結(jié)構(gòu)動力學(xué)論文

1、結(jié)構(gòu)動力學(xué)課程論文 結(jié)構(gòu)動力學(xué)在道路橋梁方面的應(yīng)用摘要：隨著大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)在工程中的應(yīng)用日趨廣泛，施工控制問題也越來越受重視。結(jié)構(gòu)動力學(xué)在各方面都有極為重要的作用，其特性也被廣泛應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀態(tài)評估中。結(jié)構(gòu)動力學(xué)在道路橋梁方面應(yīng)用十分廣泛，比如有限元模型、模態(tài)撓度法、橋梁結(jié)構(gòu)（強(qiáng)度、穩(wěn)定性等）、狀態(tài)評估、結(jié)構(gòu)模態(tài)、結(jié)構(gòu)自由衰減響應(yīng)及其在結(jié)構(gòu)阻尼識別中的應(yīng)用、結(jié)構(gòu)無阻尼固有頻率與有阻尼固有頻率的關(guān)系及其應(yīng)用等，尤其是結(jié)合橋梁的檢測、橋梁荷載試驗(yàn)與狀態(tài)評價(jià)。本文就其部分內(nèi)容進(jìn)行介紹。關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)動力學(xué) 道路橋梁 應(yīng)用如今，科學(xué)技術(shù)越發(fā)先進(jìn)，結(jié)構(gòu)動力特性越來越廣泛地應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)、橋梁

2、結(jié)構(gòu)故障診斷和橋梁結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)監(jiān)測等工程技術(shù)領(lǐng)域,由此應(yīng)用而涉及到的一些動力學(xué)基本概念理解的問題應(yīng)運(yùn)而生。對于此類知識，我了解的甚少，上課期間，老師雖有講過這相關(guān)內(nèi)容，但無奈我學(xué)到的只是皮毛。我記憶最深的是老師給我們放的相關(guān)視頻，有汶川地震的，有橋梁施工過程的，還有很多因強(qiáng)度或是穩(wěn)定性收到破壞而倒塌的橋梁照片。老師還告訴了我們修建建筑物的原則：需做到小震不壞，中震可修，大震不倒。還有強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)結(jié)點(diǎn)強(qiáng)錨固。橋梁在靜止不受外力擾動時(shí)是不會破壞的，大多時(shí)候在靜止的荷載作用下也不會發(fā)生破壞，但當(dāng)橋梁受到動力荷載時(shí)就很容易發(fā)生破壞了，所以我們在修建橋梁是必須事先計(jì)算好最佳強(qiáng)度等等需要考慮的量

3、。下面簡單介紹一下結(jié)構(gòu)固有頻率及其應(yīng)用和彈性模量動態(tài)測試。1. 結(jié)構(gòu)固有頻率及其應(yīng)用隨著對結(jié)構(gòu)動力特性的深入研究,其被越來越廣泛地應(yīng)用于結(jié)構(gòu)有限元模型修正、結(jié)構(gòu)損傷識別、結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)監(jiān)測等研究領(lǐng)域.一般情況下,由于結(jié)構(gòu)阻尼較小,因此在結(jié)構(gòu)動力特性的計(jì)算分析中,往往不計(jì)及結(jié)構(gòu)阻尼以得到結(jié)構(gòu)的振型和無阻尼的固有頻率fnj(j=1,2,);而在結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性的試驗(yàn)中,識別的卻是結(jié)構(gòu)有阻尼的固有頻率fdj.理論上有1,2 fdjfn。然而,另一不被人們充分認(rèn)識、不可原諒的錯(cuò)誤悄然發(fā)生.在橋梁結(jié)構(gòu)動、靜力荷載試驗(yàn)中,在進(jìn)行結(jié)構(gòu)動力分析的同時(shí)還將進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算,即利用同一有限元分析模型,還將計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)

4、荷載作用下的變形、應(yīng)變和應(yīng)力等.在橋梁結(jié)構(gòu)的荷載試驗(yàn)中涉及到一個(gè)重要的概念:橋梁荷載校驗(yàn)系數(shù)。它是橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)荷載下實(shí)測應(yīng)變或變位值與橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)荷載下計(jì)算應(yīng)變或變位值的比值。它是評定橋梁結(jié)構(gòu)工作狀況、確定橋梁承載力的一個(gè)重要指標(biāo)。理論上講,荷載校驗(yàn)系數(shù)應(yīng)該接近于1,這才表明橋梁結(jié)構(gòu)理論分析與試驗(yàn)結(jié)果是基本一致的.而在動力分析fdjfnj的有限元模型支配下,無論選用撓度(變形)、應(yīng)變或應(yīng)力哪一物理量,通過靜力計(jì)算所得到的橋梁荷載校驗(yàn)系數(shù)一般會小于1,不可能不滿下表：橋梁類型 應(yīng)力(或應(yīng)變)校驗(yàn)系數(shù) 撓度校驗(yàn)系數(shù)鋼筋混凝土板橋 0.300.70 0.400.80鋼筋混凝土梁橋 0.400.80

5、0.500.90預(yù)應(yīng)力混凝土橋 0.500.90 0.601.00圬工拱橋 0.601.00 0.601.00撓度(變形)、應(yīng)變或應(yīng)力某些物理量的計(jì)算結(jié)果或試驗(yàn)測試結(jié)果會有較大的誤差(僅當(dāng)fdjfnj的情況),偏離了真值,具體分析見下表：類別 計(jì)算值Se 實(shí)測值Ss 校驗(yàn)系數(shù) 結(jié)論撓度 偏大 基本準(zhǔn)確 偏小 滿足上表應(yīng)變 偏大 基本準(zhǔn)確 偏小 滿足上表應(yīng)力 基本準(zhǔn)確 偏小 偏小 滿足上表因此，僅從荷載校驗(yàn)系數(shù)來看,現(xiàn)有的橋梁評價(jià)結(jié)果并不能反應(yīng)橋梁結(jié)構(gòu)真實(shí)的技術(shù)狀態(tài),其評價(jià)結(jié)果可能會埋下災(zāi)難性的后果.因此,為了在理論上使荷載校驗(yàn)系數(shù)更接近于1,結(jié)構(gòu)有限元模型修正的意義凸顯出來.在結(jié)構(gòu)動力計(jì)算得到

6、結(jié)構(gòu)無阻尼固有頻率fnj和結(jié)構(gòu)動態(tài)特性試驗(yàn)識別出結(jié)構(gòu)有阻尼固有頻率fdj后,適當(dāng)調(diào)整結(jié)構(gòu)有限元分析模型的邊界條件或修正物理參數(shù),再利用修正后的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力分析4,得到靜載作用下橋梁結(jié)構(gòu)的位移、應(yīng)變或應(yīng)力,然后計(jì)算出應(yīng)力(應(yīng)變)校驗(yàn)系數(shù)或撓度校驗(yàn)系數(shù)來評定橋梁結(jié)構(gòu)工作狀況和確定橋梁的承載力。2、彈性模量動態(tài)測試在橋梁結(jié)構(gòu)的荷載試驗(yàn)中,混凝土構(gòu)件彈性模量的取值,直接關(guān)乎到荷載校驗(yàn)系數(shù)的準(zhǔn)確性,乃至對橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀態(tài)的正確評價(jià).在進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元模型修正時(shí),若前幾階低階模態(tài)均滿足其公式,其技術(shù)難度在于要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析,以識別結(jié)構(gòu)各階模態(tài)的阻尼比,試驗(yàn)技術(shù)要求高.利用鉆芯法盡管可現(xiàn)場提取

7、混凝土構(gòu)件試樣而進(jìn)行彈性模量的測試試驗(yàn),可要求試樣數(shù)量多、試驗(yàn)值離散性大,且取樣工作操作不便、難度較大。利用超聲脈沖回波法,通過現(xiàn)場測試混凝土構(gòu)件發(fā)射波與反射波的時(shí)間差,可計(jì)算出混凝土介質(zhì)中縱波的傳播速度vl,再由公式推算出混凝土構(gòu)件的彈性模量.該方法簡便可行,然后與前一公式配合使用,從而使橋梁結(jié)構(gòu)的荷載試驗(yàn)更加科學(xué)、可行、可靠。3、 公路橋梁檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)動力學(xué)能夠評定橋梁的承載能力和耐久性能。公路橋梁檢驗(yàn)包括橋梁結(jié)構(gòu)的檢查和驗(yàn)算，以及橋梁荷載試驗(yàn)和量測等。例如1850年英國建造的最大跨徑為140米的箱形連續(xù)梁鐵路橋（不列顛橋），原設(shè)計(jì)是一座有加勁梁的吊橋，在建造過程中，曾進(jìn)行荷載試驗(yàn)，并改變了原

8、設(shè)計(jì)方案。檢驗(yàn)程序首先檢查橋梁各部構(gòu)造的技術(shù)狀況，然后根據(jù)橋梁的現(xiàn)狀進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢算。初建的新型橋梁和缺乏技術(shù)資料的舊橋，必要時(shí)需進(jìn)行荷載試驗(yàn)。通過橋梁結(jié)構(gòu)的變位（線位移和角位移）、應(yīng)變(或轉(zhuǎn)換為應(yīng)力)、動力特性參量(頻率、振幅、阻尼比和動力系數(shù)等)、裂縫和損害等項(xiàng)目的檢測，來證實(shí)橋梁在強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、耐久性和動力性能等方面能否滿足安全運(yùn)營的要求。檢驗(yàn)內(nèi)容包括橋梁結(jié)構(gòu)檢查和荷載試驗(yàn)。結(jié)構(gòu)檢查主要內(nèi)容有：橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)總體尺寸和變位的狀況的檢查；橋梁承重構(gòu)件截面尺寸及其細(xì)部組合的偏差檢查;橋面的平整度檢查;材料的物理力學(xué)性能和可能存在的裂縫、缺陷、滲漏、銹蝕和侵蝕等損害的檢查；必要時(shí)還進(jìn)

9、行地基和河床沖刷等狀況的復(fù)查。 荷載實(shí)驗(yàn)橋梁靜力荷載試驗(yàn)的加載設(shè)備常用大型貨車、拖掛車、翻斗車、水車和施工機(jī)械等各種普通裝載車；也有專用的單軸或多軸加載掛車和測定結(jié)構(gòu)影響線的自行式單點(diǎn)荷載設(shè)備；有的場合也用壓重物等。橋梁自振特性的試驗(yàn)測定方法大致有三類：第一類是常用的突然加載或卸載的方法激振橋梁，如跳車、釋放、撞擊和小火箭等沖擊荷載；第二類用運(yùn)轉(zhuǎn)頻率可調(diào)的起振機(jī)或?qū)Ｓ玫膯屋S電-液慣性加振掛車進(jìn)行諧振試驗(yàn);第三類用脈動信號測試與分析的方法，用磁帶機(jī)記錄橋梁無載時(shí)的脈動隨機(jī)信息，并用信號處理機(jī)進(jìn)行譜分析，可取得多階振型的特征值。橋梁受迫振動響應(yīng)的試驗(yàn)測定常用接近運(yùn)營條件的車輛，以不同車速通過橋梁進(jìn)行行車試驗(yàn)，測定橋梁的動力系數(shù)與車速的關(guān)系；或在橋梁動力響應(yīng)最大的部位進(jìn)行起動或剎車試驗(yàn)；也可利用平時(shí)交通荷載或風(fēng)荷載等隨機(jī)荷載，測定橋梁隨機(jī)振動的響應(yīng)。如果橋梁檢驗(yàn)評定結(jié)果不能滿足運(yùn)營安全性和耐久性的要求，那末，就需根據(jù)檢驗(yàn)評定結(jié)果采取必要的措施，如降低通行載重量，限制車速和進(jìn)行必要的修理或加固等。結(jié)構(gòu)動力學(xué)在道路橋梁方面的應(yīng)用還有很多，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的或是等待研究發(fā)現(xiàn)的都是極有價(jià)值的東西，與我們的生活也是息息相關(guān)的。相信今后的研究會更深更精確，技術(shù)會越來越好。參考文獻(xiàn)：【1】馬尚君;劉更;周建星;趙陽東;輻板式人字齒輪結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性研究J;