行。     

Exact dynamic solutions to piezoelectric smart beams including peel stresses Part II: Numerical results,comparison and approximate solution

This work presents numerical results for the exact dynamic solution of piezoelectric (PZT) smart beams including peel stresses, which was developed in Part I. Numerical results are presented in details for frequency spectra, natural frequencies, normal mode shapes, harmonic responses of the shear and peel stresses, and sensing electric charges for a cantilever beam with a bonded PZT patch to the clamped end. The exact dynamic solution can provide useful data for benchmarking other methods. The numerical results of the present model including peel stresses (PSM) are also compared with those obtained using the shear lag beam model and the shear lag rod model. On the basis of the equivalent forces derived in the static analysis, simple approximate dynamic solutions are obtained and compared with the exact solutions, and then the application and limitation of the simple approximate solutions are investigated. By comparing numerical results predicted by the present PSM model with the shear lag models and the approximate solutions based on the static equivalent forces, effects of the dynamic shear and peel stresses on natural frequencies and dynamic responses of the smart structures are examined.     

箱形梁剪力滞效应分析中的翘曲位移函数及广义内力研究

以薄壁箱梁的弯曲计算理论为基础,从分析翼缘板的面内剪切变形和弯曲剪力流的分布规律入手,从理论上证明二次抛物线是箱形梁剪力滞效应分析中的合理翘曲位移函数。选取剪力滞效应引起的附加挠度作为广义位移,用基于最小势能原理的能量变分法建立箱形梁剪力滞效应分析的控制微分方程和边界条件。对箱梁横截面上新出现的广义内力给出严密定义,并建立了剪力滞翘曲应力的简便计算公式,它与初等梁弯曲应力公式具有相同的形式。对一个简支箱梁模型的计算表明,计算值与实测值吻合良好,从而证实了本文的分析方法和建立的公式是正确的。不同于弯矩的分布,剪力滞广义力矩具有快速衰减的分布特征。对集中荷载作用下的简支箱梁算例,剪力滞效应使其跨中挠度增大达12%,工程实践中必须认真对待。     

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提出了一种采用有限元法计算钢管混凝土受剪时等效剪切模量的方法，并对该方法 的正确性进行了验证；在分析了各种因素对等效剪切模量影响的基础上，给出了圆形和方形 钢管混凝土受剪时等效剪切模量的简化计算公式；与其他得到钢管混凝土剪切模量的方法进 行比较，分析了结果不同的原因，表明对钢管混凝土采用有限元计算研究其等效剪切模量的 方法更为合理.     

槽型宽翼受压构件剪力滞分析的传递矩阵法

利用能量变分法，建立了槽型宽翼受压构件考虑剪力滞效应时的平衡控制微分方程，给 出了该方程在轴向均布载荷作用下的初参数解，导出了求解槽型宽翼受压构件内力、应力和 位移的场矩阵和点矩阵，提出一种研究槽型宽翼受压构件剪滞效应的传递矩阵法. 数值算例 表明，该方法计算便捷、精度好、具有较高的工程应用价值.     

单箱双室组合箱形梁桥静力学特性的研究

为了准确分析单箱双室波纹钢腹板组合箱梁的竖向弯曲力学性能,考虑了组合箱梁的剪力滞、剪切变形、腹板褶皱效应以及剪滞翘曲应力自平衡等因素,设置了3个剪滞纵向翘曲位移差函数,进而基于能量变分法建立了组合箱梁的弹性控制微分方程和自然边界条件。研究表明,褶皱效应对组合箱梁力学性能具有一定影响,且集中荷载下组合箱梁的褶皱效应更为突出;简支边界条件下,组合箱梁剪力滞效应明显,特别是集中荷载组合箱梁的剪力滞效应趋强;本文方法具有一定的理论和工程实用价值,且对该类结构设计具有重要的指导作用。     

矩形箱梁力学性能分析的修正计算方法

本文对矩形箱梁翼板设置了不同的剪滞翘曲位移差函数，继而综合考虑剪力滞效应、剪切变形以及剪滞翘曲应力和弯矩自平衡条件等因素，且以能量变分原理为基础建立了矩形箱梁的弹性控制微分方程和自然边界条件，基于此修正了现行薄壁结构分析方法。与传统剪滞理论相比，本文方法深刻反映了矩形箱梁的力学特性。研究表明，(1)由于剪滞翘曲应力和弯矩自平衡条件的引入，矩形箱梁力学性能分解为独立的初等梁理论和剪滞理论体系，且箱梁力学性能为两者的叠加效应；(2)矩形箱梁断面尺寸确定，剪滞效应对其正应力的影响值不变，即剪滞效应的竖向力学行为与箱梁跨径无关；(3)尽管矩形箱梁的梁高对箱形梁剪滞翘曲应力和初等梁理论的应力值皆有一定影响，但其剪力滞系数不变，因此剪力滞效应与梁高无关；(4)剪力滞效应不仅影响箱梁翼板力学性能，而且对其腹板力学行为的影响不可忽视。因而，与传统剪滞理论相比，本文修正法不仅计算精度明显提高，而且更能真实反映矩形箱梁的力学性能。     

加性非平稳激励下结构速度响应的FPK方程降维

结构在随机激励下的非线性响应分析是具有高度挑战性的困难问题. 对于白噪声或过滤白噪声激励,求解FPK方程将获得结构响应 的精确解. 遗憾的是,对于非线性多自由度系统,FPK方程难以直接求解. 事实上,其数值解法严重受限于方程维度,而解析求解 则仅适用于少数特定的系统,且多是稳态解. 因此,将FPK方程进行降维,是求解高维随机动力响应分析问题的重要途径. 本文针 对幅值调制的加性白噪声激励下多自由度非线性结构的非平稳随机响应分析问题,将联合概率密度函数满足的高维FPK方程进行降 维. 针对结构速度响应概率密度函数求解,通过引入等价漂移系数,原FPK方程可转化为一维FPK型方程. 建议了构造等价漂移系数 的条件均值函数方法. 进而,采用路径积分方法求解降维FPK型方程,得到速度概率密度函数的数值解答. 结合单自由度Rayleigh 振子、十层线性剪切型框架和非线性剪切型框架结构在幅值调制的加性白噪声激励下的非平稳速度响应求解,讨论了本文方法的精 度和效率,验证了其有效性.      

A continuum based modelling approach for adhesively bonded piezo-transducers for EMI technique

In the electro-mechanical impedance (EMI) technique, which is based on induced strain actuation through piezoelectric ceramic (PZT) patch, the knowledge of shear stress distribution in the adhesive bond layer between the patch and the host structure is very pertinent for reliable health monitoring of structures. The analytical derivation of continuum based shear lag model covered in this paper aims to provide an improved and more accurate model for shear force interaction between the host structure and the PZT patch (assumed square for simplicity) through the adhesive bond layer, taking care of all the piezo, structural and adhesive effects rigorously and simultaneously. Further, it eliminates the hassle of determining the equivalent impedance of the structure and the actuator separately, as required in the previous models, which was approximate in nature. The results are compared with the previous models to highlight the higher accuracy of the new approach. Based on the new model, a continuum based interaction term has been derived for quantification of the shear lag and inertia effects.