杆系结构

摘要： 为了高效求解杆系结构的静力稳定性问题,本文基于多点位移控制算法和近似Woodbury法,提出了一种静力推覆分析方法。该方法以Woodbury公式为理论基础,对多点位移控制的平衡方程进行展开,并结合隔离非线性理论形成了具有刚度矩阵弹塑性分离形式的控制方程,采用近似Woodbury法对控制方程进行高效求解,避免在稳定性分析中整体刚度矩阵的实时求逆运算。通过数值模拟验证了本文方法的有效性和精确性,结果表明:该方法能够较好地追踪失稳后的非线性平衡路径,获得下降段曲线,处理负刚度问题。最后,将本文方法应用于某框架结构的静力稳定性分析中,论证了该方法能高效地获得荷载-位移全过程曲线,完整反映结构的承载力、稳定性及刚度的整个变化历程。

摘要： 液压支架是重要的井下综合机械化开采支撑设备,由于液压支架的承载较大,对其结构的稳定性具有较高的要求。采用有限元分析的方式,对不同极限位置的液压支架的杆系结构进行分析。结果表明,液压支架的工作位置越低,则其结构的稳定性越差,对其性能要求越高,在实际的应用中,应尽量避免液压支架在最低位工作。同时,采用体积优化的方式对液压支架整体结构进行优化,降低其总重量,改善应力分布。

摘要： 为提升结构整体性能和抗震性能,基于结构构件应变能对材料弹性模量的敏感性及其失效后结构的应变能变化量,建立了结构易损性与冗余度评价指标,以衡量在地震作用下构件发生破坏的容易程度及其失效后对结构整体性能的影响.考虑地震作用下结构构件冗余度及易损性差异,通过加强低冗余-高易损构件,同时削弱高冗余-低易损构件,合理调整各类构件截面面积.结果 表明,构件的冗余度和易损性可以准确反映地震作用下结构构件的重要性及发生破坏的容易程度,考虑构件冗余度及易损性差异,调整结构构件面积,可有效提升结构的整体性能及抗震性能.

摘要： 杆系结构几何非线性分析计算方法较多,目前对于如何根据实际问题选择合适方法的研究很少,而选择合适的几何非线性分析计算方法对计算效率及结果的准确性十分重要.文中在前人研究的基础上,选取2个平面杆系结构、2个空间杆系结构,分别编制适用于大变形几何非线性分析的有限元程序,对比分析荷载增量法、New ton-Raphson法(简称NR法)、弧长法3种方法对求解该类问题的适用性、效率及准确性,提出适用于平面及空间杆系结构几何非线性分析的一般步骤及方法选择依据.

摘要： 杆系DEM(离散元,discrete element method)是求解结构强非线性问题的有效方法,但随着结构数值计算规模的扩大,杆系DEM所需要的计算时间也随之急剧膨胀。为了提高杆系DEM的计算效率,该研究提出单元级并行、节点级并行的计算方法,基于CPU-GPU异构平台,建构了杆系DEM并行计算框架,编制了相应的几何非线性计算程序,实现了杆系DEM的GPU多线程并行计算。对杆系DEM并行算法的设计主要包括数据存储方式、GPU线程计算模式、节点物理量集成方式以及数据传输优化。最后采用大型三维框架、球壳结构模型分别验证了杆系DEM并行算法的计算精度,并对杆系DEM并行算法进行了计算性能测试,测试结果表明杆系DEM并行算法加速比最高可达12.7倍。

摘要： 为合理评价构件在结构中的重要性,以构件材料的弹性模量为基本参数,并考虑构件刚度变化产生的影响,基于构件应变能对材料弹性模量的敏感性,建立了构件冗余度及其易损性评价指标,以衡量构件的脆弱性和冗余特性.在此基础上将构件的重要性指标定义为构件易损性系数与冗余度系数的比值,实现构件重要性的分类量化.结果 表明,采用的构件重要性评价指标能正确反映构件在结构中的重要性,重要性系数高的构件为结构的高易损-低冗余构件,是结构的关键部位和薄弱环节所在,其失效后对结构整体性能的影响较大.加强高易损-低冗余关键构件对于提高结构的整体性能和抗连续倒塌的能力具有重要作用.

摘要： 为了在杆系结构设计与优化中有效地应用弹性模量缩减法,分别对弹性模量缩减法影响因素、影响规律及其相应参数取值进行研究.研究遴选出构件网格密度、迭代收敛容差、考虑内力项数作为弹性模量缩减法极限承载力分析的主要影响因素,对比分析了上述影响因素对弹性模量缩减法计算效率和精度的影响规律,并据此给出了各计算参数在杆系结构利用弹性模量缩减法进行极限承载力分析中的合理取值建议.研究表明:杆系结构构件网格宜划分为2～8个单元;收敛容差建议不大于0.001;平面杆系结构仅考虑弯矩作用便可高精度地求得结构极限承载力,空间杆系结构则建议同时考虑弯矩和轴力作用求解结构极限承载力.

摘要： 结构优化设计中的灵敏度分析是指约束函数对优化设计变量的导数,它是最优准则法等许多结构优化算法能够高效迭代收敛计算的基础.本文首先阐述了有限差分法及基于虚功原理的简化法在约束函数灵敏度分析上的不足,然后从有限单元法求解的逆过程出发,根据线弹性分析中的空间梁单元刚度矩阵元素的组成特点,提出了基于通用有限元软件计算结果的空间梁单元杆端结点内力、结点位移及杆端应力等灵敏度分析的解析表达式,最后通过两个算例对本文提出的算法进行了验证.结果 表明:利用本文所提出的相关灵敏度计算的解析表达,只需进行一次线弹性结构分析,并将有限元分析结果当作已知量,即可方便且准确地得到线性结构系统的位移及应力灵敏度.另外,本文利用大型通用有限元软件SAP2000基于MATLAB系统的应用程序接口(API)开发环境,实现了两款软件的数据交互及无缝链接进行灵敏度分析的高效平台,本文提出的方法适用于大型复杂结构的灵敏度分析并可为其他工程结构优化提供参考.

摘要： 为提高荷载作用下结构抵抗倒塌破坏的能力,该文基于构件应变能对材料弹性模量的敏感性及构件失效后对结构应变能的影响,提出了静载下的构件易损性及其冗余度评价指标,以衡量构件受损破坏的容易性及其失效后对结构整体性能的影响。在此基础上通过加强冗余低、易损性高的构件,同时对冗余度高、易损性低的构件进行适当削弱,充分发挥各构件在结构中的作用,使构件的破坏顺序发生转变。结果表明,构件的易损性、冗余度系数值的大小能够反映构件发生破坏的容易性及其失效对结构整体性能的影响。根据构件的冗余度、易损性分布,通过调整构件的截面面积,可以实现结构“低易损-高冗余”非重要构件的破坏先于“高易损-低冗余”结构关键构件,从而改变荷载作用下的结构破坏路径,有效提升了结构的极限承载能力和抗连续倒塌的能力。

摘要： 为杆系结构的安全性与合理设计提供科学性依据,本文基于冗余度理论提出一种定量评价铰接杆系结构构件重要性的方法.首先,基于单元冗余度分布的均衡性,定义杆系结构单元冗余度标准差和单元冗余度平均值的商为结构冗余度分布系数.其次,通过考察拆除不同构件的情况下,剩余结构冗余度分布系数的大小来定量分析杆系结构构件重要性,并定义剩余结构冗余度分布系数为构件重要性系数.算例分析表明,冗余度分布系数可以反映结构分布的均匀性,本文方法可以定量评价杆系结构构件重要性:结构冗余度分布系数越小则结构冗余分布越均匀,结构鲁棒性越好;构件j对应的剩余结构单元冗余度分布系数越大,说明拆除杆件j对结构鲁棒性的影响越大,构件重要性越高.

摘要： 通过合理添加支撑构件修正框架结构形态,具有重要的工程应用价值.基于以往研究成果,针对框架结构进行形态创构方法的应用研究,通过灵活使用节点移动和单元增减操作对框架结构形态修正,对不同荷载、不同初始形态下的框架结构合理形态进行探讨.结果表明,杆系结构形态创构方法可有效提高结构承载效率,使框架结构的主要内力从弯矩逐步转化为轴力.该方法为框架结构的形态设计提供了一种新的设计思路.

摘要： 本文围绕建筑与结构之间的协调统一问题，对空间结构的形态创构进行了论述，详细介绍了作者团队近些年的主要科研成果，其中包括“杆系结构改进进化论方法”、“基于机构系统的结构形态创构方法”、“并行遗传算法”及其综合运用，这三种方法都是均是围绕结构形态创构问题的数学模型从不同角度展开，分别有着各自的适用结构形式，并综合应用多种方法对空间结构形态进行创构，根据建筑意图、结构、环境和设备等条件设定设计域，既保证了结构的安全，又提高了结构传力的有效性。通过算例证实了它们是实现建筑与结构协调统一的有利工具，可以用于多种结构形式的形态创构中，得到的最终结构力学性能显著提高，形式美观，实用性也较强，对于建筑结构尤其是复杂新颖的结构设计有很高的应用价值。

摘要： 随着结构设计技术的创新和新型结构形式的不断涌现,现代结构向着轻质、大体量和多样化的方向发展,出现了许多大跨度空间结构,其中铰接杆系结构运用广泛.这些铰接杆系结构杆件数量众多,个别杆件对误差敏感性强,缺陷会在单元上引起较大的内力变化,需要高精度的制造.因此,有必要对杆系结构杆件误差的敏感性进行分析,提出简捷的分析方法,为结构设计与施工提供有效的指导.基于冗余度理论推导得到的内力-杆长误差表达式，可以从理论上解释静定和静不定杆系结构内力和杆长误差之间的关系：对于静定杆系结构，其冗余度矩阵为零矩阵，杆件安装误差不会引起结构内力重分布，静定杆系结构对杆件误差不敏感；对于静不定杆系结构，其冗余度矩阵不为零矩阵，杆件安装误差会引起结构内力重分布；静不定杆系结构中的静定杆对静不定杆的影响不大，可先剔除结构中的静定杆件再进行误差敏感性分析。基于此的内力计算方法，能准确计算小位移条件下杆系结构初始安装误差引起的内力变化。

摘要： Mathcad把强大的计算功能和可读性完美地结合起来,是一种广受工程师欢迎的交互式数学软件.通过杆系结构的刚度矩阵的合成和内力计算,来简略说明Mathcad进行有限元计算的方便性和实用性.采用Mathcad编程，快速而准确的计算出杆件结构的内力和位移，把有限元理论和实际应用完美的结合起来。它的一目了然，通俗易懂，对有限元的理解有很大的帮助，并且对编程计算能力也有很大的好处。作为广受工程师欢迎的软件，以它的可视性强、自动运算能力、程序编辑器及绘图能力等诸多优点，必将在工程界作出很大贡献。

摘要： 基于萤火虫算法的基本原理及相应的改进策略,研究了离散变量杆系结构的拓扑优化问题.通过对初始萤火虫位置和位置更新公式进行离散,以使该算法适用于离散变量优化问题;同时,为克服在优化初期寻优速度慢的问题,对公式中的吸引力项进行改进,提出一种兼顾寻优效果和收敛速度的改进萤火虫算法.以基结构法为结构初始拓扑生成方法,以杆件截面为优化变量,以结构质量最轻为优化目标,提出了一种基于改进萤火虫算法的杆系结构拓扑优化方法.利用该方法分别对平面桁架和空间桁架结构进行拓扑优化分析,证明了所提方法的可行性和高效性.

摘要： 本文基于Timenshenko 梁理论推导出各向异性材料的杆系结构杆件铰接情况下的回传波射矩阵表达式.通过建立节点静力平衡方程和协调方程,推导出表达杆件近端位移和远端位移关系的传递分配矩阵及载荷源向量,并由局部坐标系下近端位移和远端位移的关系得出结构的总体相位矩阵及转列矩阵,进而导出结构的回传波矩阵.在此基础上,通过求解以杆端位移为基本未知量的线性方程组,最终得到所有杆件的杆端位移及杆端内力.将算例结果与有限元结果进行比较,验证了回传波射矩阵法的正确性及精度,并讨论材料各向异性及高跨比对结构变形的影响.

摘要： 本文首先介绍了最小势能原理的有关概念.阐述了在实际应用于解杆系结构中遇到的问题,本文以一个杆系结构的典型题目为例,探讨了在杆系结构中忽略了二阶小量对实际位移的影响.

摘要： 结构易损性反映了结构在意外事件中受到损伤后抵抗连续倒塌的能力,近年来对提高结构易损性增强其抗倒塌能力的研究逐步受到学术界和工程界的重视.本文通过考察结构中的能量流动情况,建立结构能量流动变化的矩阵描述——结构的流动能量变化矩阵、留驻能量变化矩阵,并由此构造出结构能量综合变化矩阵.该矩阵的特点在于不仅考虑了某特定杆件受到损伤后对结构其他部分的影响,同时考虑了结构中其他部分构件受到损伤后该特定杆件自身受到的影响;由此可以计算该特定杆件的重要性系数,并进行排序以确定最重要杆件.基于假设移除法假设最重要杆件首先破坏,则可以确定一系列的杆件破坏结构及又该序列组成的关键破坏模式.类比于微积分中的链式法则,由确定的最重要杆件序列的重要性系数确定结构的易损性指标.在算例中首先通过一系列的典型结构说明本文建议的易损性指标计算方法的合理性,然后通过典型框架结构在自重荷载及自重和地震作用同时作用时的易损性分析说明其在工程设计中的初步应用.

摘要： 现代工程中有很多机构体系应用.为适应其施工成型或使用需要,通常需要得到机构在当前构型下的机构位移模态.既有研究都利用奇异值分解法(SVD法)求解体系的机构位移模态,面对实际工程,这个方法存在效率下降,计算机资源开销大的缺点.本文利用正交变换将机构体系的平衡矩阵转化为具有特殊性质的等效矩阵,使用Lancsoz法求解体系的机构位移模态.本文利用两个算例证明了方法的有效性.本文通过考察既有研究中求解大规模杆系机构的机构位移模态的数值方法，发现其用于实际工程中产生的不足。通过构造等价矩阵，将平衡矩阵的奇异值分解问题转化为等价矩阵的部分特征值求解问题，并利用对称Lancsoz法进行求解。本文利用两个算例说明了本文提出的计算过程能够精确的计算机构系统的机构位移模态，且相对于传统的计算方法计算效率具有明显提升。

摘要： 现代工程中有很多机构体系应用.为适应其施工成型或使用需要,通常需要得到机构在当前构型下的机构位移模态.既有研究都利用奇异值分解法(SVD法)求解体系的机构位移模态,面对实际工程,这个方法存在效率下降,计算机资源开销大的缺点.本文利用正交变换将机构体系的平衡矩阵转化为具有特殊性质的等效矩阵,使用Lancsoz法求解体系的机构位移模态.本文利用两个算例证明了方法的有效性.本文通过考察既有研究中求解大规模杆系机构的机构位移模态的数值方法，发现其用于实际工程中产生的不足。通过构造等价矩阵，将平衡矩阵的奇异值分解问题转化为等价矩阵的部分特征值求解问题，并利用对称Lancsoz法进行求解。本文利用两个算例说明了本文提出的计算过程能够精确的计算机构系统的机构位移模态，且相对于传统的计算方法计算效率具有明显提升。

摘要： 本发明公开了一种新型系杆拱桥结构及附属的系杆布置方法，包括主拱拱肋结构，主拱拱肋结构一侧设有中跨系杆，另一侧设有边跨系杆和通长系杆，中跨系杆一端通过系杆锚固件锚固于主拱拱肋结构和主梁梁端处；边跨系杆一端通过系杆锚固件二锚固于主拱拱肋结构内侧和主梁处；通长系杆锚固于主梁间。本发明与现有技术相比的优点在于：有效的利用系杆拱桥中三类系杆的作用，增加整体结构的稳定性及降低了施工难度，为运营阶段不中断交通调节结构内力及更换系杆提供了条件，实现了全寿命周期管理。

摘要： 一种塔型杆系钢结构塔身主杆失稳损伤发生位置两步诊断法，包括：诊断准备：将塔型杆系钢结构按节点层分成若干子区域，每一节点层上设置加速度传感器；第一步：使完好和有损伤结构分别产生振动，采集各节点层加速度响应信息，用小波包方法对各节点层进行小波包分解与重构，获得第J层2

摘要： 本发明涉及一种能够在结构的两个紧固点处紧固的系杆(13)，所述系杆(13)具有包括第一圆形开口(17)的第一紧固端部(15)和包括第二圆形开口(18)的第二紧固端部(16)。根据本发明，该系杆(13)具有垫圈(19)，该垫圈设置有偏心孔口(21)，所述垫圈(19)被同心地接纳在该第二圆形开口(18)中并且在所述第二圆形开口(18)中可旋转地移动以修改该偏心孔口(21)的位置，以便改变所述偏心孔口(21)与该第一圆形开口(17)之间的轴间紧固距离。

摘要： 本实用新型涉及一种飞燕式系杆拱桥的系杆更换结构，包括主拱和边拱，所述边拱位于主拱的两端，所述边拱的下方设置有边拱支架，主拱的两端之间设置有临时系杆，所述边拱远离主拱的一端连接有系杆锚固段，所述系杆锚固段的下方设置有用于支撑系杆锚固段的支撑架。本实用新型能够对边拱和主拱进行稳定地支撑，在保持边拱和主拱安全稳定的前提下更换系杆，实现可控、可调、可查、可换的飞燕式系杆拱桥系杆更换。

摘要： 一种自适应系杆拱桥纵系梁结构，包括横梁、纵梁、端纵梁和端纵梁支座盒。所述端纵梁支座盒与主拱圈底部连接；所述端纵梁安装在横梁和主拱圈之间，其一侧与横梁固接，另一侧放置于端纵梁支座盒中。本实用新型端纵梁支座盒的设置不仅可以有效地满足纵梁在纵桥向的自由伸缩，而且可大大提高主拱圈处吊杆及横梁的安全性。

摘要： 本实用新型公开了一种下承式全钢结构系杆拱桥的步履式顶推导梁结构，该步履式顶推导梁结构的宽度与主桥桥面系梁的宽度相等，步履式顶推导梁结构包括：导梁系梁，该导梁系梁设置在步履式顶推导梁结构的两侧，并且两侧的导梁系梁对称设置；以及多组连接横撑，多组连接横撑间隔设置在两侧的导梁系梁之间，并且连接横撑的两端分别与两侧的导梁系梁固定连接；其中，导梁系梁包括变截面前段和非变截面后段，变截面前段包括第一变截面段、第二变截面段和第三变截面段，非变截面后段的截面尺寸保持不变。本实用新型的步履式顶推导梁结构解决了钢箱梁在顶推施工中因自重大存在较大风险的问题。

摘要： 本发明提供了一种模块化结构力学实验平台拓展式杆系结构，包括变截面标准杆件、节点连接和加固盖板，变截面标准杆件通过节点连接部件连接形成实验结构，可实现变截面标准杆件之间或变截面标准杆件与支座之间的铰接或刚接连接；变截面标准杆件的端部缩窄使杆端形成变截面，以保证与节点连接部件相连时截面刚度的连续性；加固盖板与所述节点连接部件连接，用于提升节点刚度。本发明节点连接部件的设计可实现变截面标准杆件与节点的刚接与铰接，同时根据变截面标准杆件两端不同的连接方式，还能确定变截面标准杆件的计算长度，更精确地进行理论计算，有利于教学实验的理论分析。

摘要： 本申请涉及一种空间杆系结构重要监测杆件确定方法、装置及设备，属于土木工程结构健康监测传感器测点位置选择技术领域，该方法通过对获取目标结构中各杆件的刚度重要性指标、稳定性重要性指标、耗能重要性指标及强度重要性指标，多指标进行分析，基于多目标遗传算法综合考虑多角度分析的杆件重要性差异确定重要杆件，基于选取的重要杆件对结构整体的状态进行评估，从而为结构健康监测测点位置的选择提供指导建议。通过本申请提供的技术方案有助于实现结构中重要杆件选取，能综合考虑多角度分析的重要杆件存在差异的问题，从而为结构健康监测测点位置的选择提供指导建议。

摘要： 本发明涉及一种基于杆系结构模型的载荷扩散结构优化方法，该方法包括：(1)在集中载荷点和扩散点之间建立杆系结构形成载荷扩散结构，初始化结构参数；(2)建立杆系结构的有限元模型，对扩散点施加固定约束，集中载荷点施加载荷；(3)以结构的强度和稳定性为约束，以结构重量、载荷扩散的均匀度为目标构建目标函数；(4)基于目标函数进行优化求解，完成载荷扩散结构中各点的坐标、杆截面积的优化。与现有技术相比，本发明在满足结构强度和稳定性的前提下，结构重量尽量小且扩散点载荷尽量均匀，使得结构最大程度地得到优化。

摘要： 本实用新型涉及空间杆系结构成型技术领域，具体涉及一种用于空间杆系结构的杆件节点贯穿式连接装置及空间杆系结构。用于空间杆系结构的杆件节点贯穿式连接装置，包括：第一基台，其上设有第一安装槽；第二基台，其上设置有第二安装槽，第二基台与第一基台可拆卸连接，第二安装槽与第一安装槽相向或相背布置，且第二安装槽的轴线与第一安装槽的轴线成角度设置。在利用连接装置对空间杆系结构的连接节点进行固定时，将需要固定的杆件分别卡接安装到第一安装槽和第二安装槽内，然后通过卡接件或螺栓固定件将第一基台和第二基台连接固定。便于控制各个杆件的形状和位置，能够降低杆件交叉点固定连接的复杂程度，缩短空间杆系结构的施工时间。