基于动力刚度矩阵的波形钢腹板PC连续箱梁桥自振频率分析

为合理分析波形钢腹板的剪切变形对波形钢腹板PC连续箱梁桥自振频率的影响,首先,运用能量变分原理推导出波形钢腹板PC箱梁桥的单元刚度矩阵。其次,根据推导所得的单元刚度矩阵,采用MATLAB软件编制了考虑钢腹板剪切效应影响的多跨等截面波形钢腹板PC连续箱梁桥自振频率计算的求解程序。该程序计算所得自振频率值的正确性,得到了已建实桥频率实测值和ANSYS三维有限元计算值的验证。最后,对多跨等截面波形钢腹板PC连续箱梁桥弯曲振动频率的影响参数进行了分析。结果表明:本研究程序计算的自振频率值与已建实桥的实测值及有限元值吻合较好,该求解程序具有较高的精度,前5阶自振频率的差值在6.01%和7.32%以内;波形钢腹板的剪切变形效应对波形钢腹板PC连续箱梁桥的自振频率影响较大,而波形钢腹板的剪切模量是否进行修正及波形钢腹板的型号对该桥型的弯曲振动频率的影响较小,前5阶弯曲振动频率的差值在1.07%和0.55%以内,可以将其忽略不计;可将考虑剪切变形效应下波形钢腹板PC连续梁桥的动力分析问题,方便地纳入到普通杆系结构矩阵位移体系中,避免了ANSYS有限元模型建立和求解的复杂性,可为该桥型弯曲振动频率的计算与分析提供一定的参考依据。     

均质薄壁曲梁考虑剪力滞影响的自振频率

通过假设薄壁曲梁翼缘应力的横向分布函数,得到结构的变形势能.结构的自由振动能量,则用惯性力势能表示.根据能量泛函变分原理,推导了均质薄壁曲梁考虑剪力滞影响的自由振动微分方程,并采用分离变量法求解,计算了简支薄壁曲梁考虑剪力滞影响的基本自振频率,分析了剪力滞效应、曲梁圆心角、曲率半径和跨度对自振频率的影响.     

薄壁简支箱梁的弯曲振动频率研究

为更准确地分析简支箱梁弯曲振动频率,基于薄壁箱梁弯曲理论,采用一个剪切翘曲参数来综合表达翼板和腹板的剪切变形。首先运用能量原理,推导了考虑面内剪切效应时的总弯曲势能;然后基于Hamilton原理,分别导出考虑和不考虑箱梁转动动能的弯曲振动控制微分方程及相应的自然边界条件。为避免求解高次微分方程的复杂计算,通过分析简支箱梁的自然边界条件,采用伽辽金法求出满足边界条件的广义位移函数w(z,t)和g(z,t),从而方便地导出了简支箱梁弯曲振动频率的解析计算表达式。以某简支直腹板箱形截面梁作为数值算例采用以下4种方法计算该箱梁前5阶竖向弯曲振动频率:(1)运用ANSYS的beam189梁单元建立该简支箱梁考虑截面剪切效应的有限元模型;(2)采用shell 63壳单元建立该简支梁的空间有限元模型;(3)笔者所推导的分别考虑和不考虑箱梁转动动能时的两种解析公式。将以上4个计算结果进行对比分析,验证了解析公式的正确性,同时得出梁的转动动能对箱梁弯曲自振特性的影响较小,可忽略。最后分析了剪切变形对箱梁竖向弯曲振动频率的影响,结果表明翼板的剪切变形对箱梁弯曲振动频率的影响小于腹板剪切变形的影响;剪切变形对箱梁竖向弯曲振动频率的影响,随着跨高比的增加而减小,随着频率阶数的增加而增大。     

斜连续箱梁桥结构动力特性分析

以某三跨斜连续箱梁桥为工程背景,采用实体单元模型和空间梁单元鱼刺骨模型进行结构动力分析,探讨了结构自振频率和振型随斜度变化规律,并通过桥梁荷载试验进行对比分析。建议在宽斜箱梁桥的模态试验中采用在箱梁两侧均布置传感器的试验方法,以求获得更为准确的结构振动试验数据。     

B型斜连续箱梁桥结构动力试验分析研究

以某三跨斜连续箱梁桥为工程背景，采用实体单元模型和空间梁单元鱼刺骨模型进行结构动力分析，探讨了结构自振频率和振型随斜度变化规律，并通过桥梁荷载试验进行对比分析，结果表明实体单元模型计算结果更为可靠。根据实体模型振型，建议在宽斜箱梁桥的模态试验中，采用在箱梁两侧均布置传感器的试验方法，以求获得更为准确的结构振动试验数据。     

基于有限曲条-柔度理论薄壁弯箱梁结构力学分析

文章应用有限曲条-柔度理论对带隔板连续薄壁弯箱梁结构进行力学分析。引入Novozhilov理论,推导了简支有限曲条元刚度矩阵,利用谐函数正交性解决了刚度矩阵元素耦合问题,并联合运用ξ坐标法和Gauss求积法解决了刚度矩阵元素求积问题。研究了内部横隔板和外部支座赘余力问题,应用柔度理论推导了赘余力凝聚矩阵,解决了带隔板连续薄壁弯箱梁结构内外部超静定问题。推导带隔板连续弯箱曲条元整体平衡方程后,给出了求解位移场和应力场的具体计算步骤,编制了相应的计算程序。通过典型算例分析可知,对于带隔板连续薄壁弯箱梁结构,有限曲条-柔度理论是一种较为高效的计算方法,所需单元少且计算过程快速、稳定收敛;对于内部超静定结构,用文章推导的柔度理论求解是适合的。     

弯箱梁挠曲扭转分析的刚度法

建立了薄壁曲梁挠曲扭转分析的弹性控制微分方程组，对该微分方程组采用了精的解析解，得到单元各种变形的计算式，导出了当轴线在同一平面内的空间薄壁曲线梁进行有限地分析的单元刚度矩阵，从而可以用一般杆系结构的刚度法，对弯箱梁进行弯曲，扭翘、畸弯和剪滞效应的计算。     

考虑初曲率影响的变曲率箱梁空间有限元分析

为计入曲率沿横向和纵向变化对曲线箱梁弯扭效应的影响,提出了考虑初曲率和变曲率影响的空间分析有限元方法。假设曲率沿径向线性变化,建立了曲梁内任意点的弯曲挠转角与曲线半径的反比关系;根据薄壁箱梁的弯曲扭转理论,并将曲率作为轴向坐标z的函数,得到了变曲率箱梁截面内任意点的应力和位移的关系。基于此,以形函数为单元内曲率变化的插值函数,构建了单元内部曲率变化的曲线箱梁等参有限元。按该方法编制了计算机程序,并用算例验证了该方法对变曲率曲线箱梁计算的有效性。     

大跨度连续刚构桥预应力混凝土箱形梁极限承载力分析

以虎跳门特大桥作为工程背景，采用梁段单元法建立了大跨度连续刚构桥预应力混凝土箱形梁极限承载力分析的数学模型，并推导出薄壁箱梁的Ｕ．Ｌ．列式增量平衡方程。在研究中，考虑了箱梁顶板、底板和腹板局部变形的影响及材料非线性和几何非线性。按形成矩阵的“对号入座”法则导引出非线性薄壁箱梁单元刚度特性矩阵。     

水下桥墩结构的振动分析

为研究水流对桥墩结构振动特性的影响,分别建立了水与实体桥墩和空心桥墩的流固耦合模型,计算了各自的振动频率,并与理论公式的计算结果比较,两者基本吻合.分析后得出结论:考虑内部水流作用时,空心桥墩的自振频率随壁厚的减小呈现先缓慢增大,后迅速减小的趋势;水流对高墩和薄壁墩自振频率的影响更大.     

薄壁曲线箱梁空间计算的曲板板梁单元法

根据曲线箱梁力学行为为曲梁特征的特点,将围成闭口截面曲线箱梁的板件视为曲线板梁,由此提出了薄壁曲线箱梁空间计算的曲板板梁单元法,此方法自由度少,计算精度较高,且计算思路与方法较简洁,物理概念明确,可用于薄壁曲线多室箱梁结构的空间计算分析。     

现浇混凝土连续箱梁桥承载力试验研究

以6×20m现浇混凝土连续箱梁桥为试验对象,介绍了钢筋混凝土连续梁桥承载力试验的方法及结果评定过程。通过静载、动载试验和自振特性测试,获得了不同加载工况下桥梁各控制截面测点的挠度、应变、振动频率实测值并与相应理论计算结果进行对比分析,以此对桥梁实际承载能力做综合评价。结果表明,试验孔各测点的校验系数、实测冲击系数以及实测自振频率均满足设计和规范要求,由此评定该桥实际承载能力满足设计要求。     

曲箱梁桥考虑翘曲和剪滞效应的弯扭耦合变形分析

在分析曲箱梁桥弯扭耦合变形时考虑了翘曲和剪滞效应。通过对普通曲梁增加节点位移未知量，在流动的圆柱极坐标系下，导出了平面曲线薄壁箱梁的单元刚度矩阵。给出了算例。     

基于传递矩阵法的变截面梁自振特性分析

在传统传递矩阵法的基础上,结合龙格-库塔法推导自由振动下变截面梁的节段和整体传递矩阵,结合边界条件建立梁自振频率特征方程,运用Wolfram Mathematic编程软件求解其自振频率,确定其前n阶振型;应用该方法与有限元软件ANSYS计算2个变截面梁、2个等截面梁的前3阶固有频率和振型并进行对比分析,结果表明该方法适用于所有变截面梁的自振特性分析,编程方便且计算精度高。     

多因素分析薄壁曲线箱梁剪滞效应的力学模型

利用最小势能原理建立了考虑多因素的分析薄壁曲线箱梁剪滞效应的控制微分方程及其边界条件,为考虑多因素薄壁箱梁剪滞效应建立了理论分析基础。     

多箱室波形钢腹板PC部分斜拉桥结构动力性能分析

以朝阳沟水库特大桥为研究对象,采用三维有限元软件建立全桥空间力学模型,分别计算多箱室波形钢腹板箱梁、传统砼腹板箱梁的自振频率和振型,通过对比两种截面形式的动力特性研究多箱室波形钢腹板箱梁的受力性能,结果表明,将砼腹板换成波形钢腹板后,箱梁刚度和受弯性能得到改善,同时通过合理设置横隔梁,其抗扭性能得到提高;分别构建多箱室波形钢腹板箱梁部分斜拉桥、连续刚构桥和传统斜拉桥空间力学模型,对比分析不同结构形式多箱室波形钢腹板箱梁的自振频率和振型,分析3种桥型的动力特性和刚度,结果显示,波形钢腹板部分斜拉桥的动力性能、主梁刚度优越。     

不同斜拉索模型对多塔斜拉桥力学性能的影响

斜拉索由于其轻、柔的特点,经常在外部环境的影响下产生较大的振动,从而对桥梁的力学性能产生影响。以赤石大桥为工程背景,采用不同的斜拉索单元建立了不同的四塔斜拉桥整桥有限元模型,对桥梁的变形、频率、模态等力学性能进行了系统地研究。采用弦振动理论计算出了斜拉索的自振频率与ANSYS算出的索单独振动的频率进行了对比。结果表明,斜拉索采用BEAM3或者LINK1单元时计算出的索单独振动的频率与弦振动理论算出的频率吻合得非常好,短索所得计算结果相对于长索误差稍大。     

钢结构人行桥自振频率影响因素及其分析

城市钢结构人行天桥竖向自振频率为设计控制要素之一.提出了影响桥梁自振频率的因素,并通过有限元分析软件梁单元模型进行分析计算,研究了结构型式、梁高及桥面铺装对桥梁自振频率的影响.得到的相关结论可对同类工程起到借鉴参考意义.     

典型人字形桥梁结构分析的刚度法研究

在普通梁理论的基础上,通过增加自由度的分析方法,提出以每个节点10个自由度的薄壁箱梁分析单元。以典型的人字形薄壁箱梁桥作为研究对象,分别建立普通空间梁格、空间板壳有限元分析模型及有机玻璃试验模型,对模型的不同理论分析与实测结果进行比较。研究结果验证了本文理论分析方法的正确性和简便性。     

薄壁箱梁剪力滞效应分析的组合单元法

针对薄壁箱梁剪力滞效应有限元计算单元自由度多,计算工作量大的的问题,提出一种考虑剪力滞效应的组合单元法.顶板采用平面板单元模拟,轴向位移插值函数取3次多项式;腹板及底板采用梁单元分析.为减少有限元分析的单元自由度数目,取顶板单元的节点位移参数为基本位移参数,腹板与底板的位移模式由顶板与腹板及腹板与底板的变形协调关系得到,最后通过变分原理得到组合单元的刚度矩阵.以一座实桥为工程背景,通过与有限元程序计算结果对比,得出此方法的计算精度较高,计算效率亦比较高.