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一种研究高铁轨面-桥梁横向变形映射关系的精细化解析模型

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工程力学 2024年第7期41卷 88-98页

作者：聂磊鑫蒋丽忠周旺保中南大学土木工程学院湖南长沙410075 高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075

强震后的桥墩和支座不可避免会产生一定残余变形,引起钢轨的几何不平顺,直接影响行车安全性和舒适性。该文基于势能驻值原理推导了CRTS-Ⅱ型纵连式无砟轨道横向变形与桥梁结构横向变形之间的映射解析表达式,提出了可考虑层间各构件刚度... 详细信息

强震后的桥墩和支座不可避免会产生一定残余变形,引起钢轨的几何不平顺,直接影响行车安全性和舒适性。该文基于势能驻值原理推导了CRTS-Ⅱ型纵连式无砟轨道横向变形与桥梁结构横向变形之间的映射解析表达式,提出了可考虑层间各构件刚度贡献的解析映射模型。通过有限元模型和文献解析模型验证了该文解析映射模型,进而基于该模型定量分析了层间构件对钢轨横向映射变形的影响。结果表明:梁体横向错台下的钢轨映射变形呈现明显非对称性,且跟随主梁变形的特性较差;扣件对钢轨映射变形的影响很小;CA砂浆层对梁体错台下钢轨映射变形幅值的影响很大,滑动层次之,而对钢轨映射变形范围的影响则弱于滑动层;剪力齿槽对钢轨映射变形的影响最大,侧向挡块次之;剪切钢筋对钢轨映射变形的影响可以忽略;桥梁抗弯刚度对钢轨映射变形范围有一定影响,而对钢轨映射变形幅值的影响几乎可以忽略。

关键词：高速铁路桥梁无砟轨道解析模型势能驻值原理横向映射变形

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基于变形机动分析的薄壁箱梁畸变效应研究

铁道学报 2024年第6期46卷 173-180页

作者：刘泽翔张元海兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

提出一种通过角点位移分析箱梁畸变效应的理论解析法。基于变形机动分析,以分解的角点位移描述和分析箱梁畸变行为;根据应变假设和闭合箱室满足的翘曲位移连续性条件推导畸变翘曲位移及应力分布模式;根据势能驻值原理,建立以角点位移为... 详细信息

提出一种通过角点位移分析箱梁畸变效应的理论解析法。基于变形机动分析,以分解的角点位移描述和分析箱梁畸变行为;根据应变假设和闭合箱室满足的翘曲位移连续性条件推导畸变翘曲位移及应力分布模式;根据势能驻值原理,建立以角点位移为未知量的畸变控制微分方程。通过数值算例,验证解析理论和计算方法的正确性。结果表明:按翘曲模式分析的截面翘曲位移沿板宽按直线分布,翘曲正应力的分布与在板元弯曲假设下的应力分布规律相同;考虑泊松比影响后的横向弯矩相比于忽略泊松比时增大未超过0.6%;角点沿垂直顶(底)板方向的畸变位移大于其沿垂直腹板方向的位移分量;腹板与顶板交点处的翘曲正应力和横向弯矩小于腹板与底板交点处的相应值;腹板倾角变化对翘曲正应力和横向弯矩有显著影响,合理减小腹板倾角可一定程度减小翘曲正应力和横向弯矩。

关键词：薄壁箱梁畸变效应变形机动分析角点位移势能驻值原理

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双线混凝土U型梁的剪力滞效应研究

铁道科学与工程学报 2022年第1期19卷 181-190页

作者：王旭飞赵亚宁冀伟兰州交通大学甘肃兰州730070 中铁十八局集团有限公司天津300222

为了研究双线混凝土U型梁的剪力滞效应,对U型梁截面进过合理简化,选取轴力自平衡的余弦函数定义了翘曲位移函数。在考虑剪滞效应和剪切效应的基础上,构建了双线混凝土U型梁的总应变能函数。利用势能驻值原理,推导出了简支、悬臂和连续... 详细信息

为了研究双线混凝土U型梁的剪力滞效应,对U型梁截面进过合理简化,选取轴力自平衡的余弦函数定义了翘曲位移函数。在考虑剪滞效应和剪切效应的基础上,构建了双线混凝土U型梁的总应变能函数。利用势能驻值原理,推导出了简支、悬臂和连续双线混凝土U型梁分别在均布荷载和集中荷载作用下的剪力滞系数解析解。以某实际工程双线混凝土U型梁为例,对解析法和有限元模型计算得到的剪力滞系数进行对比分析。计算双线混凝土U型梁道床板的有效分布宽度,并基于有限元模型的计算结果,对理论解的有效分布宽度进行系数修正。研究结果表明:剪力滞系数的理论计算结果与有限元模型计算结果的最大偏差不超过±10%,表明所推导解析解的精度较高;双线混凝土U型梁在均布荷载和集中荷载作用下,跨中截面的剪力滞变化规律相同,均在主梁和道床板交界处剪力滞系数最大,随离交界处距离的增大而减小;相比均布荷载作用,集中荷载作用下的剪力滞效应更明显,需在实际工程中重点考虑;在双线混凝土U型梁道床板有效分布宽度的计算中,引入修正系数1.05对解析计算结果加以修正,以得到更精确的结果。基于理论推导所得的双线混凝土U型梁剪力滞效应变化规律,以及对道床板有效分布宽度提出的修正系数,可为同类型桥梁的设计计算提供参考依据。

关键词： U型梁势能驻值原理剪力滞效应有限元有效分布宽度

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基于能量原理的伞状全张力结构性能分析

建筑结构学报 2014年第9期35卷 131-140页

作者：罗斌施乾浩韩立峰东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室江苏南京210096 东南大学国家预应力工程技术研究中心江苏南京210096 无锡民用建筑设计院有限公司江苏无锡214072

通过建立双层悬索结构形式之一的伞状结构的简化分析模型,运用能量原理,分别计算并列式和轮辐式伞状全张力结构在活荷载和风荷载作用下的总势能,根据势能驻值原理,对结构势能求偏导并将其结果进行简化,推导求得结构位移解析表达式,并迭... 详细信息

通过建立双层悬索结构形式之一的伞状结构的简化分析模型,运用能量原理,分别计算并列式和轮辐式伞状全张力结构在活荷载和风荷载作用下的总势能,根据势能驻值原理,对结构势能求偏导并将其结果进行简化,推导求得结构位移解析表达式,并迭代计算结构跨中压杆处位移、上索最大变形和索力。通过算例对比结构位移解析计算与有限元分析的结果,其误差较小。研究结果表明:在活荷载作用下,跨中压杆处位移、上索最大变形与荷载基本成线性关系;在风荷载作用下,跨中压杆处位移随预应力基本呈线性变化,而上索最大变形则具有较强的非线性。提出的解析计算式在矢跨比和垂跨比小于1/8时精度较高,可供结构初步设计时参考。

关键词：伞状结构张力结构势能驻值原理解析解

基于里兹法的高速铁路桥梁横向变形与轨面变形解析模型研究

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中南大学学报（自然科学版） 2021年第12期52卷 4349-4360页

作者：刘丽丽蒋丽忠刘祥周旺保聂磊鑫邵光强中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程实验室湖南长沙410075 中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室湖南长沙410075

针对高速铁路32 m简支梁桥-CRTSⅢ板式无砟轨道系统,结合桥梁-轨道层间相互作用机制,推导考虑路基约束效应的梁体横向变形与轨面几何形态的通用映射解析表达式。基于该解析模型,定量化研究梁体横向变形幅值以及扣件横向刚度变化对钢轨... 详细信息

针对高速铁路32 m简支梁桥-CRTSⅢ板式无砟轨道系统,结合桥梁-轨道层间相互作用机制,推导考虑路基约束效应的梁体横向变形与轨面几何形态的通用映射解析表达式。基于该解析模型,定量化研究梁体横向变形幅值以及扣件横向刚度变化对钢轨映射变形的影响规律和影响机制。研究结果表明:在不同梁体横向变形模式(横向错台、横向转角)下,钢轨的变形形态不一样,钢轨几何形态与梁体横向变形形状基本保持一致;钢轨变形幅值与梁体横向变形幅值和扣件横向刚度呈正相关关系;扣件内力幅值与梁体横向变形幅值和扣件横向刚度呈正相关关系;在变形区域进出口处,层间扣件内力发生突变;在非梁缝区域内,层间扣件内力几乎为零;扣件横向刚度对钢轨变形和扣件内力影响不明显,总体呈正相关关系。

关键词： CRTSⅢ型轨道板梁体横向变形映射变形势能驻值原理轨面几何形态

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考虑预应力作用的索杆张力结构冗余度分析

上海交通大学学报 2017年第7期51卷 774-780页

作者：周锦瑜陈务军胡建辉赵兵王丽君上海交通大学空间结构研究中心上海200240

在考虑预应力作用的前提下,给出了由弹性冗余度和几何冗余度组成的索杆张力结构体系的冗余度定义;基于能量理论提出了统一的冗余度计算方法,其中采用更新的拉格朗日格式建立了一个关于位移增量的非线性应变能表达式;在求解过程中对应变... 详细信息

在考虑预应力作用的前提下,给出了由弹性冗余度和几何冗余度组成的索杆张力结构体系的冗余度定义;基于能量理论提出了统一的冗余度计算方法,其中采用更新的拉格朗日格式建立了一个关于位移增量的非线性应变能表达式;在求解过程中对应变能表达式进行线性化处理,并根据势能驻值原理推导了冗余度计算公式,以用于施加预应力后的索杆张力结构体系分析.结果表明,与以往的冗余度计算方法相比,所提出的方法给出了显式几何冗余度计算公式,阐明了弹性冗余度和几何冗余度的物理意义,可用于预张力作用的索杆张力结构体系分析.

关键词：索杆张力结构冗余度虚位移原理势能驻值原理分布式静不定分布式动不定

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复式空心钢管混凝土组合轴压弹性模量分析

工程力学 2012年第6期29卷 211-217页

作者：董三升张玉芬赵均海长安大学建筑工程学院陕西西安710061

将复式空心钢管混凝土柱分成混凝土、内钢管和外钢管三部分,作为拟平面轴对称问题进行分析。应用弹性力学中的势能驻值原理进行弹性理论分析,描述复式空心钢管混凝土柱在小变形下的弹性行为及套箍机理。导出了钢管混凝土柱在轴向压力作... 详细信息

将复式空心钢管混凝土柱分成混凝土、内钢管和外钢管三部分,作为拟平面轴对称问题进行分析。应用弹性力学中的势能驻值原理进行弹性理论分析,描述复式空心钢管混凝土柱在小变形下的弹性行为及套箍机理。导出了钢管混凝土柱在轴向压力作用下的套箍系数、组合轴压弹性模量的理论计算公式。分析结果表明:复式空心钢管混凝土的组合轴压弹性模量与钢管的泊松比、混凝土的泊松比有着必然的联系,同时钢管与混凝土之间的"套箍作用"对组合弹性模量也有一定的影响。组合轴压弹性模量随着含钢率的增大基本成线性增长,并得到了复式空心钢管混凝土柱在轴力作用下的应力分配比不是简单地按单轴弹性模量比分配的结论。

关键词：复式空心钢管混凝土套箍机理势能驻值原理组合弹性模量泊松比

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钢闸门主框架梁梁高优化设计

水力发电学报 2011年第5期30卷 175-177,198页

作者：崔丽萍内蒙古建筑职业技术学院呼和浩特市010070

焊接组合工字形钢梁的梁高是钢梁设计的关键参数。本文根据钢闸门主梁的结构形式及受力条件,构建基于钢梁重量最小的优化模型,考虑弹性止水及斜支臂产生轴力的影响,利用势能驻值原理,推导出弯曲型与剪切型主梁梁高优化设计的计算公式,... 详细信息

焊接组合工字形钢梁的梁高是钢梁设计的关键参数。本文根据钢闸门主梁的结构形式及受力条件,构建基于钢梁重量最小的优化模型,考虑弹性止水及斜支臂产生轴力的影响,利用势能驻值原理,推导出弯曲型与剪切型主梁梁高优化设计的计算公式,并探讨了相关因素的影响。本文公式物理概念明确,计算准确、简洁,可供工程设计参考。

关键词：水工结构梁高优化势能驻值原理钢闸门主梁

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泡沫铝夹芯板抗冲击性能分析

工程力学 2017年第10期34卷 207-216页

作者：夏志成张建亮周竞洋王曦浩陆军工程大学国防工程学院江苏南京210007

试验设计了3块钢板夹泡沫铝夹芯板,厚度分别为50 mm、70 mm和100 mm。对每种厚度夹芯板进行七组不同落锤高度的冲击试验,测得了上、下面板变形值,记录了夹芯板的破坏情况。应用数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA进一步还原夹芯板冲击过程,导出... 详细信息

试验设计了3块钢板夹泡沫铝夹芯板,厚度分别为50 mm、70 mm和100 mm。对每种厚度夹芯板进行七组不同落锤高度的冲击试验,测得了上、下面板变形值,记录了夹芯板的破坏情况。应用数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA进一步还原夹芯板冲击过程,导出了面板与芯材的吸能占比。基于假设的夹芯板理论模型,给出了平均冲击荷载、局部变形和整体变形最大值的估算公式。结果表明:当夹芯板尺寸和材料强度一定时,局部变形值与落锤高度的平方根成正比,整体变形最大值、平均冲击力均与落锤高度的平方根成线性关系。夹芯板的抗冲击性能主要依靠增大泡沫铝芯层的变形进行耗能,芯层越厚,泡沫铝吸能占比越大,局部变形越小,夹芯板受到的冲击力越大。

关键词：泡沫铝夹芯板落锤试验局部变形与整体变形势能驻值原理能量守恒原理吸能性能