它承式剛性開(kāi)合結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用及減震研究.pdf

1、利用理論分析和數(shù)值模擬等研究手段，對(duì)新型大跨度空間雜交結(jié)構(gòu)-開(kāi)合結(jié)構(gòu)的分類(lèi)、受力特征、動(dòng)力相互作用、減震控制等進(jìn)行了全面而系統(tǒng)的深入研究，并結(jié)合仿真實(shí)際工程和算例對(duì)本文的研究思想和方法進(jìn)行了適用性研究，取得了一系列有益于理論和工程應(yīng)用設(shè)計(jì)的研究成果。 1．對(duì)開(kāi)合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、傳力途徑和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了研究，提出結(jié)構(gòu)的分類(lèi)，指出分析結(jié)構(gòu)的不同狀態(tài)。 2．從能量原理出發(fā)，采用空間梁、桿單元等混合有限元模式，推導(dǎo)了考慮軌道不平

2、順、沖擊和走行的動(dòng)力平衡方程。從理論上考慮開(kāi)合結(jié)構(gòu)移動(dòng)所帶來(lái)的影響，為進(jìn)一步研究該結(jié)構(gòu)的動(dòng)力相互作用、抗震性能打下理論基礎(chǔ)。提出了“屋蓋橋”的概念和動(dòng)力相互作用的分析模型，研究了軌道不平順、沖擊和走行等因素的動(dòng)力反應(yīng)規(guī)律。編制了相應(yīng)計(jì)算程序并結(jié)合大型有限元軟件對(duì)算例進(jìn)行分析。算例說(shuō)明該分析方法有效可行。 3．以上述理論為基礎(chǔ)，以構(gòu)建的它承式剛性開(kāi)合結(jié)構(gòu)模型為算例，系統(tǒng)研究了開(kāi)合結(jié)構(gòu)在不同速度、不同支撐剛度、有無(wú)軌道不平順等因素下

3、的動(dòng)力相互作用，在移動(dòng)速度控制在一定范圍內(nèi)，沖擊作用可按幾種固定狀態(tài)的常量減速度或加速度進(jìn)行分析；在以上研究的基礎(chǔ)上提出了簡(jiǎn)化分析動(dòng)力相互作用的方法，通過(guò)算例分析并與動(dòng)力相互作用分析相比，在控制速度前提下，簡(jiǎn)化分析方法可行。 4．利用簡(jiǎn)化分析方法，對(duì)100米左右跨度的大跨它承式剛性開(kāi)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，得出：在速度控制在一定范圍內(nèi)，簡(jiǎn)化分析方法完全滿住工程設(shè)計(jì)要求。并與地震作用下的動(dòng)力反應(yīng)進(jìn)行對(duì)比研究，得出地震作用下的動(dòng)力相互作用

4、是減震控制的主要對(duì)象。 5．為了掌握地震作用下它承式剛性開(kāi)合結(jié)構(gòu)的反應(yīng)特征，系統(tǒng)研究了開(kāi)合結(jié)構(gòu)不同狀態(tài)下的自振特性變化規(guī)律，并與相同跨度的拱支網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)作了對(duì)比研究。提出了地震應(yīng)力系數(shù)的概念，系統(tǒng)研究了不同方向地震波作用下開(kāi)合結(jié)構(gòu)三種不同狀態(tài)的地震應(yīng)力變化規(guī)律以及各狀態(tài)之間的規(guī)律差異，把開(kāi)合結(jié)構(gòu)與相應(yīng)拱支結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)規(guī)律作了對(duì)比研究，得出了水平地震反應(yīng)比拱支結(jié)構(gòu)大2至3倍，豎向地震反應(yīng)與之相當(dāng)?shù)慕Y(jié)論。 6．針對(duì)以上地震響

5、應(yīng)特點(diǎn)，提出了粘彈性阻尼桿件在它承式剛性開(kāi)合結(jié)構(gòu)中單根拱的布置方案，找到了合理的阻尼桿件布置方法和數(shù)量。算例表明該方法具有較好的減震效率。在布控方案基礎(chǔ)上，根據(jù)大跨它承式剛性開(kāi)合結(jié)構(gòu)自身特點(diǎn)，本文提出了在結(jié)構(gòu)主要受力拱中外加粘彈性阻尼桿件的控制策略。以本文提出的控制策略，首次以100米跨度的仿真模型為例研究了大跨它承式剛性開(kāi)合結(jié)構(gòu)的地震控制問(wèn)題。經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，找到了粘彈性阻尼桿件在大跨它承式剛性開(kāi)合結(jié)構(gòu)中的最佳布控方式，分析表明用粘彈性

6、阻尼桿件控制它承式剛性開(kāi)合結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)的方法有效。對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有參考價(jià)值。 主要結(jié)論： (1)從能量原理出發(fā)，推導(dǎo)分析開(kāi)合結(jié)構(gòu)的動(dòng)力相互作用的理論分析方法。提出了動(dòng)力相互作用的分析模型，研究了軌道不平順、沖擊和走行等因素的動(dòng)力反應(yīng)規(guī)律。編制了相應(yīng)計(jì)算程序并結(jié)合大型有限元軟件對(duì)算例進(jìn)行分析。算例說(shuō)明該分析方法具有較好的計(jì)算效率和收斂性。 (2)通過(guò)構(gòu)造的索承式它承式剛性開(kāi)合結(jié)構(gòu)模型為算例，系統(tǒng)研究開(kāi)合結(jié)構(gòu)在不同速度

7、、不同支撐剛度、有無(wú)軌道不平順等因素下的動(dòng)力相互作用，得出：在移動(dòng)速度控制在一定范圍內(nèi)，沖擊作用可按幾種固定狀態(tài)常量減速度或加速度進(jìn)行分析：動(dòng)力相互作用分析可按簡(jiǎn)化分析方法進(jìn)行動(dòng)力相互作用計(jì)算。通常在控制速度的前提下，簡(jiǎn)化分析方法可行。 (3)通過(guò)對(duì)大型它承式剛性開(kāi)合結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化分析方法應(yīng)用，采用化分析方法分析的動(dòng)力相互作用與地震作用的反應(yīng)相比，地震作用的反應(yīng)明顯大于前者。實(shí)際對(duì)它承式剛性開(kāi)合結(jié)構(gòu)的震動(dòng)控制時(shí)主要以控制地震作用為主

8、。 (4)對(duì)本文模型以水平地震作用反應(yīng)最為明顯，并以Y向的水平地震作用的反應(yīng)最不利；豎向地震作用相對(duì)較小但不可忽視。與的拱支網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)相比，水平地震作用下開(kāi)合結(jié)構(gòu)各桿件的最大地震應(yīng)力一般是相應(yīng)的拱支網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的2~3倍，豎向地震作用下開(kāi)合結(jié)構(gòu)各桿件的最大地震應(yīng)力大于相應(yīng)的拱支網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的但相差不是很大。 (5)本文提出了在結(jié)構(gòu)主要受力拱中外加粘彈性阻尼桿件的控制策略。應(yīng)用本文提出的控制策略，對(duì)開(kāi)合結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、位移和加速度衰減程