時間：2023-03-13 11:10:23
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇工程結(jié)構(gòu)分析論文，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
1檢測技術(shù)
傳統(tǒng)的檢測手段(如人工目測)和無損檢測技術(shù)(如超聲波、聲發(fā)射、x-射線等)均是結(jié)構(gòu)局部損傷的檢測方法，難以預(yù)測預(yù)報結(jié)構(gòu)整體的性能退化，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時的健康監(jiān)測和損傷診斷。一個不可忽略的事實(shí)是：結(jié)構(gòu)損傷的出現(xiàn)勢必導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能參數(shù)(如剛度、頻率、阻尼或質(zhì)量)的變化，如果這種變化能夠很好的被檢測和分類的話，就可以用來進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷診斷與健康監(jiān)測，顯然。這是整體的檢測方法。
1.1整體結(jié)構(gòu)監(jiān)測
整體結(jié)構(gòu)監(jiān)測的主要內(nèi)容包括沉降觀測，位移觀測、撓度觀測、裂縫觀測和振動觀測等。每一種建筑物的觀測內(nèi)容，應(yīng)根據(jù)建筑物的具體情況和實(shí)際要求綜合確定測量項(xiàng)目。健康監(jiān)測方法與測量儀器的發(fā)展密切相關(guān)。目前，GPS定位技術(shù)已經(jīng)在區(qū)域性變形觀測和大型工程變形監(jiān)測中應(yīng)用，并具有實(shí)時、連續(xù)、自動監(jiān)測的優(yōu)點(diǎn)，甚至與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測與決策智能化。監(jiān)測的準(zhǔn)確性取決于監(jiān)測方案的科學(xué)性、監(jiān)測點(diǎn)布置的合理性及測量儀器的精確度。
結(jié)構(gòu)監(jiān)測的方法可分為四類：(1)空間域方法，(2)模態(tài)域方法，(3)時域方法，(4)頻域方法。其中空間域方法是根據(jù)質(zhì)量、阻尼和剛度矩陣的改變來檢測和確定損傷位置I模態(tài)域方法根據(jù)自振頻率、模態(tài)阻尼比和模態(tài)振型的改變來檢測損傷；在時域方法中。系統(tǒng)參數(shù)通過在一定時間內(nèi)采樣的數(shù)據(jù)來直接確定，精度較高，但很費(fèi)時，在頻域方法中，模態(tài)參數(shù)如自振頻率、阻尼比和振型等是確定的，譜分析和頻率響應(yīng)函數(shù)被廣泛應(yīng)用。上述方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)。如頻域方法和模態(tài)域方法使用轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換存在誤差和噪聲。在空間域方法中，質(zhì)量和剛度矩陣的建模與修正還存在問題，并且難以精確。將兩三種方法結(jié)合起來檢測和評估結(jié)構(gòu)的損傷具有很強(qiáng)的發(fā)展趨勢，比如將靜載測試和模態(tài)測試的數(shù)據(jù)結(jié)合起來診斷損傷，這樣可以克服各自方法的缺點(diǎn)并相互檢查。與損傷檢測的復(fù)雜性相適應(yīng)。
1.2結(jié)構(gòu)性能的檢測
結(jié)構(gòu)性能的檢測是可靠性鑒定工作中的重要環(huán)節(jié)，內(nèi)容一般有結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能檢測、結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施檢測、結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸和鋼筋位置及直徑的檢測、結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的開裂和變形情況檢測等。
1.2.1混凝土結(jié)構(gòu)
混凝土強(qiáng)度及缺陷的檢測技術(shù)目前得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，分為非破損檢測技術(shù)和局部破損檢測技術(shù)。由于非破損檢測技術(shù)具有適用性強(qiáng)、可連續(xù)大面積測試、不破壞結(jié)構(gòu)且能獲得破壞試驗(yàn)不能獲得的信息(如內(nèi)部孔洞、疏松、不均勻性等)等特點(diǎn)，因此，一般情況下，均采用非破損檢測技術(shù)(但檢測結(jié)果的精確度較差)。到目前為止，關(guān)于混凝土強(qiáng)度的非破損檢測技術(shù)有回彈法、超聲法等，局部破損檢測技術(shù)有鉆芯法、拔出法和灌入法等，以及由上述基本方法組合而成的超聲回彈綜合法、鉆芯回彈綜合法等。混凝土強(qiáng)度的檢測技術(shù)已基本成熟，成熟的標(biāo)志在于測試?yán)碚摰耐晟坪蜏y試儀器性能。如；“回彈值——碳化深度——強(qiáng)度”關(guān)系，反映了回彈值與混凝土強(qiáng)度之間的基本規(guī)律。回彈、超聲、鉆芯和拔出等較為成熟的混凝土強(qiáng)度和缺陷檢測方法已經(jīng)有了全國性的檢測本論文由整理提供技術(shù)規(guī)程。
混凝土構(gòu)件鋼筋配置情況的檢測有破損和非破損兩類方法。破損方法是鑿去檢測部位的混凝土，直接量測鋼筋的數(shù)量、直徑及保護(hù)層厚度，然后與設(shè)計圖紙比較。這種方法對構(gòu)件有損傷，應(yīng)盡可能少用。非破損方法主要有電磁法、雷達(dá)法和超聲法，雷達(dá)法測試速度較快，電磁法相對較慢；對保護(hù)層厚度的測定用超聲法精度相對較高。上述幾種方法均不能準(zhǔn)確測定出鋼筋直徑，也不能測定節(jié)點(diǎn)區(qū)的鋼筋和構(gòu)件中剛進(jìn)的連接情況。而這些檢測項(xiàng)目的結(jié)果客觀上又是結(jié)構(gòu)鑒定與加固的依據(jù)。因此迫切需要開發(fā)研制測試精度高的檢測儀器。
1.2.2砌筑結(jié)構(gòu)
砌筑結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)測試技術(shù)起步比混凝土結(jié)構(gòu)略晚一些，技術(shù)成熟程度比混凝土強(qiáng)度檢測技術(shù)略差，但該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展勢頭猛，在國內(nèi)形成了百家爭鳴的可喜局面，目前，砌體結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度的檢測技術(shù)正日益成熟。
砌筑強(qiáng)度檢測方法有現(xiàn)場檢測法和間接測試法，現(xiàn)場測試法有推剪法、單剪法、軸壓法、扁千斤頂和拔出法等五種檢測方法，需要從墻體上截取試件，比較困難，且試件稍經(jīng)搬動，強(qiáng)度就會受到影響，故應(yīng)用較少。間接測試法是通過檢測磚和砂漿的強(qiáng)度，然后依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范直接確定砌體強(qiáng)度。磚的強(qiáng)度檢測通常可以從砌體上取樣按常規(guī)方法進(jìn)行檢測，方法比較簡單。砂漿強(qiáng)度檢測方法有沖擊法、點(diǎn)荷法、回彈法、筒壓法、射釘法和剪切法等。
1.2.3鋼姑構(gòu)
與混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)相比，工程建設(shè)中鋼結(jié)構(gòu)的數(shù)量相對較少，加之冶金、機(jī)械、交通、航空、石油、化工等工業(yè)部門對鋼材物理力學(xué)性能、內(nèi)部缺陷，焊縫探傷等檢驗(yàn)方法比較完普。因而其檢驗(yàn)測試技術(shù)發(fā)展之路基本是借鑒學(xué)習(xí)國內(nèi)其他行業(yè)的先進(jìn)方法，如焊縫和鋼材的超聲波探傷方法、射線探傷方法、磁粉探傷方法和滲透探傷方法等。
結(jié)構(gòu)鑒定與評估技術(shù)的發(fā)展與建筑市場和社會的需求有直接的關(guān)系，與國家的經(jīng)濟(jì)狀況有密切的關(guān)系，同時又受到檢測技術(shù)發(fā)展的影響。結(jié)構(gòu)的可靠性評級是根據(jù)檢測的結(jié)果進(jìn)行評定，它是結(jié)構(gòu)維修，加固的重要依據(jù)。根據(jù)《危險房屋鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ125—99)(2004年版)，房屋的綜合評定按三個層次進(jìn)行；第一層次應(yīng)為構(gòu)件危險性鑒定，其等級評定分為危險構(gòu)件(Td)和非危險構(gòu)件(Fd)兩類；第二層次應(yīng)為房屋組成部分(地基基礎(chǔ)、上部承重結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu))危險性鑒定。其等級評定應(yīng)分為a、b、c、d四等級；第三層次應(yīng)為房屋危險性鑒定，其等級評定應(yīng)分為A、B、C、D四等級。超級秘書網(wǎng)
建設(shè)工程質(zhì)量的檢測與鑒定技術(shù)已超出了單純的結(jié)構(gòu)安全的范疇，包括了結(jié)構(gòu)的安金性、耐久性、適用性和抗災(zāi)害能力以及工程質(zhì)量問題產(chǎn)生原因的鑒定與分析等綜合問題。建設(shè)工程質(zhì)量的檢測與鑒定為治理工程質(zhì)量通病。如設(shè)計造成的多層磚房溫度裂縫問題，混凝土工程施工階段的開裂問題等起到了積極的作用。為設(shè)計規(guī)范和施工驗(yàn)收規(guī)范的修編提供了依據(jù)。
2結(jié)論
論文摘要：模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動態(tài)分析的一種手段，通過分析工程結(jié)構(gòu)的動特性可建立結(jié)構(gòu)在動態(tài)激勵條件下的響應(yīng)，預(yù)測結(jié)構(gòu)在實(shí)際工作狀態(tài)下的_上作行為及其對環(huán)境的影響。
0前言
程結(jié)構(gòu)跨度變得越來越大，結(jié)構(gòu)的動力特性也就顯得越來越重要，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計帥和上程技術(shù)人員也對它更加重視。方面，通過對結(jié)構(gòu)動力特性優(yōu)化設(shè)計，使結(jié)構(gòu)處于良好的上作狀態(tài)，保證了結(jié)構(gòu)的安全可靠性，延長了結(jié)構(gòu)的使用周期和減少了對環(huán)境的廠幾擾:另一方而，通過結(jié)構(gòu)的動力特性可了解復(fù)雜結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性能和技術(shù)性能，從而作出科學(xué)的技術(shù)評定。運(yùn)用結(jié)構(gòu)動力特性解決程實(shí)際問題，需要有個橋梁—近20余年迅速發(fā)展起來的模態(tài)分析技術(shù)。模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動特性分析的，種手段，通過分析L.程結(jié)構(gòu)的模態(tài)特性可建立結(jié)構(gòu)在動態(tài)激勵條件下的響應(yīng)，預(yù)測結(jié)構(gòu)在實(shí)際五作狀態(tài)下的工作行為及其對環(huán)境的影響。
1模態(tài)分析理論
1.l模態(tài)分析的實(shí)質(zhì)
模態(tài)分析實(shí)質(zhì)是一種坐標(biāo)系統(tǒng)的變換，目的在于把原在物理坐標(biāo)系統(tǒng)中描述的響應(yīng)向量放到所謂的“模態(tài)坐標(biāo)系統(tǒng)”中描述，這一坐標(biāo)系統(tǒng)每一個基向量恰好是振動系統(tǒng)的個特征向量，利用各特征向量之間的正交性，可使描述響應(yīng)向量的各個坐標(biāo)互相獨(dú)立而無藕合，于是，振動方程是一組互無禍合的方程，各個坐標(biāo)均可單獨(dú)求解。
1.2模態(tài)分析的方法
模態(tài)分析可分為實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析與計算模態(tài)分析兩種方法。實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析是采用實(shí)驗(yàn)與理論分析相結(jié)合的方法來識別結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)(模態(tài)頻率、模態(tài)阻尼、振型)，用實(shí)驗(yàn)的方法來尋求模態(tài)振型以及描述響應(yīng)向量的各個坐標(biāo)，即模態(tài)坐標(biāo)。它對程結(jié)構(gòu)的動態(tài)分析及優(yōu)化設(shè)計有實(shí)用價值。工程結(jié)構(gòu)可視一系統(tǒng)，系統(tǒng)的動態(tài)特性是指系統(tǒng)隨頻率、剛度、阻尼變化的特性。它既可用頻域的頻響函數(shù)描述，也可用時域的脈沖響應(yīng)函數(shù)描述。建立頻響函數(shù)與模態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系，以便識別模態(tài)參數(shù)，是模態(tài)分析的理論一項(xiàng)重要內(nèi)容。
實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析可分為兩種不同的實(shí)驗(yàn)方法:
正則振型實(shí)驗(yàn)法(NMT):此法用多個激振器對結(jié)構(gòu)同時進(jìn)行正弦激勵，當(dāng)激振力矢量被調(diào)到正比f某一振型時，就可激勵出某一純模態(tài)振型，并直接測出相應(yīng)的模態(tài)參數(shù)，不必再進(jìn)行計算。該法的優(yōu)點(diǎn)在于所得的結(jié)果精度高;但它需要高精度的龐大測試儀器和熟練的實(shí)驗(yàn)技能，費(fèi)時長，成本高。
頻響函數(shù)法(FRF):此法可只在結(jié)構(gòu)的某一選定點(diǎn)卜進(jìn)行激勵，同時在多個選定點(diǎn)依次測量其響應(yīng)。將激勵和響應(yīng)的時域信號，經(jīng)FFT分析儀轉(zhuǎn)換成頻域的頻譜。因頻響函數(shù)是響應(yīng)與激勵譜的復(fù)數(shù)比，對已建立的頻響函數(shù)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行曲線擬合，就可從頻響函數(shù)求出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。該法的優(yōu)點(diǎn)在于可同時激勵出全部模態(tài)，測試的時間短，所用儀器設(shè)備較簡單，實(shí)驗(yàn)方便，在產(chǎn)業(yè)和科研部門得到了一泛的應(yīng)用。
1.3模態(tài)分析技術(shù)
模態(tài)分析技術(shù)的各主要環(huán)節(jié)如下圖所示:
頻響函數(shù)H表示系統(tǒng)的輸出X與輸入F的復(fù)數(shù)比，基木定義是
它的物理含義是:在頻率山處輸入(激勵)—一單的正弦力，則系統(tǒng)將在同樣的田處產(chǎn)生一正弦運(yùn)動的輸出(響應(yīng))，如下別所示:
而對于線性定常系統(tǒng)，任何輸入/輸出譜，都可以認(rèn)為是正弦譜的迭加。故描述系統(tǒng)動態(tài)特性的頻響函數(shù)(FRF)與用來測量的信號類型無關(guān)，可用同樣應(yīng)用于簡諧激勵、瞬態(tài)激勵和隨機(jī)激勵。
模態(tài)分析中結(jié)構(gòu)的各階固有頻率相差較大，而阻尼又較小的情況下，以某一固有頻率激振時，該階固有模態(tài)就占土導(dǎo)地位，在定的誤差范圍內(nèi)即可當(dāng)作純模態(tài)響應(yīng)看待，于是識別L:作可化為一個一個的單自由系統(tǒng)進(jìn)行就非常方便。但是實(shí)際實(shí)驗(yàn)中要激出“純模態(tài)”響應(yīng)是不可能的，因?yàn)槿魏我环N分布的激振力必將激出多個模態(tài)響應(yīng)，實(shí)際測得的響應(yīng)是多個響應(yīng)的疊加。從能量的角度米看，各階模態(tài)之間是正交的，各固有模態(tài)之間總是不禍合的，每階固有模態(tài)表現(xiàn)為一種特定的能量平衡狀態(tài)，各平衡狀態(tài)之間沒有能量交換也互不禍合，結(jié)構(gòu)的能量就是各階固有模態(tài)能量的總和。
模態(tài)分析最主要的應(yīng)用是建立結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)的預(yù)測模型，為結(jié)構(gòu)的動強(qiáng)度設(shè)計及疲勞壽命的估計服務(wù)。模態(tài)分析的結(jié)果必將伴隨著模態(tài)坐標(biāo)的縮減，因?yàn)樵趯?shí)際中，我們總是只是取其中的若廠階起土要作用的模態(tài)，而忽略其余階模態(tài)。在物理坐標(biāo)系中所表達(dá)的結(jié)構(gòu)振動方程是按動力平衡觀點(diǎn)或牛頓第，二定理來建立的，而在模態(tài)坐標(biāo)系統(tǒng)中建立的響應(yīng)計算模型或動力方程是從能量平衡觀點(diǎn)建立的。局部物理參數(shù)的變化總能在模態(tài)參數(shù)中得到反映，但并非是很敏感的，有的局部變化甚至是不敏感。例如，在某階振型的節(jié)點(diǎn)(該處振幅理論值為零)處附加質(zhì)量，對該階模態(tài)參數(shù)就不會引起變化，所以我們常常能夠通過模態(tài)參數(shù)的變化來檢測結(jié)構(gòu)局部損傷，但不能檢測非常小的局部損傷。實(shí)踐說明，在結(jié)構(gòu)動特性中，振型對局部損傷的敏感性大于其它參數(shù)的敏感性，而應(yīng)變模態(tài)振型比位移模態(tài)振型更敏感。
眾所周知，結(jié)構(gòu)在脈沖激勵下作自山振動時，由于結(jié)構(gòu)阻尼的存在，其響應(yīng)將逐漸衰減。理論，結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)可視為各階模態(tài)按不同比例疊加的結(jié)果。對于結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)而言，高階模態(tài)的位移貢獻(xiàn)相對較小，而低階模態(tài)的位移貢獻(xiàn)相對較大。因此當(dāng)結(jié)構(gòu)自由振動時，不少人認(rèn)為結(jié)構(gòu)的模態(tài)階數(shù)越高，其響應(yīng)衰減的速度就越快，最后保留的部分響應(yīng)是以結(jié)構(gòu)第一階模態(tài)所作的自山衰減振動。目前，這直覺甚至被當(dāng)作結(jié)論被L程界所接受，并在許多上程結(jié)構(gòu)的動態(tài)測試中應(yīng)用，特別是被用來確定結(jié)構(gòu)的第一階固有頻率和陽尼系數(shù)。從結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)中獲得的這直觀結(jié)論，在振動理論尚未給予明確的回答。事實(shí)，并非所有程結(jié)構(gòu)都表現(xiàn)為“結(jié)構(gòu)的模態(tài)階數(shù)越高，其對應(yīng)的位移響應(yīng)衰減的就越快”。
2工程實(shí)例
湖北省秘歸縣三峽庫區(qū)一鋼筋混凝上結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)體施1.拱橋(土跨105米)的成橋動力試驗(yàn)中，為了獲取橋梁在車輛激勵作用下的自由振動響應(yīng)信號，在橋而一3/8處(點(diǎn)A1),1/8處(中點(diǎn)A2),3/8處(點(diǎn)A3),1/4處(點(diǎn)A1)，分別布置了加速度傳感器(橋梁結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示)。橋梁結(jié)構(gòu)在不同速度的載重車輛的激勵下，其振動的自由衰減響應(yīng)信號由低頻加速度傳感器獲取，經(jīng)過電荷放大器、濾波器后，送數(shù)值信號采集分析系統(tǒng)作頻譜分析。
A1點(diǎn)的加速度響應(yīng)頻譜如圖2所示，結(jié)構(gòu)的第1至4階固有頻率分別識別為2.12Hz,3.54Hz,4.781-Iz和G.44Hz;而由A2點(diǎn)的加速瓜響應(yīng)頻譜分析僅識別出結(jié)構(gòu)第2階和第4階固有頻率:3.54Hz和G.44Hz(對稱點(diǎn)的響應(yīng)信號無法識別出反對稱的振動模態(tài)，即該結(jié)構(gòu)的第1階模態(tài)是反對稱的)。如果將A1點(diǎn)的加速度自伯響應(yīng)信號經(jīng)過一定時間衰減后(截取信號的后部分，其類似d單自由度振動系統(tǒng)的自由衰減響應(yīng)信號)，對其作余振波形分析，固有頻率為3.SOHz;如果對其信號作頻譜分析，識別的固有頻率為3.54Hz,皆為結(jié)構(gòu)的第2階固有頻率。其分析結(jié)果表明該橋梁結(jié)構(gòu)的第2階模態(tài)比第1階模態(tài)衰減得快，即結(jié)構(gòu)自由振動時各階模態(tài)衰減的快慢并非一定按模態(tài)順序排列。同時必須指出的是，在許多成橋動力檢測中，目前仍然應(yīng)用結(jié)構(gòu)的余振波形來確定結(jié)構(gòu)的第1階固有頻率和阻尼比，這樣就很有可能將結(jié)構(gòu)的高階模態(tài)參數(shù)誤作為第1階模態(tài)參數(shù)，進(jìn)而對結(jié)構(gòu)的建造質(zhì)量和技術(shù)性能作出錯誤的判斷。
3結(jié)論
通過對結(jié)構(gòu)動特性的研究，在結(jié)構(gòu)振動控制、結(jié)構(gòu)動力特性優(yōu)化設(shè)計、結(jié)構(gòu)動力修正、結(jié)構(gòu)故障診斷等上程應(yīng)用方而都會取得長足進(jìn)展。本文僅利用工程結(jié)構(gòu)模態(tài)分析歸納以下一幾點(diǎn):
關(guān)鍵詞: 結(jié)構(gòu);裂紋板;裂紋;動力分析;結(jié)論
中圖分類號：[TB16] 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
一．裂紋板的研究背景及現(xiàn)狀
在板的使用中，隨著當(dāng)代我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和不斷提高，新型材料的發(fā)明和新興機(jī)械結(jié)構(gòu)的不斷產(chǎn)生，使得薄板的模型到處可見。尤其是在薄板帶有裂紋工作的狀態(tài)下。一般而言，結(jié)構(gòu)中如果存在裂紋或者缺陷，會改變結(jié)構(gòu)的物理特性，如質(zhì)量、阻尼和剛度等，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的動力學(xué)特性發(fā)生了變化。所以，要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體性的檢測和評估，來確定結(jié)構(gòu)是否有損傷或者破壞，進(jìn)而判斷損傷的位置和損傷的程度，以及損傷程度的變化趨勢，這樣就需要研究分析含裂紋結(jié)構(gòu)的動力學(xué)特性。然而，進(jìn)行含裂紋結(jié)構(gòu)的動力特性的分析一直是動力學(xué)研究領(lǐng)域的難點(diǎn)之一。
二．從裂紋梁裂紋板的推廣研究
目前在研究含裂紋結(jié)構(gòu)的動力特性分析方面，已經(jīng)有了很多的方法可以借鑒，但是這些已有的方法大多是裂紋梁的研究，而關(guān)于裂紋板的研究卻很少。因此，鑒于這個問題，本文在總結(jié)了含裂紋梁動力仿真中三種常用的分析模型基礎(chǔ)上即：彌散裂縫模型、集中柔度模型和精細(xì)網(wǎng)格模型，進(jìn)行了修改，然后推廣到了含裂紋板的動力特性計算模型。并以精細(xì)網(wǎng)格模型為主著重研究了含雙裂紋板的動力特性
三．含裂紋板的裂紋分析
討論自由振動問題一般根據(jù)要求列出運(yùn)動微分方程進(jìn)而解方程求得自由振動的頻率，此頻率稱為固有頻率或者自然頻率它在確定共振條件方面有著重要的意義。當(dāng)彈性體（梁、板、殼體）內(nèi)產(chǎn)生裂紋后，由于剛度減小，則其固有力學(xué)特性，如固有頻率、屈曲臨界壓力等隨之降低，以此可以用測頻的方法來監(jiān)視裂紋的發(fā)生與發(fā)展。裂紋振動分析的關(guān)鍵是裂紋的處理，常見的處理方法：等效截面法、局部剛度法、一致裂紋梁理論。
四．本文研究的主要內(nèi)容
本文在總結(jié)和汲取前人的研究成果基礎(chǔ)上，用ANSYS軟件建立了裂紋板的有限元模型,將計算單裂紋結(jié)構(gòu)動力特性的方法推廣到計算多處裂紋板彎曲振動的近似模態(tài)，計算了雙裂紋在不同裂紋長度、不同的裂紋深度和不同相對位置處對矩形板模態(tài)參數(shù)的影響，為實(shí)際工程故障診斷提供參考。本文主要研究內(nèi)容如下：
(一 )對于含裂紋薄板在彎矩和剪力聯(lián)合的情況下的應(yīng)力強(qiáng)度因子，還沒有完整的解答可以利用。因此，研究了含裂紋有限尺寸應(yīng)力強(qiáng)度因子計算的近似解。
（二）利用斷裂力學(xué)的研究成果，通過對應(yīng)力強(qiáng)度因子的積分，推導(dǎo)出含裂紋薄板的單元剛度矩陣。
分別研究了含裂紋薄板有限元建模的三種主要方法：，彌散裂縫模型、集中柔度模型、精細(xì)網(wǎng)格模型，其中主要研究了精細(xì)網(wǎng)格模型，并通過實(shí)例分析了含單裂紋薄板的動力特性，并與已有試驗(yàn)結(jié)果對比驗(yàn)證文述算法的有效性。
借助精細(xì)網(wǎng)格模型的思想，以含雙裂紋懸臂矩形薄板為例應(yīng)用有限元軟件ANSYS對其進(jìn)行模態(tài)分析，討論了該板固有頻率和振型在不同裂紋長度下隨雙裂紋相對位置改變的變化規(guī)律。
應(yīng)用有限元軟件ANSYS對雙裂紋懸臂板進(jìn)行模態(tài)分析，通過數(shù)值模擬仿真,討論了雙裂紋懸臂矩形板的固有頻率和振型在不同裂紋相對位置時隨裂紋深度增加的變化規(guī)律。
得出簡單結(jié)論
本文具體而詳細(xì)地主要以含裂紋懸臂矩形薄板為研究對象進(jìn)行理論建模、有限元分析及模態(tài)分析仿真，得到了不同長度的裂紋在不同位置時含裂紋薄板的各階頻率的變化和振型的變化和不同深度的裂紋在不同位置時含裂紋薄板的各階頻率的變化和振型的變化，取得了令人滿意的分析結(jié)果以及有價值的研究結(jié)論：
各階的固有頻率隨裂紋位置、裂紋深度和裂紋長度的變化具有明顯的規(guī)律性變化。固有頻率隨著裂紋的擴(kuò)展逐漸減小，雙裂紋深度和長度對板固有頻率的影響同裂紋位置密切相關(guān)，此外，裂紋長度對高階頻率的影響較大，裂紋深度對低階頻率的影響較大。這對工程實(shí)際有指導(dǎo)意義。
裂紋的存在對板振型的影響是顯著的，但對不同階振型影響的顯 著程度不同。階數(shù)越高，裂紋對板振型的影響越顯著，這與裂紋長度和裂紋深度對頻率的影響情況不同。這就說明，當(dāng)采用振型作為結(jié)構(gòu)損傷的識別參數(shù)時，一般來說，振型的階數(shù)要取得相對比較高會好一些。
通過對比三種方法在固有頻率和振型方面的差異。三種求解方法各有不同，但都不可避免的存在誤差。分析其產(chǎn)生的原因主要有以下幾個方面：
彌散裂縫模型優(yōu)點(diǎn)在于使用方便，僅用很少的單元就可以得到含裂紋結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)。但是這種模型比較粗糙，受網(wǎng)格密度影響很大，對裂紋影響區(qū)域即裂紋單元長度沒有嚴(yán)格的定義，為了得到準(zhǔn)確的仿真結(jié)果，單元劃分和抗彎剛度減少量要根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果估計、修正。
集中柔度模型的理論基礎(chǔ)好，但是計算復(fù)雜，難以應(yīng)用現(xiàn)有商業(yè)有限元軟件計算，局部柔度的求取依賴于應(yīng)力強(qiáng)度因子，而復(fù)雜結(jié)構(gòu)的應(yīng)力強(qiáng)度因子計算比較困難，計算的精確度直接影響裂紋結(jié)構(gòu)的仿真精度。
六．相關(guān)建議
本文雖然取得了一些有意義的結(jié)論，但由于時間和能力有限，不能對課題進(jìn)行更深入的研究。從課題研究的延續(xù)性和對裂紋結(jié)構(gòu)模型準(zhǔn)確性以及計算精度更高的要求上看，還需要做進(jìn)一步的工作。
由于受到時間的限制，本文主要以懸臂薄板為例，研究了板的動力特性。這種研究方法也可以推廣到其他邊界條件的薄板。
本文在研究含雙裂紋懸臂矩形薄板的動力特性問題中。將裂紋模擬為一細(xì)長菱形，當(dāng)然，這種模擬不一定是最接近現(xiàn)實(shí)模型的，因此可以在裂縫模型的建立上有更多的構(gòu)思，以至于得出的結(jié)果更貼近實(shí)際工程。
參考文獻(xiàn)：
[1]李舜酩.機(jī)械疲勞與可靠性設(shè)計，北京：科學(xué)出版社,2006.
[2]王磊，李家寶.結(jié)構(gòu)分析的有限差分法，北京：人民交通出版社,1982.
[3]胡海巖，機(jī)械振動基礎(chǔ)，北京航空航天大學(xué)出版社，2005.
（專業(yè)代碼：081903 授予工學(xué)碩士學(xué)位）
一、培養(yǎng)目標(biāo)
1、較好地掌握基本理論，樹立愛國主義和集體主義思想，遵紀(jì)守法，具有較強(qiáng)的事業(yè)心和責(zé)任感，具有良好的道德品質(zhì)和學(xué)術(shù)修養(yǎng)，身心健康；
2、系統(tǒng)掌握本學(xué)科堅實(shí)的基礎(chǔ)理論和專門知識，具有從事安全技術(shù)工程領(lǐng)域的科學(xué)研究或獨(dú)立擔(dān)任專門技術(shù)工作的能力；
3、比較熟練地運(yùn)用一門外國語。
二、學(xué)科專業(yè)及研究方向簡介
1、本專業(yè)隸屬的一級學(xué)科為礦業(yè)工程。安全技術(shù)與工程是針對大型基礎(chǔ)設(shè)施的公共安全而發(fā)展起來的一門新型交叉學(xué)科，該學(xué)科以保證大型基礎(chǔ)設(shè)施的安全性和可靠性為目標(biāo)，主要進(jìn)行監(jiān)測技術(shù)、檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)、控制技術(shù)、健康診斷與評價技術(shù)等基礎(chǔ)理論及應(yīng)用技術(shù)研究。該專業(yè)可招收土木工程、交通工程、機(jī)械工程、力學(xué)、安全工程、信息技術(shù)及材料科學(xué)與工程等相關(guān)專業(yè)的本科生。
2、主要研究方向及其內(nèi)容：
1)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與信息處理技術(shù)：主要包括結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)、監(jiān)測與診斷系統(tǒng)、監(jiān)測信息處理技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)等研究。
2)結(jié)構(gòu)健康診斷與安全評估：主要包括結(jié)構(gòu)健康診斷理論和技術(shù)、結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)及安全評估技術(shù)等研究。
3)既有結(jié)構(gòu)性能評估與控制技術(shù)：主要包括既有結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)、仿真分析技術(shù)、承載能力及耐久性評定、壽命評估、結(jié)構(gòu)控制及加固技術(shù)等研究。
4)大型施工機(jī)械安全技術(shù)與工程：主要包括大型施工設(shè)備的設(shè)計、狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷、施工控制與安全管理等研究。
三、培養(yǎng)方式及學(xué)習(xí)年限
1、碩士生的培養(yǎng)方式為導(dǎo)師負(fù)責(zé)制，課程學(xué)習(xí)和科學(xué)研究可以相互交叉。課程學(xué)習(xí)實(shí)行學(xué)分制，一般要求在前一年修滿所要求的學(xué)分。
2、碩士生培養(yǎng)實(shí)行學(xué)年制，學(xué)制2.5年。碩士生的在校學(xué)習(xí)年限為2～3.5年（含休學(xué)）。
四、課程設(shè)置與學(xué)分要求
課程設(shè)置分學(xué)位課和非學(xué)位課兩大類，學(xué)位課分為公共學(xué)位課、基礎(chǔ)理論課、專業(yè)學(xué)位課，非學(xué)位課分為選修課和必修環(huán)節(jié)。碩士生在校期間，應(yīng)修最低學(xué)分為26學(xué)分，其中公共學(xué)位課8學(xué)分，基礎(chǔ)理論課不少于4學(xué)分，專業(yè)學(xué)位課不少于5學(xué)分，選修課不少于5學(xué)分，必修環(huán)節(jié)4學(xué)分，最高學(xué)分不超過34學(xué)分。學(xué)分積要求是學(xué)位課學(xué)分積不少于51，選修課學(xué)分積不少于15，總學(xué)分積不少于66。
課程的考核采取以下幾種方式：
方式A：平時成績（20%）+閉卷考試（80%）的考核方式；
方式B：閉卷考試（50%）+課程論文（50%）的考核方式；
方式C：平時成績（30%）+課程論文或課程設(shè)計（70%）的考核方式；
方式D：考查。
課程
類別課程編號課程名稱學(xué)時學(xué)分開課學(xué)期開課單位考核方式
ⅠⅡⅢ
公共課學(xué)位課
100401自然辯證法322√人文分院B
100402科學(xué)社會主義理論與實(shí)踐161√人文分院B
101201公共外語64+324√√外語系A(chǔ)
100001專業(yè)外語161√B
基 礎(chǔ) 理 論 課111105數(shù)值分析483√數(shù)理系A(chǔ)
111108應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計322√數(shù)理系A(chǔ)
111103隨機(jī)過程483√數(shù)理系A(chǔ)
111003有限元法基礎(chǔ)483√工程力學(xué)系A(chǔ)
專 業(yè) 學(xué) 位 課121701安全系統(tǒng)工程322√大型結(jié)構(gòu)所B
121702現(xiàn)代結(jié)構(gòu)測試原理322√大型結(jié)構(gòu)所B
121703智能材料與結(jié)構(gòu)322√大型結(jié)構(gòu)所B
120101橋梁結(jié)構(gòu)理論483√土木分院A
120102高等結(jié)構(gòu)動力學(xué)42+63√土木分院B
120103高等巖土力學(xué)40+83√土木分院B
120105高等混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)483√土木分院B
120106高等鋼結(jié)構(gòu)理論483√土木分院B
120803數(shù)字信號處理322√電氣分院A
130907模式識別與圖像處理322√計信分院C
選 修 課131701結(jié)構(gòu)工程仿真技術(shù)322√大型結(jié)構(gòu)所C
131702風(fēng)險分析322√大型結(jié)構(gòu)所C
131703結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測實(shí)驗(yàn)技術(shù)322√大型結(jié)構(gòu)所C
131704現(xiàn)代傳感器技術(shù)322√大型結(jié)構(gòu)所C
131705風(fēng)工程概論322√大型結(jié)構(gòu)所C
131706結(jié)構(gòu)振動與控制322√大型結(jié)構(gòu)所C
130118工程抗震24+82 √ 土木分院C
130109彈性薄壁桿件理論322√土木分院C
130116環(huán)境巖土工程與災(zāi)害防治322√土木分院C
131002結(jié)構(gòu)分析及反分析方法322√工程力學(xué)系C
130903嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用322√計信分院C
131201日語161√外語系C
130401人文社科系列講座161√人文分院C
必 修
環(huán) 節(jié)140001科研（教學(xué)）實(shí)踐1√D
140002學(xué)科前沿報告與學(xué)術(shù)活動8次1√√D
141501信息檢索161√圖書館C
補(bǔ)修課程
五、學(xué)位論文要求
學(xué)位論文工作是研究生培養(yǎng)的重要組成部分，是對研究生進(jìn)行科學(xué)研究或承擔(dān)專門技術(shù)工作的全面訓(xùn)練，是培養(yǎng)研究生創(chuàng)新能力、綜合運(yùn)用所學(xué)知識發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題能力的主要環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)研究生文獻(xiàn)閱讀能力、工程設(shè)計能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?shù)據(jù)分析能力和數(shù)據(jù)處理能力、邏輯推理能力和寫作能力的主要環(huán)節(jié)。要求做到：
1、學(xué)位論文的選題必須著重選擇對國民經(jīng)濟(jì)具有一定實(shí)用價值或理論意義的課題，要充分考慮實(shí)驗(yàn)的各種條件、課題的份量與難易程度；學(xué)位論文的選題必須在第三學(xué)期期中（10月底前）完成，開題報告統(tǒng)一交培養(yǎng)單位辦公室。
2、學(xué)位論文必須在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下由研究生獨(dú)立完成，研究工作必須堅持實(shí)踐性、實(shí)驗(yàn)性的原則，論文內(nèi)容應(yīng)以研究生本人從事的實(shí)驗(yàn)、觀測和調(diào)查的材料為主。對所研究的課題要有自己獨(dú)立的見解。
3、碩士生論文科研時間一般不少于1年。
4、學(xué)位論文實(shí)行中期檢查制度，一般應(yīng)在第四學(xué)期（5月底）進(jìn)行，匯報學(xué)位論文工作的進(jìn)展情況，遇到問題和困難及時向?qū)煂で髱椭椭笇?dǎo)，保證論文順利完成。
5、學(xué)位論文送審分兩批進(jìn)行，第一批安排在第五學(xué)期期中，論文送審截止日為11月10日；第二批安排在第六學(xué)期期中，論文送審截止日為4月10日。
6、論文答辯、學(xué)位申請和學(xué)位授予參照《石家莊鐵道學(xué)院學(xué)位授予工作實(shí)施細(xì)則》執(zhí)行。
碩士點(diǎn)負(fù)責(zé)人：
培養(yǎng)單位學(xué)位評定分委員會主席：
（分委員會公章）
年
關(guān)鍵詞：有限元，ANSYS，箱梁橋，自重
在橋梁結(jié)構(gòu)分析中，橋梁結(jié)構(gòu)本身的自重時常占橋梁結(jié)構(gòu)所受荷載的很大部分，準(zhǔn)確模擬橋梁結(jié)構(gòu)自重是常遇問題，橋梁中對等截面連續(xù)梁可看成均布荷載，但如果結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜—例如，變截面連續(xù)梁等，若沿橋梁軸線方向按均布荷載處理就不甚合理。本文用大型通用軟件ANSYS模擬某連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁橋自重為例來說明ANSYS軟件在這方面的應(yīng)用。
1.ANSYS軟件及其工作流程
ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件，由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)，對自然界四大場—力場、流場、熱場、磁場實(shí)現(xiàn)全面分析；ANSYS用戶涵蓋了機(jī)械、航空航天、能源、交通運(yùn)輸、土木建筑、水利、電子、地礦、生物醫(yī)學(xué)、教學(xué)科研等眾多領(lǐng)域，ANSYS是這些領(lǐng)域進(jìn)行國際國內(nèi)分析設(shè)計技術(shù)交流的分析平臺，是一個功能強(qiáng)大的有限元分析程序[1,2,3]。
ANSYS主要由前置處理(Preprocessing)、解題程序(solution)、后置處理 (Postprocessing)以及時間歷程等組成，在前處理方面，ANSYS的實(shí)體建模功能比較完善，提供了完整的布爾運(yùn)算，還提供了拖拉、延伸、旋轉(zhuǎn)、移動、延伸和拷貝實(shí)體模型圖元的功能[1,2,3]。論文參考。在此，采用了ANSYS對該橋的溫度效應(yīng)進(jìn)行仿真分析。
ANSYS具有豐富的單元庫和材料庫，可以對任意結(jié)構(gòu)形式的橋梁進(jìn)行全橋仿真分析，較為精確的反映出橋梁在各種因素下的綜合特征，如橋梁的應(yīng)力應(yīng)變分布、變形等等。
2.工程實(shí)例
某橋橋梁全長287.54m。主橋上部采用35m＋60m＋90m＋60m＋35m預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)-連續(xù)箱梁體系；主橋主墩采用雙薄壁式墩，主橋邊墩采用板式橋墩。橋箱梁橫斷面為單幅箱梁，全寬12.0m。箱梁縱向?yàn)樽兘孛妫兘孛娌糠窒淞毫焊甙炊螔佄锞€（y=0.001829x2）變化，其余箱梁梁高為等高度；頂板、腹板厚為分段線性變截面。主墩墩頂箱梁梁高5.00m，跨中及邊跨支點(diǎn)箱梁梁高2.00m，橋梁縱向線形圖、支點(diǎn)和跨中斷面結(jié)構(gòu)尺寸詳圖見圖2-1、圖2-2和圖2-3。
圖2-1 橋梁縱向箱梁結(jié)構(gòu)圖
圖2-2 支點(diǎn)橫斷面箱梁結(jié)構(gòu)尺寸圖（注：單位cm）
（注：單位cm）
圖2-3 跨中橫斷面箱梁結(jié)構(gòu)尺寸圖（注：單位cm）
3.ANSYS仿真分析
3. 1建模
ANSYS具有豐富的單元庫，常用單元有桿單元（link）、梁單元（beam）、板殼單元（shell）和實(shí)體單元（solid）。單元類型的合理選取很大程度上影響著能否科學(xué)合理的進(jìn)行研究。論文參考。本例選用如圖3-1所示的三維結(jié)構(gòu)實(shí)體單元來模擬結(jié)構(gòu)自重。
圖3-1 ANSYS材料庫中solid65單元圖
定義實(shí)常數(shù)的時候，有三個自由度，包括三個位移自由度X、Y、Z三個方向，由于自重的方向是豎直向下的，因而輸入Y為9.8（m/s2）。
應(yīng)用ANSYS進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的時候需要定義材料特性，材料特性反映材料的基本物理力學(xué)特性，根據(jù)本例需要，現(xiàn)場實(shí)測的彈性模量為3.29×1010（Pa），密度取值為2.5×103（kg/m3）。論文參考。
ANSYS建模的時候，可以采用交互式界面輸入，對于初學(xué)者，對比較簡單的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析的時候可采用這種方法；若結(jié)構(gòu)外形尺寸比較復(fù)雜，ANSYS仿真分析的時候，可以采用命令流的方法。由于本例是變截面箱梁，故采用了命令流的方法，用ANSYS建立的模型如圖3-2：
圖3-2 ANSYS建立的模型圖
用ANSYS進(jìn)行有限元仿真分析的時候，建立模型后需要劃分單元。本例中建立了橋梁的總體模型，為方便起見，用總體單元尺寸的命令流作自由式網(wǎng)格劃分就能滿足要求。劃分完網(wǎng)格后的有限元計算模型如圖3-3：
圖3- 3 ANSYS建立的模型單元劃分圖
3. 2加載與求解
正確合理的加載是ANSYS仿真分析中的關(guān)鍵步驟，在不同的分析中，荷載亦不盡相同，如:位移、集中力、均布力、溫度和電流、電壓、水壓、速度等。ANSYS中的荷載分為六類:DOF(自由度)約束力、力(集中荷載)、表面荷載、體荷載、慣性力以及藕合場荷載[1,2,3,4]。
兩剛構(gòu)墩底部受到基礎(chǔ)各個方向的約束，所以進(jìn)行d,all,all約束，在其他支座和橋臺處受到豎直方向的約束，因而進(jìn)行d,all,uy約束，在有限單元模型上施加約束后的圖形如圖3-4：
圖3-4 ANSYS建立的模型施加約束圖
對以上所有前處理過程進(jìn)行核對無誤后，進(jìn)入求解程序進(jìn)行計算求解。
3.3后置處理
ANSYS有著功能強(qiáng)大的后處理器，借助它可以將解題部分所得的位移、應(yīng)力、應(yīng)變等解答數(shù)據(jù)以各種不同的表示方式顯示出來。
進(jìn)行求解后得到的全橋在自重作用下的變形圖如圖3-5：
圖3-5 ANSYS建立的模型求解后變形圖
進(jìn)行求解后得到的全橋在自重作用下沿橋梁縱向的應(yīng)力圖如圖3-6：
圖3-6 有限元求解后縱橋向應(yīng)力圖
從應(yīng)力圖中，可非常清楚地看出應(yīng)力的分布情況及極值。
ANSYS還可以以列表的形式表示出各節(jié)點(diǎn)的位移或應(yīng)力，同時給出相應(yīng)的極值與節(jié)點(diǎn)編號，并且分析者可以以記事本的方式對文件命名另存。本例跨中節(jié)點(diǎn)位移及最大值如圖3-7：
圖3-7有限元求解后節(jié)點(diǎn)位移輸出圖
4.結(jié)語
由以上分析可知：用ANSYS分析軟件進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)重力的模擬是可行的；利用ANSYS進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)自重仿真分析時，在科學(xué)合理的建立模型、合理的劃分單元、正確施加荷載與約束的情況下，可以有效地對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，并且可以獲得直觀而條理清晰的結(jié)果。
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【關(guān)鍵詞】工業(yè)建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計 概念設(shè)計 結(jié)構(gòu)概念設(shè)計 工業(yè)生產(chǎn) 結(jié)構(gòu)
中圖分類號：[F287.2] 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
一．引言
結(jié)構(gòu)工程時在進(jìn)行設(shè)計時，有大量的工程需要計算，部分內(nèi)容計算方式較為繁瑣，工作量較大。隨了計算機(jī)技術(shù)的成熟和軟件的逐步推廣，建筑的結(jié)構(gòu)分析軟件被應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，解決了結(jié)構(gòu)工程時手工計算的難題，也提高了結(jié)構(gòu)設(shè)計的工作效率，提高了設(shè)計的準(zhǔn)確程度。由于結(jié)構(gòu)計算軟件的節(jié)省了大量的傳統(tǒng)工作，被結(jié)果設(shè)計工程師經(jīng)常使用。在過分依賴軟件的背后，帶來的是設(shè)計的單一，結(jié)構(gòu)設(shè)計變成單純的軟件化，結(jié)構(gòu)設(shè)計職位也變成了熟悉軟件操作即可的基本要求，這造成建筑墨守成規(guī)，缺乏結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。
二．工業(yè)建筑中的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計。
1.工業(yè)建筑的特點(diǎn)。
工業(yè)建筑是進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)的房屋，由于其特有的建筑使用性質(zhì)，在工業(yè)進(jìn)行建筑設(shè)計中，要根據(jù)其特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計。
（1）工業(yè)建筑要密切結(jié)合生產(chǎn)，要滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求，為生產(chǎn)工人創(chuàng)造良好的勞動衛(wèi)生條件，工業(yè)建筑設(shè)計要有利于提高勞動效率和生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量。
（2）工程生產(chǎn)的類別較多，也存在較大的差異。生產(chǎn)類別有輕型也有重型，有熱加工也有冷加工，有的要求開敞，有的要求恒溫，這對建筑在空間布局、體型、室內(nèi)處理、立面和層數(shù)等方面有直接影響。這就要求建筑要根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同特征來設(shè)計不同的建筑廠房。
（3）部分工業(yè)建筑和廠房中需要使用起重機(jī)械和大量的設(shè)備，還有的需要較為高大的敞通空間，在內(nèi)部通風(fēng)、采光、屋面排水、建筑構(gòu)造處理等方面都要比民用建筑復(fù)雜。
2.工業(yè)建筑中的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計。
在建筑設(shè)計中，通過不斷的設(shè)計研究和實(shí)踐，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，并在行業(yè)形成了一系列的設(shè)計規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)圖集和設(shè)計手冊等。近些年來，計算機(jī)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用和普及，計算及結(jié)構(gòu)程序被大量應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)工程中，設(shè)計單位開始拋棄圖版，開始在計算機(jī)上揮動鼠標(biāo)操作。在此表象下，部分結(jié)構(gòu)工程師通常都會形成一種錯覺：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計很簡單，僅僅需要遵循設(shè)計規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)圖集和設(shè)計手冊，在根據(jù)建造師給出的非結(jié)構(gòu)空間方案，利用計算機(jī)完成。在設(shè)計中，結(jié)構(gòu)設(shè)計師變成了拼圖的玩家，被動的操作著建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計。這導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)無法有效運(yùn)用結(jié)構(gòu)工程的知識，同時也容易造成和建造師發(fā)生交流分歧。
在我國現(xiàn)行的《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》 （GBJ68-84）采用了概率理論作為基礎(chǔ)來規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的設(shè)計準(zhǔn)則，要求建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計中要經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)、安全適用。概率極限狀態(tài)雖然較為科學(xué)合理，但在運(yùn)算過程中，還存在一定程度的近似，僅僅能算作近似概率法。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，無法憑借極限狀態(tài)來估計建筑結(jié)構(gòu)的真正承載能力。建筑是一個空間結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)總的各種構(gòu)件通過復(fù)雜的方式來共同工作，且不脫離總的結(jié)構(gòu)體系。在目前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，在空間結(jié)構(gòu)體系的整體研究上存在一定的局限性，導(dǎo)致待設(shè)計中采用了簡化和假定。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師要杜絕盲目的抄寫規(guī)范，而是要將規(guī)范當(dāng)作實(shí)際參考和指南，在實(shí)際的項(xiàng)目設(shè)計中要進(jìn)行合理的搭配和選擇，這就要求結(jié)構(gòu)工程師對建筑整體結(jié)構(gòu)體系和建筑結(jié)構(gòu)分體系二者之間存在的力學(xué)關(guān)系具有較為透徹的認(rèn)知，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要將概念設(shè)計應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計工作中。
概念設(shè)計是通過運(yùn)用清晰的結(jié)構(gòu)概念，不需經(jīng)過數(shù)值計算，依靠結(jié)構(gòu)整體體系和分體系之間的力學(xué)關(guān)系、震害、破壞機(jī)理、工程經(jīng)驗(yàn)和實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象所獲得的設(shè)計原則和設(shè)計思想，對工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)和相關(guān)計算結(jié)構(gòu)進(jìn)行正確分析，綜合考慮結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀況，計算假設(shè)間的差異大小，對建筑結(jié)構(gòu)和構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計。工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計是展現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)工程師的設(shè)計思想的關(guān)鍵，而結(jié)構(gòu)工程師主要任務(wù)是要在一定的建筑功能和生產(chǎn)工藝要求下完成建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計，要妥善處理建筑和結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)和構(gòu)件、結(jié)構(gòu)和工藝、結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，其最終目標(biāo)是要設(shè)計出合理的產(chǎn)品。計算機(jī)軟件也存在一定的局限性，無法適應(yīng)處理所有的建筑結(jié)構(gòu)問題，在實(shí)際設(shè)計中，也無法大量的運(yùn)用計算機(jī)軟件來準(zhǔn)確的進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件分析，這就要求工業(yè)建筑設(shè)計中要強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計的重要性，通過結(jié)構(gòu)概念設(shè)計和結(jié)構(gòu)措施來設(shè)計最終的合理的建筑結(jié)構(gòu)。
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，計算機(jī)程序的計算結(jié)果是根據(jù)設(shè)計中的不同工況而提供的不同數(shù)據(jù)，但到底是何種工況才是最適合的工況，哪種工況結(jié)果是最需要的結(jié)果，這類問題需要結(jié)合不同的工況計算來綜合分析，在此情況下，建筑結(jié)構(gòu)工程師要加強(qiáng)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的應(yīng)用，才能準(zhǔn)確判斷出計算機(jī)計算結(jié)果的準(zhǔn)確性和合理性，而最終篩選出需要的結(jié)果。
在工業(yè)建筑的初步設(shè)計階段、方案設(shè)計階段中，無法完全借助計算機(jī)的結(jié)構(gòu)計算分析軟件來處理，這需要結(jié)構(gòu)工程師對建筑結(jié)構(gòu)布置和結(jié)構(gòu)體系根據(jù)工藝的布置方案來做出相應(yīng)的規(guī)劃，必要時候要進(jìn)行建模計算，提高最終設(shè)計方案的合理性和可行性。在確定方案時，要和大工藝的設(shè)備選型相輔相成，要滿足大型設(shè)備的獨(dú)特需求。大型設(shè)備的生產(chǎn)制作周期較長，一般在得到相關(guān)責(zé)任人審查后，施工建設(shè)單位才會開始聯(lián)系相關(guān)的設(shè)備制造商，開始提供供貨，在此階段中，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案要成為下階段施工設(shè)計的依據(jù)，一旦此時忽略了大型設(shè)備的影響，或是對其他項(xiàng)目考慮不周，會導(dǎo)致下階段非常麻煩，更有甚者導(dǎo)致項(xiàng)目無法進(jìn)行。結(jié)構(gòu)設(shè)計工程時在初步設(shè)計階段和方案設(shè)計階段中，要綜合運(yùn)行結(jié)構(gòu)概念，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，選擇建筑結(jié)構(gòu)性能較好，較為經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)方案，運(yùn)用結(jié)構(gòu)概念，在深刻了解結(jié)構(gòu)性能的基礎(chǔ)上，靈活運(yùn)用到結(jié)構(gòu)設(shè)計中。結(jié)合結(jié)構(gòu)分析軟件，建立合理的簡化模型，利用計算機(jī)結(jié)構(gòu)分析軟件的優(yōu)勢，提供經(jīng)濟(jì)合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，為施工圖設(shè)計做好充分準(zhǔn)備。
另外，隨著社會的發(fā)展，未來出現(xiàn)大型和超大型的工業(yè)建筑會越來越多，其建筑的體型也會越來越復(fù)雜，鋼結(jié)構(gòu)會大量的應(yīng)用到工業(yè)建筑中，這就要建筑結(jié)構(gòu)提高設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和要求，在滿足工程進(jìn)步和生產(chǎn)工藝要求的同時，要將鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合使用，在提高施工進(jìn)度的同時，要便于后期的安裝。要提高建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計，改善計算機(jī)分析軟件的滯后性，逐步完善結(jié)構(gòu)分析的功能。在利用計算機(jī)軟件的基礎(chǔ)上，融入結(jié)構(gòu)概念，通過恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計、假定、簡化，使計算機(jī)分析更接近真值，保證計算分析結(jié)果的有效、合理、可行。
五．結(jié)束語。
工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，在總結(jié)設(shè)計經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，融入結(jié)構(gòu)概念設(shè)計，這要求結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師要富于創(chuàng)新，并要有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過建造師的協(xié)同，來提高工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：靜力彈塑性；大跨徑斜拉橋索塔；加載模式；能力譜；需求譜
中圖分類號：U448 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2009）15-0168-02
一、理論分析
（一）工程簡介
某斜拉橋主橋?yàn)?84米+460米+184米塔雙索面PC梁斜拉橋，全長828m。全幅橋采用采用分離式箱型斷面，半漂浮體系，索塔選用H塔形，各設(shè)兩道橫梁系，將索塔分為上塔柱、中塔柱和下塔柱三部分。索塔采用箱型截面，索塔內(nèi)采用角鋼組拼成勁性骨架。
橋墩僅設(shè)置一個交界墩，兩岸均設(shè)輔助墩，輔助墩由雙柱式樁基礎(chǔ)組成，每隔輔助墩對應(yīng)一個箱梁。樁基礎(chǔ)為支持樁，由21根樁徑為2.5米群樁組成，樁基嵌入弱風(fēng)化層，為嵌巖樁。
斜拉索：采用￠15.24環(huán)氧噴涂鋼絞線，主橋斜拉索共有六種規(guī)格，共計304根。
（二）索塔橫向靜力彈塑性分析模型
斜拉橋?yàn)槿嵝越Y(jié)構(gòu)，基本周期較長，在地震作用下的受力一般不會很大，但在罕遇地震作用下，塔柱有可能屈服進(jìn)入塑性工作階段。索塔由于斜拉索的約束，剛性大大增強(qiáng)，以主塔振動為主的振型出現(xiàn)的較晚，斜拉索對主塔縱向的約束遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于橫向，以主塔縱向振動為主的振型遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于橫向。對索塔而言，結(jié)構(gòu)橫橋向響主要由其第二振型控制。本文選取剛度相對較弱的索塔橫向進(jìn)行push-over分析，由于南塔和北塔基本對稱性，本文選取南塔進(jìn)行靜力彈塑性分析，如圖1所示：
（三）push-over分析能力曲線
考慮到主梁橫向振動使斜拉索產(chǎn)生對索塔的水平推力而采用均布荷載模式，參照一般梁橋橋墩所采用的水平荷載模式，最終采用均布、倒三角和塔頂集中力三種水平荷載模式對主塔進(jìn)行橫橋向靜力彈塑性推倒分析，考慮斜拉索對索塔的橫向約束及主梁振動對主塔影響的等效結(jié)構(gòu)。通過自振頻率與原結(jié)構(gòu)相等的原則，對索塔錨固點(diǎn)及索塔與主梁之間的橫向限位支座點(diǎn)處附加剛度和附加質(zhì)量。經(jīng)過試算南塔錨固點(diǎn)和索塔橫向限位支座點(diǎn)處把剛度增大10%，質(zhì)量增加5%。
計算獲得總水平力V和塔頂橫向位移的關(guān)系曲線，如圖2所示：
均布荷載模式下，整個結(jié)構(gòu)塑性得到充分發(fā)揮，倒塌時需要的總水平力最大，而塔頂集中力荷載模式下，主塔倒塌時的總水平力最小。塔頂集中力水平荷載模式是偏于保守的一種極限狀態(tài)。
由斜拉橋動力特性分析可以獲得斜拉橋南塔橫向振動的振型函數(shù)，將已經(jīng)獲得的push-over分析曲線轉(zhuǎn)換成A-D（Acceleration-Displacement）格式能力曲線，如圖3所示：
二、抗震性能評價
能力譜與不同的需求反應(yīng)譜相交。最終要在這些交點(diǎn)中，確定出一個作為相點(diǎn)。在一個交點(diǎn)處，由能力譜計算得到的延性系數(shù)應(yīng)當(dāng)與需求反應(yīng)譜的延性值匹配。將A-D格式的能力譜與需求譜繪于同一個圖表中，如圖4所示，可以看出，斜拉橋在7度罕遇地震（水平地震影響系數(shù)α=0.5）和8度遇地震（水平地震影響系數(shù)α=0.9）作用下，不管采用哪種水平荷載模式，主依然處在彈性工作階段；在9度罕遇地震（水平地震影響系數(shù)α=1.4）作用時，集中荷載模式下，能力曲線與彈性需求譜曲線（μ=1）的交點(diǎn)坐標(biāo)為（0.2231，2.0390），達(dá)到極限應(yīng)力。
三、結(jié)論
1．本文對大跨度斜拉橋的主塔進(jìn)行橫橋向的push-over分析，得到塔頂橫向位移和總水平力之間的關(guān)系曲線，并轉(zhuǎn)化成能力譜。將能力譜曲線與需求譜曲線繪制在同一張圖中，對斜拉橋的抗震性能進(jìn)行評價。在Ⅱ類場地7度罕遇地震作用下，左、右主塔均在彈性工作階段。在9度罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)已接近破壞。
2．靜力彈塑性（Pushover）分析比一般的非線性時程分析簡單，方便，快捷，同時也能得到較合理的數(shù)值結(jié)果。易于工程師在設(shè)計中掌握和應(yīng)用，在今后的橋梁的設(shè)計中，不失為一種簡單的抗震設(shè)計驗(yàn)算方法。
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關(guān)鍵詞：拱橋;施工控制;施工管理
Abstract: more than ten years, big span concrete filled steel tube arch bridge in our country is developing very quickly in engineering practice had been used widely, not only the number of building increase gradually, span also is growing larger, so to construction technology, construction control requirements are constantly improved. Based on the east lake bridge engineering background, the main research of concrete filled steel tube arch bridge construction control theory, this paper studies the coagulation steel tube arch bridge arch rib construction method, and analyses the concrete filled steel tube arch bridge arch rib construction method, and points out that the development of concrete filled steel tube from main problem is the construction problems. Combined with the construction of the east lake bridge concrete filled steel tube arch bridge construction method for the construction control of study to lay the foundation.
Keywords: arch bridge; Construction control; Construction management
中圖分類號：TU71文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：
1. 概述
在大跨度鋼管混凝土拱橋的實(shí)際施工中，雖然可采用各種施工計算方法算出各施工階段的位移值、撓度、預(yù)拋高值，但當(dāng)按這些理論值進(jìn)行施工時，結(jié)構(gòu)的實(shí)際變形卻不一定能達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。這主要是由于施工中的測量誤差、觀測誤差、安裝誤差等;或者是由于設(shè)計時所采用的設(shè)計參數(shù)，諸如材料的彈性模量、構(gòu)件自重、施工臨時荷載的條件等，與實(shí)際工程中所表現(xiàn)出來的參數(shù)不完全一致而引起的。這種偏差隨著鋼管混凝土拱橋拱肋施工長度的增加，會逐漸累積，必須進(jìn)行有效的控制和必要的調(diào)整。否則，鋼管混凝土拱橋的拱肋標(biāo)高將偏離控制目標(biāo)，從而會造成合龍困難，并會影響成橋后的線形和橋面行車等使用功能。再說，橋梁實(shí)際施工的施工因素造成的影響是設(shè)計中無法預(yù)見的，要針對具體的情況，在施工過程中進(jìn)行適當(dāng)和必要的調(diào)整，施工控制正是解決問題的有效途徑。
同時，在施工過程中拱橋的安全是十分重要。據(jù)統(tǒng)計，拱橋的垮塌事故大多發(fā)生在施工過程中，所以，對于大跨度拱橋，包括大跨度鋼管混凝土拱橋在施工過程中的變形及受力必須進(jìn)行施工監(jiān)控，避免結(jié)構(gòu)在施工過程中出現(xiàn)失穩(wěn)或過大的應(yīng)力，而造成事故。大跨徑鋼管混凝上拱橋建成后，拱軸線是否與設(shè)計拱軸線相吻合，受力是否合理主要取決于:①施工質(zhì)量;②施工控制技術(shù);③設(shè)計質(zhì)量。從某種意義講，施工控制技術(shù)是大跨徑鋼管混凝土拱橋建設(shè)的關(guān)鍵之一，目前，正日益受到橋梁工作者的關(guān)注和重視。因此，橋梁在施工過程中必須加強(qiáng)現(xiàn)場施工控制工作。
2. 施工控制方法
2.1 閉環(huán)反饋控制
閉環(huán)反饋控制作為控制論的一個基本概念，是指被控的輸出以一定方式返回到作為控制的輸入端，并對輸入端施加控制影響的一種控制關(guān)系。對于較復(fù)雜橋型，由于實(shí)際施工狀態(tài)和計算采用模型的參數(shù)等狀態(tài)之’間存在差異，隨著結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的增加、橋梁跨度的增大，在每個施工階段的積累誤差將越來越大，以至不可忽略，否則到施工結(jié)束時結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和線形將較顯著地偏離設(shè)計目標(biāo)的成橋狀態(tài)。因此，在施工中的每個階段出現(xiàn)誤差之后，就必須及時識別并加以糾正，而控制量的大小和糾正的措施是必須由誤差經(jīng)反饋計算所確定的，這就形成了一個閉環(huán)反饋控制過程。
2.2自適應(yīng)控制
在閉環(huán)反饋控制的基礎(chǔ)上，再加上一個系統(tǒng)辨識過程稱為自適應(yīng)控制，整個控制系統(tǒng)就成為自適應(yīng)控制系統(tǒng)誤差識別過程。當(dāng)結(jié)構(gòu)模型計算結(jié)果與測量到的受力狀態(tài)不相符時，在參數(shù)辨識算法中輸入誤差去調(diào)節(jié)計算模型的參數(shù)，使模型的實(shí)際測量到的結(jié)果與輸出結(jié)果相一致，得到修正后的計算模型參數(shù)，重新計算各施工階段的理想狀態(tài)，結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制按反饋控制方法進(jìn)行，這樣，經(jīng)過幾個工況的反復(fù)辨識后，計算模型就與實(shí)際結(jié)構(gòu)基本上相一致了，在此基礎(chǔ)上可以對施工狀態(tài)進(jìn)行更好的控制。該方法目前被廣泛采用，并認(rèn)為是較合理的施工控制方法之一。
2.3開環(huán)控制
對于結(jié)構(gòu)和施工較簡單的橋梁常采用開環(huán)控制，控制時，一般按照設(shè)計施工圖進(jìn)行施工，施工完成后的結(jié)構(gòu)就基本上能達(dá)到設(shè)計和規(guī)范所要求的內(nèi)力狀態(tài)和線形。這種控制方法就是一個開環(huán)的施工控制過程，與閉環(huán)控制相比沒有反饋。在開環(huán)控制方法中，控制是單向的，并不需要像閉環(huán)反饋控制那樣根據(jù)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)來改變施工中的內(nèi)力和變形。在各構(gòu)件的安裝和制造精度高，或者結(jié)構(gòu)安裝和制造誤差的影響不大時，這種方法是方便可行的，大部分中小橋采用的都是這種方法進(jìn)行施工控制。但這種控制方法沒有控制誤差和修正誤差的能力。
3. 橋梁施工控制結(jié)構(gòu)分析方法
橋梁施工控制時需預(yù)先計算結(jié)構(gòu)各施工階段的內(nèi)力和變位，確定各施工階段的結(jié)構(gòu)線形，以使結(jié)構(gòu)能達(dá)到最佳設(shè)計成橋狀態(tài)。在實(shí)際施工中，橋梁施工控制結(jié)構(gòu)分析方法一般采取倒退分析、前進(jìn)分析、無應(yīng)力狀態(tài)法，以及三者相結(jié)合的綜合方法，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算機(jī)實(shí)時分析和跟蹤控制。
