瞬时荷载作用下薄壁箱梁剪力滞效应研究

为弥补动荷载作用下薄壁箱梁剪力滞效应研究的不足,依据薄壁箱梁自由振动齐次振动微分方程,结合基于最小势能原理的箱梁截面竖向位移控制微分方程及边界条件,提出薄壁箱梁无阻尼自由振动的弯矩解析解,从而建立了瞬时动荷载作用下考虑剪力滞效应的箱梁截面正应力解析表达式,并对比了宽跨比对薄壁箱梁的剪力滞效应的影响.数值算例结果表明,按本方法计算的翼缘板应力值与有限元计算结果吻合良好.     

不同理论在分析箱形梁畸变效应时的差异

为了更准确地分析箱形梁在偏心荷载作用下的畸变效应,对比了板元分析法、能量分析法两种不同理论在分析箱形梁框架畸变变形、畸变翘曲变形时的内在联系与差异,推导出了计算箱形梁畸变内力的控制微分方程.采用数值算例对两种不同理论及ANSYS有限元法的计算结果进行分析.结果表明:两种不同畸变理论计算得到的畸变几何特性参数λ_P、λ_E相等,且对于直腹板箱梁,两种理论具有统一性.畸变翘曲正应力随顶、底板长度之比b_t/b_d的增大而逐渐减小,采用有限元法计算时降低幅度最大,采用板元分析法计算时降低幅度最小.当b_t/b_d1.4时,采用板元分析法计算所得的畸变翘曲正应力与ANSYS有限元法计算所得结果更为接近;而当b_t/b_d1.8时,采用能量分析法计算所得的畸变翘曲正应力更为准确.     

连续箱梁动力特性的理论分析研究

以能量原理为基础,在综合考虑了剪力滞后效应、剪切变形和转动惯量等因素影响的情况下,根据弯曲变形时竖向和轴向的位移关系,从理论上推导出了等截面薄壁连续箱形梁的弯曲振动方程和自然边界条件,并应用分离变量法求出了箱形连续梁固有频率方程的一般形式．作为算例,应用所推导出的动力特征方程并结合MATLAB软件对一连续的两跨、三跨及四跨薄壁箱形梁的多阶固有频率进行了计算,通过与一般梁理论和有限单元法计算结果的比较分析,证明了本文方法的有效性和正确性．     

复合材料箱梁非线性分析的本构方程研究

在考虑几何非线性的前提下,计入各种耦合效应,利用复合材料层合板理论对薄壁层合箱梁的约束扭转进行了分析,给出了杆端内力的计算公式,并指出能量方法在解此类复杂问题时不易解出其精确解.     

波形钢腹板组合箱梁自振特性与试验研究

为了精确计算波形钢腹板组合箱梁的振动频率,根据能量变分原理,推导了振动频率公式,得到了考虑剪切变形及剪力滞效应的各阶自振频率的解析解。对一试验波形钢腹板组合箱梁进行了动力测试,得到了实际自振频率,并与简单梁理论、本文理论公式与三维有限元模型的计算频率进行对比。结果表明:剪力滞效应及剪切变形对波形钢腹板组合箱梁的振动频率影响较大,考虑剪力滞及剪切变形影响后的波形钢腹板组合箱梁的振动频率有所降低,且降低程度随着计算频率阶次的增加而迅速增加,因而在波形钢腹板组合箱梁振动频率的计算中须计其影响。     

剪力滞效应对简支箱梁自振特性的影响研究

根据哈密顿原理，考虑箱形梁剪力滞后效应的影响，推导出了箱形截面梁的弯曲振动方和及其自然边界条件，作为特例，利用MATLAB软件对一简支箱梁的固有频率方和进行了求解，并根据算例所得出的数值结果，对剪力滞后效应对箱形梁结构自振特性的影响进行了讨论，得出了一些结论。     

金属杆中纵振动固有频率的研究

通过模态分析和实验测量,依据瑞利近似理论研究了横向振动对两端自由的金属杆中纵波固有频率的影响,重点研究了直径对固有频率的影响.结果表明,横向振动使得振动系统的惯性增加,从而导致了固有频率的降低.理论和实验结果都表明,同样长度的杆,截面增大时固有频率降低.     

多约束燃料棒自由振动特性

为开发用于核燃料设计的流致振动计算程序，基于梁理论和势流理论，建立了多约束燃料棒振动问题理论分析方法. 首先通过多跨连续梁理论，得到了多约束燃料棒在空气中振动控制方程和干模态下总体刚度矩阵和质量矩阵；然后通过势流理论，考虑了流体轴流和边界条件的影响，给出了湿模态下附加质量矩阵；最后以压水堆燃料棒为例，得到了燃料棒在干模态和湿模态下自由振动固有频率和振型的理论分析结果，并研究了弹簧刚度和附加质量系数对振动固有频率的影响. 研究结果表明:通过理论分析方法所得计算结果与有限元软件ANSYS计算结果相一致；燃料棒在堆芯中结构为棒束形式，且周围为高速流动流体，振动频率及振型受到流体轴流和周边相邻燃料棒的边界效应影响，但由于多约束作用，流体轴流和边界效应仅影响了振动固有频率，而对振型基本没有影响；拉压和扭转弹簧刚度越大，燃料棒振动频率越高，增加扭转弹簧刚度可使第1阶固有频率增加79.1%，附加质量系数越高，燃料棒振动频率越低，可使第1阶固有频率降低18.2%，通过优化刚度方法可得到理想的振动特性，为格架设计提供参考.      

矩形截面单箱双室箱梁的畸变效应分析

为准确研究单箱双室箱梁在偏心竖向荷载作用下的畸变效应，引入双室箱梁反对称和正对称畸变的概念，补充矩形截面单箱双室箱梁畸变研究的假定. 采用不同定义的畸变角分别描述箱梁的反、正对称畸变，用板元分析法和能量变分法分析单箱双室箱梁的畸变；采用2个参数分别描述顶板、底板和腹板上的畸变正应力分布，以适应双室箱梁正对称畸变；考虑正对称畸变对双室箱梁畸变效应的影响，比较对应单室和双室箱梁的畸变效应，研究中腹板厚度改变时双室箱梁畸变角沿梁长的变化. 研究结果表明:考虑了正对称畸变影响的单箱双室箱梁畸变正应力的解析解和有限元数值解更吻合，误差不超过8.71%；正对称畸变正应力较小，最大只占反对称畸变正应力的28.08%；箱梁中腹板能有效减弱偏心竖向荷载作用引起的箱梁畸变，可使角点处的畸变正应力降低到对应单室箱梁的49.09%；采用2个参数描述箱梁正对称畸变时各板件上畸变正应力的分布比传统方法的更合理；改变中腹板厚度可使单箱双室箱梁畸变发生明显的变化，厚度增大时畸变逐渐减小.      

薄壁箱梁挠度的一种简化分析方法

为寻求考虑剪切变形影响的薄壁箱梁挠度计算简化方法,以单位力法为基础分析薄壁箱梁的挠曲变形. 首先,通过对薄壁箱梁挠曲剪应力分布模式的分析获取组成箱梁各壁板的剪切影响系数表达式,基于该剪切影响系数,利用Timoshenko梁理论导出简单箱梁挠度的解析表达式;其次,利用卡式第二定律推导出箱梁的梁段单元分析模型,编制了求解变截面箱梁等复杂结构的电算程序;最后,对等截面及变截面箱梁的算例模型进行了分析. 数值算例结果表明:程序计算的挠度与实测值及ANSYS空间有限元结果误差在3%以内;针对数值算例,剪切变形使箱梁挠度增大20%以上;随着宽高比的增大,翼板剪切产生的附加挠度会增大,而腹板情况与之相反.      

折板理论在箱梁动力分析中的应用

本文应用折板理论对箱梁的固有振动进行了探讨，推导出箱梁自由振动运动方程及确定箱梁固有频率的特征方程，经算例验证，结果表明，折板法计算简便，结果可靠，有相当高的精度。     

高架轨道箱梁结构振动试验模型设计与校验

基于π定理和量纲分析法,推导了某32 m高架轨道箱梁结构缩尺模型与原型物理量之间的相似关系,并通过建立动力仿真模型进行计算,验证了相似关系的准确性;以该相似关系指导设计,并通过合理选材,制作了几何相似比为10∶1的轨道箱梁结构缩尺试验模型;通过激振试验获取了缩尺试验模型的模态频率、振型和加速度响应,并与有限元仿真结果对比,验证了缩尺试验模型的有效性;在此基础上利用该缩尺试验模型研究了轨道箱梁结构的振动传递特性。研究结果表明:高架轨道箱梁缩尺模型与原型结构前10阶模态频率误差均小于1%,且由缩尺模型计算结果反演的加速度响应曲线与原型结果趋势一致,模型与原型之间相似关系推导正确;缩尺试验模型实测模态频率与有限元仿真结果的误差均在8.8%以内,各阶模态振型吻合,且实测加速度响应随时间变化趋势与有限元仿真结果一致,制作的高架轨道箱梁结构缩尺试验模型有效;当振动在轨道结构中传递时,扣件和橡胶层对1 000 Hz以上的高频振动具有明显的衰减作用;当振动由箱梁顶板向底板传递时,顶板加速度导纳最大,翼板次之,其次是腹板,底板加速度导纳最小;设计制作的高架轨道箱梁结构缩尺试验模型能够反映原型振动响应的一般传递规律,可用于轨道箱梁结构振动传递特性与控制关键技术研究。      

腹板开孔对轨道交通箱梁振动噪声的影响

实测了城市轨道交通简支箱梁各板件的振动与近场噪声, 结合板件声辐射理论研究了箱梁结构振动辐射噪声和箱梁振动的关系; 基于箱梁结构噪声易产生绕射的低频特性, 计算了矩形混凝土板件在不同开孔工况下辐射的结构噪声变化情况; 在考虑箱梁腹板开孔的基础上建立了车辆-轨道-箱梁耦合有限元模型和箱梁振动-结构噪声有限元-无限元模型, 分析了箱梁腹板开孔前后各板件的振动和结构辐射噪声变化情况。研究结果表明: 箱梁板件声辐射效率随频率的增加并不呈现线性关系, 箱梁各板件近场低频(低于250 Hz) 辐射噪声与结构振动加速度级也并非简单的线性关系, 箱梁辐射噪声由箱梁振动和箱梁各板件声辐射效率共同决定; 对于两端简支的开孔板件, 在开孔率基本一致(0.4%左右) 的情况下, 开孔直径越小, 板件振动辐射噪声声压级越小; 采用有限元-无限元方法模拟箱梁近场低频结构噪声, 既能解决单独采用有限元法时声场边界反射的影响, 也避免了采用有限元-边界元方法时多软件交叉使用的不便; 腹板开孔虽然增加了箱梁板件在某些频率(100~125 Hz) 处的振动响应, 但由于箱梁内、外部声场连通, 使得声短路效应增加, 降低了板件的声辐射效率和相应频段的噪声; 腹板开孔后在1~250 Hz频段内顶板、底板和腹板附近的总声压级分别降低了9.43、2.74和1.63 dB, 从而使箱梁结构噪声得到了控制。      

等截面薄壁梯形箱梁剪力滞效应分析

假定箱梁的纵向位移沿横截面满足余弦函数分布,考虑荷载沿横向的作用位置的影响,采用广义变分原理推导出了等截面梯形箱梁发生对称挠曲时的剪力滞效应表达式,并与三次抛物线法的计算结果进行对比,证明了计算假定的合理性.     

等截面薄壁梯形箱梁剪力滞效应分析

假定箱梁的纵向位移沿横截面满足余弦函数分布,考虑荷载沿横向的作用位置的影响,采用广义变分原理推导出了等截面梯形箱梁发生对称挠曲时的剪力滞效应表达式,并与三次抛物线法的计算结果进行对比,证明了计算假定的合理性.     

变高度薄壁箱梁剪力滞的几何非线性分析

根据势能变分原理,考虑薄壁箱梁翼缘的剪力滞效应和结构竖向挠度的几何非线性,导出了变高度薄壁箱梁的非线性控制微分方程,并采用样条最小二乘配点法进行求解.将计算值与试验结果进行了比较,两者吻合较好.研究表明,对于三跨变高度薄壁连续箱梁,在均布荷载作用下,内支座截面的应力分布不均匀程度较中跨跨中截面大;荷载越大,非线性效应越显著.     

考虑横坡的多箱室箱梁梁格法应用研究

为了研究多箱室箱梁基于梁格法计算的影响因素,考虑了横坡构造对多箱室箱梁的受力特性进行了分析.对梁格法理论的应用进行拓展,推导了适用于具有横坡构造的多箱室箱梁梁格截面特性值计算公式,并讨论考虑横坡的合理性;采用数值模拟的方法进行参数分析,通过改变加载位置、箱梁宽跨比、横坡大小等参数,对研究对象的受力特性进行了对比分析.研究结果表明:考虑横坡时,梁格截面刚度特征值更加接近实际,减小了12.12%的误差;具有横坡构造的多箱室箱梁的梁格模型与实体有限元模型计算结果吻合程度好,但仍无法反映箱梁在承受荷载时产生的畸变;考虑横坡构造的梁格法计算精度的提高主要体现在截面横向位移计算结果上;当箱梁宽跨比大于0.8时,采用梁格法计算时需要考虑横坡的影响;随着横坡大小从0增加到2%时,截面的竖向位移最大差值增加了758%,呈线性递增.