基于影响矩阵的桁架结构预应力损失识别方法

为计算出每束预应力钢束实时的预应力损失,依据预应力桁架结构观测变形,基于位移影响矩阵原理提出一种预应力损失识别方法. 通过有限元分析,建立预应力损失值与桁架结构观测点位移值之间的关系方程,并依据极小值优化原理,获得预应力损失值. 研究表明:当单位预应力损失取30%～50%时,得到的位移影响矩阵计算预应力损失时误差最小,约为1%～2%;三角形桁架1/4跨度和3/4跨度处位移观测点对预应力损失的敏感性最高. 最后,以黔渝线上某高铁站房的大跨钢筋预应力桁架结构为例,验证了该方法的正确性.      

平面桁架的几何非线性有限元分析

平面杆系结构的几何非线性分析方法有多种.以平面桁架为例,从杆的平衡方程出发,直接利用变分方法导出杆单元在大转动、小应变条件下的考虑几何非线性的单元切线刚度矩阵,依照此原理编制了相应的有限元程序.算例表明,推导结果是正确的,该程序可用于平面桁架的几何非线性分析.     

割线法在空间桁架几何非线性分析中的应用

主要说明割线法在刚度矩阵上的应用。目前国内外有关几何非线性刚度矩阵方面的分析,皆为线性刚度矩阵加上几何刚度矩阵。虽然有关学者已提出许多简易合理的几何刚度矩阵的公式,但它们只适用于桁架、刚架、梁等,若遇到板、壳等较复杂的结构,其几何刚度矩阵将会是个令人困难的地方,因此提出利用割线法的概念,只使用线性刚度矩阵来分析结构的几何非线性行为,从而避免求几何刚度矩阵。虽仅探讨桁架结构,但此成果可供往后续梁柱及板壳等相关研究的参考。     

刘家峡桁架梁悬索桥的颤抖振时域分析

以刘家峡大桥为工程背景,建立了钢桁架梁悬索桥的有限元模型,采用改进谐波合成法模拟了脉动风荷载,结合大跨桥梁颤抖振分析的基本理论,计算了对应于桥梁各节点的静风力、抖振力和自激力.在此基础上,利用ANSYS参数化设计语言（APDL）编制了相应的计算程序,将计算所得的各类风荷载施加在全桥有限元模型的节点上,对刘家峡桁架梁悬索桥进行了颤抖振时域分析,以精确求解不同桥面基准风速下,桥梁各关键部位的抖振扭转角、抖振侧向位移、抖振竖向位移,进而研究了风速变化对悬索桥最大颤抖振响应的影响.与全桥模型风洞试验的对比结果表明：对大跨桥的颤抖振分析方法是合理可行的,可为同类大跨桥梁风致振动的研究提供科学的依据和参考.     

Maple程序在有限元分析中的应用

利用大型仿真软件Maple编程和矩阵计算的优点,使用一种全新的方法进行有限元分析,编写杆系结构有限元一般通用程序。结合单跨简支桁架实例,利用编写的Maple有限元程序,求得各节点的位移、杆件轴力,并绘出结构变形前后的图形,从而证明利用编写的Maple有限元程序进行工程实际分析是正确、可行的。     

钢桁梁梁端横向伸缩对轨道几何形位的影响

为研究钢桁梁梁端横向伸缩对有砟轨道几何形位的影响规律,运用有限单元法,建立线-桥横向分析的计算模型,对在日温差作用下钢桁梁梁端相对路基伸缩时有砟轨道几何形位的变化及其影响因素进行分析。结果表明,钢桁梁相对路基发生横向伸缩后会使有砟轨道线路产生较大的横向位移和方向变化率,但对轨距影响不明显;梁端伸缩时,道床、扣件横向阻力对轨道横向位移的影响很小,且其增大到正常值之后,轨道方向变化率受其影响也很小;钢桁梁横向固定支座和线路中线间的距离是影响轨道几何形位变化的主要因素,当其控制在6.7 m以内时,轨道的最大横向位移小于2 mm,方向不平顺变化率小于1‰。     

分离式基础柔性防撞装置结构分析方法比选

采用杆系单元、实体单元对宜昌夷陵长江大桥防撞装置结构进行有限元分析,并与m法计算的水平位移及作用效应进行对比。结果表明,杆系单元的计算结果与实体单元的计算结果相差很小,并且建模过程简单快捷;m法的计算结果与有限元的相差较大,且计算过程繁琐;研究结果可为类似柔性防撞结构分析以及设计提供参考。     

Parallel Distributed Implementation of Truss Optimization on a Local Area Network

A two-level optimization method for the design of complex truss and parallel distributed implementation on a LAN is presented using parallel virtual machine (PVM) for Win 32 as message passing between PCs. The volumes of truss are minimized by decomposing the original optimization problem into a number of bar optimization problems executed concurrently and a coordinate optimization problem, subject to constraints on nodal displacements, and stresses, buckling and crippling of bars, etc. The system sensitivity analysis that derives the partial derivatives of displacements and stresses with respect to areas are also performed in parallel so as to shorten the analysis time. The convergence and the speedup performances as well as parallel computing efficiency of the method are investigated by the optimization examples of a 52-bar planar truss and a 3 126-bar three-diraensional truss. The results show that the ideal speedup is obtained in the cases of 2 PCs for the 3 126-bar space truss optimization, while no speedup is observed for the 52-bar truss. It is concluded that (1) the parallel distributed algorithm proposed is efficient on the PC-based LAN for the coarsegrained large optimization problem; (2) to get a high speedup, the problem granularity should match with the network granularity;and (3) the larger the problem size is, the higher the parallel efficiency is.     

桁架结构拓扑优化的微粒群算法

为了解决有应力和位移约束的桁架结构的拓扑优化问题,将微粒群算法用于桁架结构拓扑优化.用罚函数法将应力和位移约束下的结构优化问题转化为无约束优化问题,用微粒群算法迭代计算.为了证明此方法的可行性,给出了2个具有应力和位移约束的桁架结构拓扑优化的算例.计算结果表明,微粒群算法与现有算法获得的桁架结构拓扑优化结果一致.     

风和随机车流下悬索桥伸缩缝纵向变形

为动态仿真与评估运营阶段风和随机车流联合作用下大跨钢桁悬索桥伸缩缝纵向变形, 建立了风-随机车流-钢桁悬索桥分析系统; 基于已有单主梁风-车-桥耦合振动分析系统, 引入弹簧单元模拟伸缩缝, 并从车-桥耦合关系和钢桁梁横断面风荷载精细化加载2个方面将分析系统从单主梁提升为梁格法; 基于监测数据仿真重现了交通流荷载, 采用建立的分析系统计算了一座典型大跨钢桁悬索桥伸缩缝在随机车流作用下的动态位移时程响应, 获取并验证了累计位移与交通流质量的相关关系; 以滑动支承耐磨材料厚度为评估指标确定了伸缩缝累计位移临界值, 评估了伸缩缝的正常工作寿命; 在不同风速和随机车流作用下对伸缩缝纵向变形性能进行了参数敏感性分析。分析结果表明: 伸缩缝在随机车流作用下的时位移极值远小于设计允许伸缩范围-880~880 mm; 伸缩缝累计位移与其对应时段内的交通流荷载具有正相关性; 在风与随机车流联合作用下, 风速小于15 m·s-1时, 影响伸缩缝纵向变形的主要荷载因素为随机车流, 风速大于15 m·s-1时, 主要荷载因素为风荷载; 伸缩缝时位移极值与时累计位移随风速的增大均呈增大趋势; 当风速增大至20 m·s-1时, 风荷载产生的伸缩缝纵向变形近似为车流荷载下的2倍; 建立的风-随机车流-钢桁悬索桥分析系统可为运营荷载下伸缩缝纵向变形的动态仿真与性能评估提供数值分析平台。      

钢管混凝土拱结构计算的矩阵位移法

视钢管混凝土为复合材料 ,建立了钢管混凝土拱结构计算的矩阵位移法。在对横截面作空间有限元子结构分析的基础上 ,利用平截面假定 ,将空间子单元转换为杆单元 ,从而导出了杆元的刚度矩阵。如进一步深入 ,可应用到钢管混凝土拱的非线性分析中。     

基于直接刚度法的三段刚度压杆非线性分析

为分析考虑二阶效应的分段刚度压杆内力及位移,根据位移控制方程,建立了变刚度压杆位移和转角方程;根据杆端位移边界条件和变刚度截面处连续条件,得到了位移系数;根据压杆内力方程,建立了以矩阵形式表达的刚度平衡方程,变换得到了变刚度压杆刚度矩阵模型. 将本模型用于分段刚度压杆分岔失稳临界荷载计算,并与解析解、插值形函数单元模型结果进行对比与分析,验证了模型的精度和效率. 结果表明:采用插值形函数法计算压杆临界荷载时,若只划分一个单元,其计算结果与理论解的相对误差最高可达43.24%,随着划分单元数量增加,相对误差降为0.023%;采用基于直接刚度法得到的变刚度压杆单元刚度矩阵计算压杆临界荷载时,只需划分一个单元,即可保证计算结果与理论解一致,该矩阵可用于压杆的非线性分析中,得到压杆内力及位移的精确解.      

GEOMETRICALLY NONLINEAR FE FORMULATIONS FOR THE MACRO-ELEMENT UNIPLET OF FOLDABLE STRUCTURES

Introduction　　 Pantographic foldable structure works on theprinciple of a pantograph[1,2 ] . A structure of thistype may be referred to as“pantograph structure”,or simply“p- structure”. The basic unit for the p-structure is a componentso- called duplet[3 ] ,orpan-tograph unit[4] ,Scissor- Like Element ( SLE) [5] ,asshown in Fig.1 .A pantograph unitconsists of twocoplanar straightbars called uniplet,which are ca-pable of rotating about the intermediate pivot,re-ferred to as a scissor h…     

大跨度钢桁斜拉桥上无缝线路制动力的计算

为探讨大跨度钢桁斜拉桥上无缝线路制动力的传力机制,基于有限元法和梁轨相互作用理论,建立了反映斜拉索、主塔、半漂浮体系等桥梁特征的梁轨纵向相互作用平面模型,分析了斜拉索刚度、主塔刚度以及半漂浮体系中粘滞阻尼器对制动力的影响,并提出了制动力的简化算法.研究结果表明:制动力满足斜拉桥上铺设无缝线路的要求,且其分布规律与普通桥上相同;粘滞阻尼器对制动荷载下斜拉桥上无缝线路梁轨相互作用的改善较明显,有效降低了梁轨相对位移,减小了制动力;与主塔刚度相比,斜拉索刚度对桥上无缝线路制动力的影响较大,因此,设计桥上无缝线路时,可只考虑斜拉索刚度的影响.     

钢腹杆-混凝土新型组合箱拱桥试设计

介绍了大跨度混凝土拱桥的发展现状,提出了用钢腹杆代替混凝土箱拱截面中的混凝土腹板,形成钢腹杆混凝土新型组合箱拱桥的构思.介绍了钢桁腹杆混凝土组合结构在梁桥中的应用情况.以主跨160 m的福建宁德岭兜混凝土拱桥为结构原型,进行了钢腹杆混凝土组合拱桥的试设计,并采用有限元方法进行了结构计算分析.结果表明,试设计桥梁满足设计要求且较混凝土拱桥减小拱圈自重约32%.初步研究表明,钢腹杆混凝土组合箱拱通过减轻自重,减小了拱圈内力,有利于悬臂施工,可提高抗震性能,是一种具有应用前景的新型组合拱结构.     

桁架结构分析的广义逆矩阵力法

本文从广义逆矩阵理论出发,利用变形协调条件,用 Moore-Penrose 广义逆直接解桁架结构的平衡方程组,而不象经典力法那样先选择基本结构再求解内力。广义逆矩阵力法使静定桁架和超静定桁架的力法计算全部概括统一起来。文中给出计算公式并附算例。     

大跨度桁架式钢管混凝土拱桥简化计算模式研究

提出了桁架式钢管混凝土拱桥分析计算的一种简化计算模式——整体计算模式,推导出了腹杆系剪切变形对桁架抗弯刚度折减系数的计算公式,分析了一实际桁架式钢管混凝土拱桥在施工过程中的结构动态过程反应,并与传统计算模式——桁架计算模式的计算结果进行了对比分析,验证了该方法的适用性和可靠性．     

桁式石拱桥病害分析及其加固改造

钢筋砼及预应力砼桁式拱桥在国内建造较多,而桁式石拱桥很少见.文中分析桁式石拱桥-天池大桥振感明显的内在原因,根据拱桥一阶自振频率近似计算公式,采取加设三条钢筋砼拱肋加固改造方案,通过调整桥面系加载顺序确保新旧拱圈之间有良好结合,并将原设计标准由汽-10提高到汽-20,应用Nastran程序对加固前后进行静、动力分析.结果表明,加固后该桥的自振频率显著提高,满足承载力要求,达到了加固改造的目的,文中最后给出了施工要点.     

桁式石拱桥病害分析及其加固改造

钢筋砼及预应力砼桁式拱桥在国内建造较多,而桁式石拱桥很少见.文中分析桁式石拱桥-天池大桥振感明显的内在原因,根据拱桥一阶自振频率近似计算公式,采取加设三条钢筋砼拱肋加固改造方案,通过调整桥面系加载顺序确保新旧拱圈之间有良好结合,并将原设计标准由汽-10提高到汽-20,应用Nastran程序对加固前后进行静、动力分析.结果表明,加固后该桥的自振频率显著提高,满足承载力要求,达到了加固改造的目的,文中最后给出了施工要点.     

跨度48 m半穿式钢桁梁横向刚度加固研究

理论分析了京沪线某既有一孔半穿式钢桁梁桥提速后横向振幅超限的原因,提出采用增大主桁下弦截面和加大下平纵联斜撑杆件截面积的方法进行加固,实践证明该加固设计方案对提高半穿式钢桁梁桥横向刚度具有施工简便、经济、加固效果良好的特点.