索力测试频率法的研究

由拉索的运动方程出发，经推导得到索力与自振频率之间的精确对应关系，探讨了拉索的抗弯刚度、附加质量、垂度、斜度以及边界条件对索力测试结果的影响，研究所得的结论对频率法测试索力具有指导意义。     

考虑边界弹性约束的索力动力检测理论与试验研究

为了提高索力动力检测精度,考虑索的垂度、抗弯刚度和边界弹性约束等因素建立数学物理模型,给出索频率方程的无量纲形式,研究各因素对索力动力检测的影响。结果表明:索的垂度只影响奇数阶频率,采用偶数阶频率进行索力检测可以忽略索垂度的影响;对较短或索力较小的索,索的抗弯刚度和边界条件对索力动力检测的影响不可忽略,索的抗弯刚度越大,边界条件的影响越大。以索力动力检测理论为基础,假设不同边界条件下的索力识别公式具有相同形式,导出了考虑索的抗弯刚度和边界条件对索力动力检测影响的实用计算公式。通过试验验证了实用计算公式的精确性和实用性。     

Analysis on single-layer hyperbolic cable net structure schemes of stadium roof

为满足某体育场屋盖采用马鞍面单层索网结构的需求，提出轮辐式单层索网结构和无内环单层索网结构两种方案。基于方案的外形、构件和节点设计信息，比较两种方案下的拉索、索端锚具和大型索夹节点用量等经济指标。利用有限元分析软件Midas/Gen建立模型，分析两种方案在静力荷载作用下的位移和索力，对比两种方案的结构整体刚度、索力大小和索力分布均匀性。利用有限元分析软件Ansys/Ls-dyna建立模型，采用拆除构件法分析两种方案断索后的动力响应，研究两种方案抗连续倒塌性能。结果表明：无内环方案的拉索、索端锚具、大型索夹节点用量均显著少于轮辐式方案的，经济性更好；无内环方案的刚度较大，整体性好，索力较小且索力分布更均匀；无内环方案断索后仍保持形状稳定且索力损失不明显，抗连续倒塌性能更好。     

某项目张弦梁结构屋面参数化设计

某项目钢结构屋面采用张弦梁结构体系，张弦梁的撑杆在平面外和平面内均呈V字形，下弦节点在施工时采用可滑动的节点以保证施工时初拉力的顺利传递。结构的计算分析过程在Grasshopper参数化平台上展开；找形分析通过动力学模拟插件Kangaroo利用逆吊找形法实现，保证了参数化建模和结构计算分析的连续性；下弦拉索找力分析依靠Grasshopper的参数化功能通过手动调整法和模拟退火算法完成，模拟退火算法操作简单且计算速度快；对V形支撑张弦梁下弦拉索进行了不平衡索力下的拉索滑移模拟，采用优化的冷冻-升温法，通过编程完成索力的提取、虚拟初应变的计算和施加以及结构的有限元分析等反复迭代过程，完成了下弦拉索节点两端索力平衡的目标，也证明了本方法的可行性和高效性。     

带加强层的高层框架-变截面核心筒结构的自由振动分析

在一些假定的基础上,运用结构动力学关于分布参数体系的振动理论,考虑核心筒变刚度和加强层弯曲变形的影响,对带有水平加强层体系的高层框架-核心筒结构进行动力分析,编制了计算机算法程序,并根据核心筒与外排柱刚度之比、核心筒与水平加强层刚度之比以及加强层位置以上部分核心筒与加强层位置以下部分核心筒刚度之比的不同取值,得出了该体系前3阶振型频率与加强层位置的关系,为合理设计加强层提供了参考。     

拉索频率的参数敏感性分析

确定拉索索力和固有频率的关系在实际工程中十分重要,本文拉索频率计算是基于动态位移模式的动态梁单元,算出刚度矩阵和质量矩阵,利用迭代递推法求解特征值,即可由已知索力求解任意一阶拉索固有频率。本文以潭江特大桥为工程背景,利用动态有限元法求解拉索在不同计算参数下的各阶固有频率,并分析其影响规律。研究结果表明,动态有限元法可快速求解精确的拉索固有频率,而且边界条件、抗弯刚度和索力对拉索频率均有较大影响。     

超高层框架-核心筒结构的扭转刚度及其稳定

为了控制超高层框架-核心筒结构的侧向刚度和扭转刚度，以临界屈曲因子为参数，讨论了弯曲、扭转双重二阶效应对刚度的影响。推导了结构的临界屈曲因子与自振周期的关系，指出扭转临界屈曲因子是合理反映超高层框架-核心筒结构扭转刚度的力学参数，推荐采用扭转临界屈曲因子替代周期比评估结构的扭转刚度。选取两个超高层框架-核心筒结构工程案例及其参数测试模型，通过几何与材料非线性分析，分析了超高层框架-核心筒结构屈服后，临界屈曲因子、刚度折减、地震作用之间的相互关系。结果表明，偏小的扭转临界屈曲因子和扭转与弯曲临界屈曲因子比会引起更多的刚度折减，扭转临界屈曲因子有可能成为结构刚度设计的主导参数。根据刚度折减-地震水准关系曲线和刚度折减-临界屈曲因子关系曲线，给出了弯曲和扭转临界屈曲因子容许下限的建议值分别为7.5和2.5。     

高阻尼人-结构系统的共振频率研究

基于人体两自由度模型,提出了人-结构相互作用系统的三自由度质量-弹簧-阻尼模型。通过理论推导,得到结构响应的加速度频响函数和体系振动频率与结构频率比值的解析式;并采用Griffin两自由度人体模型的参数,模拟已有的试验成果,反映人-结构系统的动力特性。最后,通过对高阻尼人-结构三自由度模型进行数值分析,探讨了人与结构间的质量比、频率比、阻尼比对人-结构体系共振频率的影响规律。     

基于格林函数法的高层连体结构动力特性分析

基于格林函数方法对空中连廊连接的高层连体结构动力特性进行参数化研究.建立连体结构分布参数动力分析模型,采用欧拉-伯努利梁模拟高层建筑结构弯曲变形特征,空中连廊与塔楼连接刚度通过弹簧单元模拟.构造连体结构侧向变形的格林函数导出结构体系频率特征方程解析表达式,通过数值算法求解特征方程并进行参数化分析.研究连接单元刚度比、连体质量比和连体位置等无量纲参数对高层连体结构动力特性的影响规律,深入揭示柔性连接高层连体结构体系动力特性.研究结果表明,连体结构振型包含同相位振型和反相位振型;柔性连接使得连体振型更加丰富,连接单元刚度对振型影响较大,连体质量比只对同相位振型产生影响;柔性连接情况下,连体位置变化对体系高阶频率影响较小.研究结果可为高层连体结构初设阶段连接单元最优参数的选取提供支撑.     

体育场马鞍面单层索网屋盖结构方案分析

为满足某体育场屋盖采用马鞍面单层索网结构的需求,提出轮辐式单层索网结构和无内环单层索网结构两种方案。基于方案的外形、构件和节点设计信息,比较两种方案下的拉索、索端锚具和大型索夹节点用量等经济指标。利用有限元分析软件Midas/Gen建立模型,分析两种方案在静力荷载作用下的位移和索力,对比两种方案的结构整体刚度、索力大小和索力分布均匀性。利用有限元分析软件Ansys/Ls-dyna建立模型,采用拆除构件法分析两种方案断索后的动力响应,研究两种方案抗连续倒塌性能。结果表明：无内环方案的拉索、索端锚具、大型索夹节点用量均显著少于轮辐式方案的,经济性更好;无内环方案的刚度较大,整体性好,索力较小且索力分布更均匀;无内环方案断索后仍保持形状稳定且索力损失不明显,抗连续倒塌性能更好。     

斜拉索测试分析

介绍了斜拉索索力测试的方法,阐述了用频率法测量索力的原理,分析了频率法测量索力的影响因素,指出应重点关注拉索的垂度、抗弯刚度、减震器、测量条件和温度对索力的影响,同时注意索力之间的相互影响对桥梁索力分布的影响。     

考虑主缆弯曲刚度后对悬索桥的影响

通过完全无弯曲刚度的链条“主缆”模型与有一定弯曲刚度的铁丝“主缆”模型的对比试验,及针对试验情况所进行的有限元分析,初步研究了考虑悬索桥主缆弯曲刚度后的影响情况。试验结果以及数值模拟计算结果均表明,随着悬索桥跨度的增加,主缆垂跨比的减小,主缆实际存在的弯曲刚度对垂度的影响较大,如果再考虑索夹局部加强作用等的因素,则对一些悬索桥的受力和变形可能产生不利的影响,因此应该考虑主缆实际存在的弯曲刚度。     

由基频计算拉索拉力的实用公式

振动法测索力广泛应用于索结构的施工控制、状态评估和健康监测,其基本原理是基于弦振动理论。弦理论忽略了索的垂度和抗弯刚度的非线性影响,在实际应用中有时会带来不可接受的误差。采用能量法和曲线拟合方法,建立了分别考虑索垂度和抗弯刚度影响,由基频计算索力的实用公式。对公式的适用范围进行了讨论,并与现有解的结果进行了比较,表明本文公式可满足精度要求。     

大跨度斜拉桥施工过程中的索力控制方法

针对平行钢绞线斜拉索施工过程中的索力控制问题,根据逐根张拉的斜拉索施工工艺,建立了张拉过程中索-梁-塔的力学模型;并以斜拉索索力均匀为目标,按正装分析法推导了挂索时单根钢绞线的张拉力计算公式。在此基础上结合等值张拉法,消除了挂索期间温度变化对钢绞线张拉力的影响,并给出了施工和运营过程中的索力测量方法。北方某斜拉桥的工程实践表明:根据该方法确定的单根钢绞线张拉力进行张拉,能够得到较均匀的索力;不论单根钢绞线拉力还是总索力,误差都在5%以内,均能满足施工控制的精度要求;该方法可供同类型斜拉索施工参考。     

斜拉型悬索结构形式与受力特性研究

将索桁架和斜拉结构进行组合,构造一种新型索结构体系,即斜拉型悬索结构。张拉背索对结构施加预应力,通过找力和找形得到了结构的初始预应力态,在此基础上进行了结构在满跨和半跨均布荷载作用下的静力、动力特性研究及参数分析,并对该新型索结构体系进行了风振响应计算。研究表明：结构静力荷载 位移关系呈非线性双折线,结构刚度的转折点对应于稳定索边段的退拉松弛;结构的低阶振型表现为桅杆的水平振动叠加屋盖的竖向振动,高阶振型中桅杆水平方向参与很少;增大背索截面面积可有效提高结构刚度和自振频率,稳定索、斜拉索面积对自振频率影响不大;背索预应力值对结构的静力特性影响是线性的,在所有索段具有拉应力时,预应力值对结构动力特性基本无影响,若索出现松弛则结构刚度急剧退化,自振频率陡降;桅杆高度增大,结构刚度下降,桅杆高度对结构的低阶振型和频率影响较大;矢跨比对屋盖竖向对称振动的第2振型有影响,而对反对称的第1振型基本无影响;斜拉型悬索结构的风振系数介于1~2之间。     

基于修正纵向等效连续化模型的隧道变形受力研究

及时掌握隧道结构变形受力情况对于保证地铁运营安全意义重大。通过增加考虑横向刚度、环缝作用范围和螺栓预应力的影响,建立了新型的盾构隧道修正纵向等效连续化模型,据此提出了弹、塑性状态下隧道纵向等效抗弯刚度、极限弯矩以及最大环缝张开量的计算方程；以上海地铁二号线为工程背景,分析了横向刚度和环缝作用范围对隧道等效抗弯刚度的影响规律；之后建立了5类隧道结构临界状态下隧道纵向曲率半径、接缝张开值、管片应力、螺栓拉力的求解公式,并求得了对应的界限指标,所得指标值可作为隧道健康状态诊断的依据。     

Finite element modeling of cable sliding and its effect on dynamic response of cable-supported truss

The cable system of cable-supported structures usually bears high tension forces, and clip joints may fail to resist cable sliding in cases of earthquake excitations or sudden cable breaks. A analytical method that considers the dynamic cable sliding effect is proposed in this paper. Cable sliding behaviors and the resultant dynamic responses are solved by combining the vector form intrinsic finite element framework with cable force redistribution calculations that consider joint frictions. The cable sliding effect and the frictional tension loss are solved with the original length method that uses cable length and the original length relations. Then, the balanced tension distributions are calculated after frictional sliding. The proposed analytical method is achieved within MATLAB and applied to simulate the dynamic response of a cable-supported plane truss under seismic excitation and sudden cable break. During seismic excitations, the cable sliding behavior in the cable-supported truss have an averaging effect on the oscillation magnitudes, but it also magnifies the internal force response in the upper truss structure. The slidable cable joints can greatly reduce the ability of a cable system to resist sudden cable breaks, while strong friction resistances at the cable-strut joints can help retain internal forces.     

斜拉桥拉索磁流变阻尼器减振技术的参数优化研究

针对应用磁流变阻尼器控制斜拉桥拉索振动中参数优化这一关键问题,通过试验研究,建立了目前常用的RD-1005型磁流变阻尼器非线性双黏性模型,得到了基于输入电压、激振频率、振动幅值等参数的磁流变阻尼器等效黏性阻尼系数计算公式;然后提出了考虑拉索垂度、弯曲刚度和倾角等因素影响的黏性阻尼器拉索减振设计方法,修正了Pacheco的设计曲线;最后提出了磁流变阻尼器拉索减振的优化设计方法,并通过实桥试验得到验证。     

斜拉索索力识别精度的提高方法

针对基于环境激励的斜拉索实测信号由于环境干扰而呈现出非平稳性和非平滑性的问题,提出了利用五点三次平滑法对快速傅里叶变换(FFT)得到的频域数据进行平滑处理,即考虑多因素影响来提高斜拉索索力识别精度。以实际斜拉桥工程中的拉索实测信号为研究对象,应用五点三次平滑法对拉索信号进行平滑消噪处理,考虑采样时间和采样点数对拉索频率识别精度的影响,利用求极值方法确定拉索各阶频率值及其位置,比较了基频法、频差法和峰值法确定拉索索力的计算精度,进行了索力测试的误差分析。结果表明:五点三次平滑法结合极值处理可以很好地识别拉索各阶频率,各因素对拉索频率的识别精度影响也有所不同,为频率法更加准确识别斜拉索索力提供了方便;同时也为开发高精度的索力测试仪器提供了有效依据。