時間：2023-03-13 11:10:23
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發表網為您精選了8篇工程結構分析論文，愿這些內容能夠啟迪您的思維，激發您的創作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
1檢測技術
傳統的檢測手段(如人工目測)和無損檢測技術(如超聲波、聲發射、x-射線等)均是結構局部損傷的檢測方法，難以預測預報結構整體的性能退化，無法實現實時的健康監測和損傷診斷。一個不可忽略的事實是：結構損傷的出現勢必導致結構性能參數(如剛度、頻率、阻尼或質量)的變化，如果這種變化能夠很好的被檢測和分類的話，就可以用來進行結構損傷診斷與健康監測，顯然。這是整體的檢測方法。
1.1整體結構監測
整體結構監測的主要內容包括沉降觀測，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容，應根據建筑物的具體情況和實際要求綜合確定測量項目。健康監測方法與測量儀器的發展密切相關。目前，GPS定位技術已經在區域性變形觀測和大型工程變形監測中應用，并具有實時、連續、自動監測的優點，甚至與遠程數據傳輸相結合，實現監測與決策智能化。監測的準確性取決于監測方案的科學性、監測點布置的合理性及測量儀器的精確度。
結構監測的方法可分為四類：(1)空間域方法，(2)模態域方法，(3)時域方法，(4)頻域方法。其中空間域方法是根據質量、阻尼和剛度矩陣的改變來檢測和確定損傷位置I模態域方法根據自振頻率、模態阻尼比和模態振型的改變來檢測損傷；在時域方法中。系統參數通過在一定時間內采樣的數據來直接確定，精度較高，但很費時，在頻域方法中，模態參數如自振頻率、阻尼比和振型等是確定的，譜分析和頻率響應函數被廣泛應用。上述方法各有其優缺點。如頻域方法和模態域方法使用轉換的數據，數據轉換存在誤差和噪聲。在空間域方法中，質量和剛度矩陣的建模與修正還存在問題，并且難以精確。將兩三種方法結合起來檢測和評估結構的損傷具有很強的發展趨勢，比如將靜載測試和模態測試的數據結合起來診斷損傷，這樣可以克服各自方法的缺點并相互檢查。與損傷檢測的復雜性相適應。
1.2結構性能的檢測
結構性能的檢測是可靠性鑒定工作中的重要環節，內容一般有結構材料的力學性能檢測、結構的構造措施檢測、結構構件尺寸和鋼筋位置及直徑的檢測、結構及構件的開裂和變形情況檢測等。
1.2.1混凝土結構
混凝土強度及缺陷的檢測技術目前得到了廣泛的應用和發展，分為非破損檢測技術和局部破損檢測技術。由于非破損檢測技術具有適用性強、可連續大面積測試、不破壞結構且能獲得破壞試驗不能獲得的信息(如內部孔洞、疏松、不均勻性等)等特點，因此，一般情況下，均采用非破損檢測技術(但檢測結果的精確度較差)。到目前為止，關于混凝土強度的非破損檢測技術有回彈法、超聲法等，局部破損檢測技術有鉆芯法、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。混凝土強度的檢測技術已基本成熟，成熟的標志在于測試理論的完善和測試儀器性能。如；“回彈值——碳化深度——強度”關系，反映了回彈值與混凝土強度之間的基本規律。回彈、超聲、鉆芯和拔出等較為成熟的混凝土強度和缺陷檢測方法已經有了全國性的檢測本論文由整理提供技術規程。
混凝土構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，直接量測鋼筋的數量、直徑及保護層厚度，然后與設計圖紙比較。這種方法對構件有損傷，應盡可能少用。非破損方法主要有電磁法、雷達法和超聲法，雷達法測試速度較快，電磁法相對較慢；對保護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確測定出鋼筋直徑，也不能測定節點區的鋼筋和構件中剛進的連接情況。而這些檢測項目的結果客觀上又是結構鑒定與加固的依據。因此迫切需要開發研制測試精度高的檢測儀器。
1.2.2砌筑結構
砌筑結構檢驗測試技術起步比混凝土結構略晚一些，技術成熟程度比混凝土強度檢測技術略差，但該項技術的發展勢頭猛，在國內形成了百家爭鳴的可喜局面，目前，砌體結構材料強度的檢測技術正日益成熟。
砌筑強度檢測方法有現場檢測法和間接測試法，現場測試法有推剪法、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，且試件稍經搬動，強度就會受到影響，故應用較少。間接測試法是通過檢測磚和砂漿的強度，然后依據現行規范直接確定砌體強度。磚的強度檢測通常可以從砌體上取樣按常規方法進行檢測，方法比較簡單。砂漿強度檢測方法有沖擊法、點荷法、回彈法、筒壓法、射釘法和剪切法等。
1.2.3鋼姑構
與混凝土結構和砌體結構相比，工程建設中鋼結構的數量相對較少，加之冶金、機械、交通、航空、石油、化工等工業部門對鋼材物理力學性能、內部缺陷，焊縫探傷等檢驗方法比較完普。因而其檢驗測試技術發展之路基本是借鑒學習國內其他行業的先進方法，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。
結構鑒定與評估技術的發展與建筑市場和社會的需求有直接的關系，與國家的經濟狀況有密切的關系，同時又受到檢測技術發展的影響。結構的可靠性評級是根據檢測的結果進行評定，它是結構維修，加固的重要依據。根據《危險房屋鑒定標準》(JGJ125—99)(2004年版)，房屋的綜合評定按三個層次進行；第一層次應為構件危險性鑒定，其等級評定分為危險構件(Td)和非危險構件(Fd)兩類；第二層次應為房屋組成部分(地基基礎、上部承重結構、圍護結構)危險性鑒定。其等級評定應分為a、b、c、d四等級；第三層次應為房屋危險性鑒定，其等級評定應分為A、B、C、D四等級。超級秘書網
建設工程質量的檢測與鑒定技術已超出了單純的結構安全的范疇，包括了結構的安金性、耐久性、適用性和抗災害能力以及工程質量問題產生原因的鑒定與分析等綜合問題。建設工程質量的檢測與鑒定為治理工程質量通病。如設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。為設計規范和施工驗收規范的修編提供了依據。
2結論
論文摘要：模態分析是結構動態分析的一種手段，通過分析工程結構的動特性可建立結構在動態激勵條件下的響應，預測結構在實際工作狀態下的_上作行為及其對環境的影響。
0前言
程結構跨度變得越來越大，結構的動力特性也就顯得越來越重要，因此結構設計帥和上程技術人員也對它更加重視。方面，通過對結構動力特性優化設計，使結構處于良好的上作狀態，保證了結構的安全可靠性，延長了結構的使用周期和減少了對環境的廠幾擾:另一方而，通過結構的動力特性可了解復雜結構的結構性能和技術性能，從而作出科學的技術評定。運用結構動力特性解決程實際問題，需要有個橋梁—近20余年迅速發展起來的模態分析技術。模態分析是結構動特性分析的，種手段，通過分析L.程結構的模態特性可建立結構在動態激勵條件下的響應，預測結構在實際五作狀態下的工作行為及其對環境的影響。
1模態分析理論
1.l模態分析的實質
模態分析實質是一種坐標系統的變換，目的在于把原在物理坐標系統中描述的響應向量放到所謂的“模態坐標系統”中描述，這一坐標系統每一個基向量恰好是振動系統的個特征向量，利用各特征向量之間的正交性，可使描述響應向量的各個坐標互相獨立而無藕合，于是，振動方程是一組互無禍合的方程，各個坐標均可單獨求解。
1.2模態分析的方法
模態分析可分為實驗模態分析與計算模態分析兩種方法。實驗模態分析是采用實驗與理論分析相結合的方法來識別結構模態參數(模態頻率、模態阻尼、振型)，用實驗的方法來尋求模態振型以及描述響應向量的各個坐標，即模態坐標。它對程結構的動態分析及優化設計有實用價值。工程結構可視一系統，系統的動態特性是指系統隨頻率、剛度、阻尼變化的特性。它既可用頻域的頻響函數描述，也可用時域的脈沖響應函數描述。建立頻響函數與模態參數之間的關系，以便識別模態參數，是模態分析的理論一項重要內容。
實驗模態分析可分為兩種不同的實驗方法:
正則振型實驗法(NMT):此法用多個激振器對結構同時進行正弦激勵，當激振力矢量被調到正比f某一振型時，就可激勵出某一純模態振型，并直接測出相應的模態參數，不必再進行計算。該法的優點在于所得的結果精度高;但它需要高精度的龐大測試儀器和熟練的實驗技能，費時長，成本高。
頻響函數法(FRF):此法可只在結構的某一選定點卜進行激勵，同時在多個選定點依次測量其響應。將激勵和響應的時域信號，經FFT分析儀轉換成頻域的頻譜。因頻響函數是響應與激勵譜的復數比，對已建立的頻響函數數學模型進行曲線擬合，就可從頻響函數求出系統的模態參數。該法的優點在于可同時激勵出全部模態，測試的時間短，所用儀器設備較簡單，實驗方便，在產業和科研部門得到了一泛的應用。
1.3模態分析技術
模態分析技術的各主要環節如下圖所示:
頻響函數H表示系統的輸出X與輸入F的復數比，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，則系統將在同樣的田處產生一正弦運動的輸出(響應)，如下別所示:
而對于線性定常系統，任何輸入/輸出譜，都可以認為是正弦譜的迭加。故描述系統動態特性的頻響函數(FRF)與用來測量的信號類型無關，可用同樣應用于簡諧激勵、瞬態激勵和隨機激勵。
模態分析中結構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，該階固有模態就占土導地位，在定的誤差范圍內即可當作純模態響應看待，于是識別L:作可化為一個一個的單自由系統進行就非常方便。但是實際實驗中要激出“純模態”響應是不可能的，因為任何一種分布的激振力必將激出多個模態響應，實際測得的響應是多個響應的疊加。從能量的角度米看，各階模態之間是正交的，各固有模態之間總是不禍合的，每階固有模態表現為一種特定的能量平衡狀態，各平衡狀態之間沒有能量交換也互不禍合，結構的能量就是各階固有模態能量的總和。
模態分析最主要的應用是建立結構動態響應的預測模型，為結構的動強度設計及疲勞壽命的估計服務。模態分析的結果必將伴隨著模態坐標的縮減，因為在實際中，我們總是只是取其中的若廠階起土要作用的模態，而忽略其余階模態。在物理坐標系中所表達的結構振動方程是按動力平衡觀點或牛頓第，二定理來建立的，而在模態坐標系統中建立的響應計算模型或動力方程是從能量平衡觀點建立的。局部物理參數的變化總能在模態參數中得到反映，但并非是很敏感的，有的局部變化甚至是不敏感。例如，在某階振型的節點(該處振幅理論值為零)處附加質量，對該階模態參數就不會引起變化，所以我們常常能夠通過模態參數的變化來檢測結構局部損傷，但不能檢測非常小的局部損傷。實踐說明，在結構動特性中，振型對局部損傷的敏感性大于其它參數的敏感性，而應變模態振型比位移模態振型更敏感。
眾所周知，結構在脈沖激勵下作自山振動時，由于結構阻尼的存在，其響應將逐漸衰減。理論，結構的動力響應可視為各階模態按不同比例疊加的結果。對于結構位移響應而言，高階模態的位移貢獻相對較小，而低階模態的位移貢獻相對較大。因此當結構自由振動時，不少人認為結構的模態階數越高，其響應衰減的速度就越快，最后保留的部分響應是以結構第一階模態所作的自山衰減振動。目前，這直覺甚至被當作結論被L程界所接受，并在許多上程結構的動態測試中應用，特別是被用來確定結構的第一階固有頻率和陽尼系數。從結構的位移響應中獲得的這直觀結論，在振動理論尚未給予明確的回答。事實，并非所有程結構都表現為“結構的模態階數越高，其對應的位移響應衰減的就越快”。
2工程實例
湖北省秘歸縣三峽庫區一鋼筋混凝上結構轉體施1.拱橋(土跨105米)的成橋動力試驗中，為了獲取橋梁在車輛激勵作用下的自由振動響應信號，在橋而一3/8處(點A1),1/8處(中點A2),3/8處(點A3),1/4處(點A1)，分別布置了加速度傳感器(橋梁結構示意圖如圖1所示)。橋梁結構在不同速度的載重車輛的激勵下，其振動的自由衰減響應信號由低頻加速度傳感器獲取，經過電荷放大器、濾波器后，送數值信號采集分析系統作頻譜分析。
A1點的加速度響應頻譜如圖2所示，結構的第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點的加速瓜響應頻譜分析僅識別出結構第2階和第4階固有頻率:3.54Hz和G.44Hz(對稱點的響應信號無法識別出反對稱的振動模態，即該結構的第1階模態是反對稱的)。如果將A1點的加速度自伯響應信號經過一定時間衰減后(截取信號的后部分，其類似d單自由度振動系統的自由衰減響應信號)，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,皆為結構的第2階固有頻率。其分析結果表明該橋梁結構的第2階模態比第1階模態衰減得快，即結構自由振動時各階模態衰減的快慢并非一定按模態順序排列。同時必須指出的是，在許多成橋動力檢測中，目前仍然應用結構的余振波形來確定結構的第1階固有頻率和阻尼比，這樣就很有可能將結構的高階模態參數誤作為第1階模態參數，進而對結構的建造質量和技術性能作出錯誤的判斷。
3結論
通過對結構動特性的研究，在結構振動控制、結構動力特性優化設計、結構動力修正、結構故障診斷等上程應用方而都會取得長足進展。本文僅利用工程結構模態分析歸納以下一幾點:
關鍵詞: 結構;裂紋板;裂紋;動力分析;結論
中圖分類號：[TB16] 文獻標識碼：A
一．裂紋板的研究背景及現狀
在板的使用中，隨著當代我國經濟的快速發展和不斷提高，新型材料的發明和新興機械結構的不斷產生，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下。一般而言，結構中如果存在裂紋或者缺陷，會改變結構的物理特性，如質量、阻尼和剛度等，從而導致結構的動力學特性發生了變化。所以，要對結構進行整體性的檢測和評估，來確定結構是否有損傷或者破壞，進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構的動力學特性。然而，進行含裂紋結構的動力特性的分析一直是動力學研究領域的難點之一。
二．從裂紋梁裂紋板的推廣研究
目前在研究含裂紋結構的動力特性分析方面，已經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，而關于裂紋板的研究卻很少。因此，鑒于這個問題，本文在總結了含裂紋梁動力仿真中三種常用的分析模型基礎上即：彌散裂縫模型、集中柔度模型和精細網格模型，進行了修改，然后推廣到了含裂紋板的動力特性計算模型。并以精細網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要求列出運動微分方程進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。當彈性體（梁、板、殼體）內產生裂紋后，由于剛度減小，則其固有力學特性，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視裂紋的發生與發展。裂紋振動分析的關鍵是裂紋的處理，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．本文研究的主要內容
本文在總結和汲取前人的研究成果基礎上，用ANSYS軟件建立了裂紋板的有限元模型,將計算單裂紋結構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，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參數的影響，為實際工程故障診斷提供參考。本文主要研究內容如下：
(一 )對于含裂紋薄板在彎矩和剪力聯合的情況下的應力強度因子，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力強度因子計算的近似解。
（二）利用斷裂力學的研究成果，通過對應力強度因子的積分，推導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、精細網格模型，其中主要研究了精細網格模型，并通過實例分析了含單裂紋薄板的動力特性，并與已有試驗結果對比驗證文述算法的有效性。
借助精細網格模型的思想，以含雙裂紋懸臂矩形薄板為例應用有限元軟件ANSYS對其進行模態分析，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律。
應用有限元軟件ANSYS對雙裂紋懸臂板進行模態分析，通過數值模擬仿真,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律。
得出簡單結論
本文具體而詳細地主要以含裂紋懸臂矩形薄板為研究對象進行理論建模、有限元分析及模態分析仿真，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果以及有價值的研究結論：
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律性變化。固有頻率隨著裂紋的擴展逐漸減小，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，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。這對工程實際有指導意義。
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，當采用振型作為結構損傷的識別參數時，一般來說，振型的階數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。分析其產生的原因主要有以下幾個方面：
彌散裂縫模型優點在于使用方便，僅用很少的單元就可以得到含裂紋結構的動態響應。但是這種模型比較粗糙，受網格密度影響很大，對裂紋影響區域即裂紋單元長度沒有嚴格的定義，為了得到準確的仿真結果，單元劃分和抗彎剛度減少量要根據實驗結果估計、修正。
集中柔度模型的理論基礎好，但是計算復雜，難以應用現有商業有限元軟件計算，局部柔度的求取依賴于應力強度因子，而復雜結構的應力強度因子計算比較困難，計算的精確度直接影響裂紋結構的仿真精度。
六．相關建議
本文雖然取得了一些有意義的結論，但由于時間和能力有限，不能對課題進行更深入的研究。從課題研究的延續性和對裂紋結構模型準確性以及計算精度更高的要求上看，還需要做進一步的工作。
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。將裂紋模擬為一細長菱形，當然，這種模擬不一定是最接近現實模型的，因此可以在裂縫模型的建立上有更多的構思，以至于得出的結果更貼近實際工程。
參考文獻：
[1]李舜酩.機械疲勞與可靠性設計，北京：科學出版社,2006.
[2]王磊，李家寶.結構分析的有限差分法，北京：人民交通出版社,1982.
[3]胡海巖，機械振動基礎，北京航空航天大學出版社，2005.
（專業代碼：081903 授予工學碩士學位）
一、培養目標
1、較好地掌握基本理論，樹立愛國主義和集體主義思想，遵紀守法，具有較強的事業心和責任感，具有良好的道德品質和學術修養，身心健康；
2、系統掌握本學科堅實的基礎理論和專門知識，具有從事安全技術工程領域的科學研究或獨立擔任專門技術工作的能力；
3、比較熟練地運用一門外國語。
二、學科專業及研究方向簡介
1、本專業隸屬的一級學科為礦業工程。安全技術與工程是針對大型基礎設施的公共安全而發展起來的一門新型交叉學科，該學科以保證大型基礎設施的安全性和可靠性為目標，主要進行監測技術、檢測技術、信息處理技術、控制技術、健康診斷與評價技術等基礎理論及應用技術研究。該專業可招收土木工程、交通工程、機械工程、力學、安全工程、信息技術及材料科學與工程等相關專業的本科生。
2、主要研究方向及其內容：
1)結構健康監測與信息處理技術：主要包括結構健康監測技術、監測與診斷系統、監測信息處理技術、數據挖掘技術、遠程監測技術等研究。
2)結構健康診斷與安全評估：主要包括結構健康診斷理論和技術、結構健康狀態及安全評估技術等研究。
3)既有結構性能評估與控制技術：主要包括既有結構檢測技術、仿真分析技術、承載能力及耐久性評定、壽命評估、結構控制及加固技術等研究。
4)大型施工機械安全技術與工程：主要包括大型施工設備的設計、狀態監測與故障診斷、施工控制與安全管理等研究。
三、培養方式及學習年限
1、碩士生的培養方式為導師負責制，課程學習和科學研究可以相互交叉。課程學習實行學分制，一般要求在前一年修滿所要求的學分。
2、碩士生培養實行學年制，學制2.5年。碩士生的在校學習年限為2～3.5年（含休學）。
四、課程設置與學分要求
課程設置分學位課和非學位課兩大類，學位課分為公共學位課、基礎理論課、專業學位課，非學位課分為選修課和必修環節。碩士生在校期間，應修最低學分為26學分，其中公共學位課8學分，基礎理論課不少于4學分，專業學位課不少于5學分，選修課不少于5學分，必修環節4學分，最高學分不超過34學分。學分積要求是學位課學分積不少于51，選修課學分積不少于15，總學分積不少于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時學分開課學期開課單位考核方式
ⅠⅡⅢ
公共課學位課
100401自然辯證法322√人文分院B
100402科學社會主義理論與實踐161√人文分院B
101201公共外語64+324√√外語系A
100001專業外語161√B
基 礎 理 論 課111105數值分析483√數理系A
111108應用數理統計322√數理系A
111103隨機過程483√數理系A
111003有限元法基礎483√工程力學系A
專 業 學 位 課121701安全系統工程322√大型結構所B
121702現代結構測試原理322√大型結構所B
121703智能材料與結構322√大型結構所B
120101橋梁結構理論483√土木分院A
120102高等結構動力學42+63√土木分院B
120103高等巖土力學40+83√土木分院B
120105高等混凝土結構學483√土木分院B
120106高等鋼結構理論483√土木分院B
120803數字信號處理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結構工程仿真技術322√大型結構所C
131702風險分析322√大型結構所C
131703結構健康監測實驗技術322√大型結構所C
131704現代傳感器技術322√大型結構所C
131705風工程概論322√大型結構所C
131706結構振動與控制322√大型結構所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環境巖土工程與災害防治322√土木分院C
131002結構分析及反分析方法322√工程力學系C
130903嵌入式系統及應用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 節140001科研（教學）實踐1√D
140002學科前沿報告與學術活動8次1√√D
141501信息檢索161√圖書館C
補修課程
五、學位論文要求
學位論文工作是研究生培養的重要組成部分，是對研究生進行科學研究或承擔專門技術工作的全面訓練，是培養研究生創新能力、綜合運用所學知識發現問題、分析問題和解決問題能力的主要環節，也是培養研究生文獻閱讀能力、工程設計能力、實驗能力、數據分析能力和數據處理能力、邏輯推理能力和寫作能力的主要環節。要求做到：
1、學位論文的選題必須著重選擇對國民經濟具有一定實用價值或理論意義的課題，要充分考慮實驗的各種條件、課題的份量與難易程度；學位論文的選題必須在第三學期期中（10月底前）完成，開題報告統一交培養單位辦公室。
2、學位論文必須在指導教師的指導下由研究生獨立完成，研究工作必須堅持實踐性、實驗性的原則，論文內容應以研究生本人從事的實驗、觀測和調查的材料為主。對所研究的課題要有自己獨立的見解。
3、碩士生論文科研時間一般不少于1年。
4、學位論文實行中期檢查制度，一般應在第四學期（5月底）進行，匯報學位論文工作的進展情況，遇到問題和困難及時向導師尋求幫助和指導，保證論文順利完成。
5、學位論文送審分兩批進行，第一批安排在第五學期期中，論文送審截止日為11月10日；第二批安排在第六學期期中，論文送審截止日為4月10日。
6、論文答辯、學位申請和學位授予參照《石家莊鐵道學院學位授予工作實施細則》執行。
碩士點負責人：
培養單位學位評定分委員會主席：
（分委員會公章）
年
關鍵詞：有限元，ANSYS，箱梁橋，自重
在橋梁結構分析中，橋梁結構本身的自重時常占橋梁結構所受荷載的很大部分，準確模擬橋梁結構自重是常遇問題，橋梁中對等截面連續梁可看成均布荷載，但如果結構形狀復雜—例如，變截面連續梁等，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模擬某連續剛構橋箱梁橋自重為例來說明ANSYS軟件在這方面的應用。
1.ANSYS軟件及其工作流程
ANSYS軟件是融結構、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，對自然界四大場—力場、流場、熱場、磁場實現全面分析；ANSYS用戶涵蓋了機械、航空航天、能源、交通運輸、土木建筑、水利、電子、地礦、生物醫學、教學科研等眾多領域，ANSYS是這些領域進行國際國內分析設計技術交流的分析平臺，是一個功能強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的實體建模功能比較完善，提供了完整的布爾運算，還提供了拖拉、延伸、旋轉、移動、延伸和拷貝實體模型圖元的功能[1,2,3]。論文參考。在此，采用了ANSYS對該橋的溫度效應進行仿真分析。
ANSYS具有豐富的單元庫和材料庫，可以對任意結構形式的橋梁進行全橋仿真分析，較為精確的反映出橋梁在各種因素下的綜合特征，如橋梁的應力應變分布、變形等等。
2.工程實例
某橋橋梁全長287.54m。主橋上部采用35m＋60m＋90m＋60m＋35m預應力混凝土剛構-連續箱梁體系；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。箱梁縱向為變截面，變截面部分箱梁梁高按二次拋物線（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，跨中及邊跨支點箱梁梁高2.00m，橋梁縱向線形圖、支點和跨中斷面結構尺寸詳圖見圖2-1、圖2-2和圖2-3。
圖2-1 橋梁縱向箱梁結構圖
圖2-2 支點橫斷面箱梁結構尺寸圖（注：單位cm）
（注：單位cm）
圖2-3 跨中橫斷面箱梁結構尺寸圖（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合理的進行研究。論文參考。本例選用如圖3-1所示的三維結構實體單元來模擬結構自重。
圖3-1 ANSYS材料庫中solid65單元圖
定義實常數的時候，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）。
應用ANSYS進行結構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特性，根據本例需要，現場實測的彈性模量為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，對于初學者，對比較簡單的結構進行仿真分析的時候可采用這種方法；若結構外形尺寸比較復雜，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格劃分就能滿足要求。劃分完網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]。
兩剛構墩底部受到基礎各個方向的約束，所以進行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行核對無誤后，進入求解程序進行計算求解。
3.3后置處理
ANSYS有著功能強大的后處理器，借助它可以將解題部分所得的位移、應力、應變等解答數據以各種不同的表示方式顯示出來。
進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
進行求解后得到的全橋在自重作用下沿橋梁縱向的應力圖如圖3-6：
圖3-6 有限元求解后縱橋向應力圖
從應力圖中，可非常清楚地看出應力的分布情況及極值。
ANSYS還可以以列表的形式表示出各節點的位移或應力，同時給出相應的極值與節點編號，并且分析者可以以記事本的方式對文件命名另存。本例跨中節點位移及最大值如圖3-7：
圖3-7有限元求解后節點位移輸出圖
4.結語
由以上分析可知：用ANSYS分析軟件進行橋梁結構重力的模擬是可行的；利用ANSYS進行橋梁結構自重仿真分析時，在科學合理的建立模型、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構進行分析研究，并且可以獲得直觀而條理清晰的結果。
參考文獻：
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【關鍵詞】工業建筑 結構設計 概念設計 結構概念設計 工業生產 結構
中圖分類號：[F287.2] 文獻標識碼：A 文章編號：
一．引言
結構工程時在進行設計時，有大量的工程需要計算，部分內容計算方式較為繁瑣，工作量較大。隨了計算機技術的成熟和軟件的逐步推廣，建筑的結構分析軟件被應用到建筑結構設計中，解決了結構工程時手工計算的難題，也提高了結構設計的工作效率，提高了設計的準確程度。由于結構計算軟件的節省了大量的傳統工作，被結果設計工程師經常使用。在過分依賴軟件的背后，帶來的是設計的單一，結構設計變成單純的軟件化，結構設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，缺乏結構創新。
二．工業建筑中的結構概念設計。
1.工業建筑的特點。
工業建筑是進行工業生產的房屋，由于其特有的建筑使用性質，在工業進行建筑設計中，要根據其特點進行設計。
（1）工業建筑要密切結合生產，要滿足工業生產的要求，為生產工人創造良好的勞動衛生條件，工業建筑設計要有利于提高勞動效率和生產產品質量。
（2）工程生產的類別較多，也存在較大的差異。生產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、室內處理、立面和層數等方面有直接影響。這就要求建筑要根據生產工藝的不同特征來設計不同的建筑廠房。
（3）部分工業建筑和廠房中需要使用起重機械和大量的設備，還有的需要較為高大的敞通空間，在內部通風、采光、屋面排水、建筑構造處理等方面都要比民用建筑復雜。
2.工業建筑中的結構概念設計。
在建筑設計中，通過不斷的設計研究和實踐，結構設計工程師積累了大量的經驗，并在行業形成了一系列的設計規范、標準圖集和設計手冊等。近些年來，計算機技術得到廣泛應用和普及，計算及結構程序被大量應用到建筑結構工程中，設計單位開始拋棄圖版，開始在計算機上揮動鼠標操作。在此表象下，部分結構工程師通常都會形成一種錯覺：建筑結構設計很簡單，僅僅需要遵循設計規范、標準圖集和設計手冊，在根據建造師給出的非結構空間方案，利用計算機完成。在設計中，結構設計師變成了拼圖的玩家，被動的操作著建筑的結構設計。這導致建筑結構無法有效運用結構工程的知識，同時也容易造成和建造師發生交流分歧。
在我國現行的《建筑結構設計統一標準》 （GBJ68-84）采用了概率理論作為基礎來規范建筑結構極限狀態的設計準則，要求建筑在結構設計中要經濟合理、技術先進、安全適用。概率極限狀態雖然較為科學合理，但在運算過程中，還存在一定程度的近似，僅僅能算作近似概率法。建筑結構設計中，無法憑借極限狀態來估計建筑結構的真正承載能力。建筑是一個空間結構，結構總的各種構件通過復雜的方式來共同工作，且不脫離總的結構體系。在目前的建筑結構設計中，在空間結構體系的整體研究上存在一定的局限性，導致待設計中采用了簡化和假定。建筑結構設計工程師要杜絕盲目的抄寫規范，而是要將規范當作實際參考和指南，在實際的項目設計中要進行合理的搭配和選擇，這就要求結構工程師對建筑整體結構體系和建筑結構分體系二者之間存在的力學關系具有較為透徹的認知，在結構設計時，要將概念設計應用到實際設計工作中。
概念設計是通過運用清晰的結構概念，不需經過數值計算，依靠結構整體體系和分體系之間的力學關系、震害、破壞機理、工程經驗和實現現象所獲得的設計原則和設計思想，對工業建筑結構和相關計算結構進行正確分析，綜合考慮結構的實際受力狀況，計算假設間的差異大小，對建筑結構和構造進行設計。工業建筑的結構概念設計是展現建筑結構工程師的設計思想的關鍵，而結構工程師主要任務是要在一定的建筑功能和生產工藝要求下完成建筑的結構設計，要妥善處理建筑和結構、結構和構件、結構和工藝、結構和結構之間的關系，其最終目標是要設計出合理的產品。計算機軟件也存在一定的局限性，無法適應處理所有的建筑結構問題，在實際設計中，也無法大量的運用計算機軟件來準確的進行結構構件分析，這就要求工業建筑設計中要強調概念設計的重要性，通過結構概念設計和結構措施來設計最終的合理的建筑結構。
建筑結構設計中，計算機程序的計算結果是根據設計中的不同工況而提供的不同數據，但到底是何種工況才是最適合的工況，哪種工況結果是最需要的結果，這類問題需要結合不同的工況計算來綜合分析，在此情況下，建筑結構工程師要加強結構概念設計的應用，才能準確判斷出計算機計算結果的準確性和合理性，而最終篩選出需要的結果。
在工業建筑的初步設計階段、方案設計階段中，無法完全借助計算機的結構計算分析軟件來處理，這需要結構工程師對建筑結構布置和結構體系根據工藝的布置方案來做出相應的規劃，必要時候要進行建模計算，提高最終設計方案的合理性和可行性。在確定方案時，要和大工藝的設備選型相輔相成，要滿足大型設備的獨特需求。大型設備的生產制作周期較長，一般在得到相關責任人審查后，施工建設單位才會開始聯系相關的設備制造商，開始提供供貨，在此階段中，相應的結構設計方案要成為下階段施工設計的依據，一旦此時忽略了大型設備的影響，或是對其他項目考慮不周，會導致下階段非常麻煩，更有甚者導致項目無法進行。結構設計工程時在初步設計階段和方案設計階段中，要綜合運行結構概念，結合工業生產工藝的特點，選擇建筑結構性能較好，較為經濟的結構方案，運用結構概念，在深刻了解結構性能的基礎上，靈活運用到結構設計中。結合結構分析軟件，建立合理的簡化模型，利用計算機結構分析軟件的優勢，提供經濟合理的建筑結構設計方案，為施工圖設計做好充分準備。
另外，隨著社會的發展，未來出現大型和超大型的工業建筑會越來越多，其建筑的體型也會越來越復雜，鋼結構會大量的應用到工業建筑中，這就要建筑結構提高設計標準和要求，在滿足工程進步和生產工藝要求的同時，要將鋼筋混凝土結構和鋼結構進行組合使用，在提高施工進度的同時，要便于后期的安裝。要提高建筑結構概念設計，改善計算機分析軟件的滯后性，逐步完善結構分析的功能。在利用計算機軟件的基礎上，融入結構概念，通過恰當的設計、假定、簡化，使計算機分析更接近真值，保證計算分析結果的有效、合理、可行。
五．結束語。
工業建筑結構設計中，在總結設計經驗的基礎上，融入結構概念設計，這要求結構設計工程師要富于創新，并要有豐富的實踐經驗，通過建造師的協同，來提高工業建筑的結構設計質量。
參考文獻
[1]隋翔宇 SUI Xiang-yu 工業建筑中的結構概念設計[期刊論文] 《山西建筑》2011年4期
關鍵詞：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 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2009）15-0168-02
一、理論分析
（一）工程簡介
某斜拉橋主橋為184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，索塔內采用角鋼組拼成勁性骨架。
橋墩僅設置一個交界墩，兩岸均設輔助墩，輔助墩由雙柱式樁基礎組成，每隔輔助墩對應一個箱梁。樁基礎為支持樁，由21根樁徑為2.5米群樁組成，樁基嵌入弱風化層，為嵌巖樁。
斜拉索：采用￠15.24環氧噴涂鋼絞線，主橋斜拉索共有六種規格，共計304根。
（二）索塔橫向靜力彈塑性分析模型
斜拉橋為柔性結構，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，塔柱有可能屈服進入塑性工作階段。索塔由于斜拉索的約束，剛性大大增強，以主塔振動為主的振型出現的較晚，斜拉索對主塔縱向的約束遠遠大于橫向，以主塔縱向振動為主的振型遠遠落后于橫向。對索塔而言，結構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行push-over分析，由于南塔和北塔基本對稱性，本文選取南塔進行靜力彈塑性分析，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構。通過自振頻率與原結構相等的原則，對索塔錨固點及索塔與主梁之間的橫向限位支座點處附加剛度和附加質量。經過試算南塔錨固點和索塔橫向限位支座點處把剛度增大10%，質量增加5%。
計算獲得總水平力V和塔頂橫向位移的關系曲線，如圖2所示：
均布荷載模式下，整個結構塑性得到充分發揮，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。
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，將已經獲得的push-over分析曲線轉換成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譜相交。最終要在這些交點中，確定出一個作為相點。在一個交點處，由能力譜計算得到的延性系數應當與需求反應譜的延性值匹配。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α=0.5）和8度遇地震（水平地震影響系數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）的交點坐標為（0.2231，2.0390），達到極限應力。
三、結論
1．本文對大跨度斜拉橋的主塔進行橫橋向的push-over分析，得到塔頂橫向位移和總水平力之間的關系曲線，并轉化成能力譜。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，結構已接近破壞。
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值結果。易于工程師在設計中掌握和應用，在今后的橋梁的設計中，不失為一種簡單的抗震設計驗算方法。
參考文獻
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關鍵詞：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文獻標識碼：A文章編號：
1. 概述
在大跨度鋼管混凝土拱橋的實際施工中，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、預拋高值，但當按這些理論值進行施工時，結構的實際變形卻不一定能達到預期的結果。這主要是由于施工中的測量誤差、觀測誤差、安裝誤差等;或者是由于設計時所采用的設計參數，諸如材料的彈性模量、構件自重、施工臨時荷載的條件等，與實際工程中所表現出來的參數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，必須進行有效的控制和必要的調整。否則，鋼管混凝土拱橋的拱肋標高將偏離控制目標，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，橋梁實際施工的施工因素造成的影響是設計中無法預見的，要針對具體的情況，在施工過程中進行適當和必要的調整，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。據統計，拱橋的垮塌事故大多發生在施工過程中，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行施工監控，避免結構在施工過程中出現失穩或過大的應力，而造成事故。大跨徑鋼管混凝上拱橋建成后，拱軸線是否與設計拱軸線相吻合，受力是否合理主要取決于:①施工質量;②施工控制技術;③設計質量。從某種意義講，施工控制技術是大跨徑鋼管混凝土拱橋建設的關鍵之一，目前，正日益受到橋梁工作者的關注和重視。因此，橋梁在施工過程中必須加強現場施工控制工作。
2. 施工控制方法
2.1 閉環反饋控制
閉環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系。對于較復雜橋型，由于實際施工狀態和計算采用模型的參數等狀態之’間存在差異，隨著結構復雜程度的增加、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，否則到施工結束時結構的內力和線形將較顯著地偏離設計目標的成橋狀態。因此，在施工中的每個階段出現誤差之后，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反饋計算所確定的，這就形成了一個閉環反饋控制過程。
2.2自適應控制
在閉環反饋控制的基礎上，再加上一個系統辨識過程稱為自適應控制，整個控制系統就成為自適應控制系統誤差識別過程。當結構模型計算結果與測量到的受力狀態不相符時，在參數辨識算法中輸入誤差去調節計算模型的參數，使模型的實際測量到的結果與輸出結果相一致，得到修正后的計算模型參數，重新計算各施工階段的理想狀態，結構進行控制按反饋控制方法進行，這樣，經過幾個工況的反復辨識后，計算模型就與實際結構基本上相一致了，在此基礎上可以對施工狀態進行更好的控制。該方法目前被廣泛采用，并認為是較合理的施工控制方法之一。
2.3開環控制
對于結構和施工較簡單的橋梁常采用開環控制，控制時，一般按照設計施工圖進行施工，施工完成后的結構就基本上能達到設計和規范所要求的內力狀態和線形。這種控制方法就是一個開環的施工控制過程，與閉環控制相比沒有反饋。在開環控制方法中，控制是單向的，并不需要像閉環反饋控制那樣根據結構的反應來改變施工中的內力和變形。在各構件的安裝和制造精度高，或者結構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. 橋梁施工控制結構分析方法
橋梁施工控制時需預先計算結構各施工階段的內力和變位，確定各施工階段的結構線形，以使結構能達到最佳設計成橋狀態。在實際施工中，橋梁施工控制結構分析方法一般采取倒退分析、前進分析、無應力狀態法，以及三者相結合的綜合方法，對結構進行計算機實時分析和跟蹤控制。
