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竖向均布周期荷载下功能梯度材料圆弧拱面内参数共振失稳研究

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工程力学 2022年第S1期39卷 377-383页

作者：唐浩刘爱荣李伟财广州大学风工程与工程振动研究中心广州510006 广东荣骏建设工程检测股份有限公司广州511400

基于拉格朗日原理和哈密顿原理推导了竖向均布周期荷载作用下的功能梯度圆弧拱的动力平衡方程,运用Bolotin方法得到周期为2T的参数共振不稳定域解析解,并与有限元数值模拟结果进行了对比,验证了理论计算结果的正确性。对比分析了均匀孔... 详细信息

基于拉格朗日原理和哈密顿原理推导了竖向均布周期荷载作用下的功能梯度圆弧拱的动力平衡方程,运用Bolotin方法得到周期为2T的参数共振不稳定域解析解,并与有限元数值模拟结果进行了对比,验证了理论计算结果的正确性。对比分析了均匀孔隙分布(Type1)、线性孔隙分布(Type2)、二次孔隙分布(Type3)、非线性孔隙分布(Type4)对功能梯度圆弧拱面内参数共振不稳定区域的影响,并针对矢跨比与阻尼比对功能梯度圆弧拱参数共振的影响进行了参数分析。结果表明:四种孔隙分布中,二次孔隙分布(Type3)条件下拱的自振频率显著增加,不稳定域更狭窄。同时,参数共振不稳定域受矢跨比与阻尼比的影响较大,矢跨比增大会造成拱自振频率减小,参数共振不稳定域向低频方向移动。

关键词：圆弧拱参数共振动力失稳功能梯度材料竖向均布周期荷载

基础竖向多频参数激励下圆弧拱平面内动力失稳研究

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工程力学 2022年第4期39卷 53-64页

作者：钟子林刘爱荣广州大学风工程与工程振动研究中心广东广州510006 广州铁路职业技术学院广东广州510430

地震波、冲击波、环境振动激励会通过地基基础传递到拱上,致使拱发生动力失稳失去承载能力。为深入研究拱在基础竖向激励下的动力稳定性,该文基于能量法,建立了基础竖向激励下圆弧拱平面内动力稳定能量方程,利用哈密顿原理得到了拱面内... 详细信息

地震波、冲击波、环境振动激励会通过地基基础传递到拱上,致使拱发生动力失稳失去承载能力。为深入研究拱在基础竖向激励下的动力稳定性,该文基于能量法,建立了基础竖向激励下圆弧拱平面内动力稳定能量方程,利用哈密顿原理得到了拱面内径向和切向振动的耦合控制方程,求解了圆弧拱平面内失稳前的动轴力与动弯矩解析解。引入拱轴线不可压缩假设,解决了圆弧拱平面内动力控制方程的解耦问题。利用伽辽金法建立了基础竖向多频激励下圆弧拱平面内二阶常微分动力稳定方程,运用多尺度法推导了基础竖向多频激励下圆弧拱平面内动力失稳的临界激励频率解析公式,得到了圆弧拱同时发生一阶反对称参数共振和二阶正对称共振失稳的动力不稳定域,并利用有限元数值分析验证了理论解析解的正确性。进一步分析了拱矢跨比、长细比和圆心角对动力不稳定域的影响。

关键词：圆弧拱基础竖向多频激励平面内失稳多尺度法动力不稳定域

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热环境下圆弧拱的面内非线性屈曲

科学技术与工程 2022年第10期22卷 4069-4076页

作者：李学松刘爱荣招启嵩刘璐璐东莞滨海湾新区工程建设中心东莞523808 广州大学风工程与工程振动研究中心广州510006

为了避免拱在热环境下的失稳,以热环境下固接圆弧拱为研究对象,分析了其在拱顶径向集中力下的面内非线性屈曲行为,基于能量变分原理,建立了非线性平衡微分方程,跟踪了屈曲平衡路径,得到了拱的极值点屈曲和分岔屈曲荷载的理论解析解。并... 详细信息

为了避免拱在热环境下的失稳,以热环境下固接圆弧拱为研究对象,分析了其在拱顶径向集中力下的面内非线性屈曲行为,基于能量变分原理,建立了非线性平衡微分方程,跟踪了屈曲平衡路径,得到了拱的极值点屈曲和分岔屈曲荷载的理论解析解。并采用有限元数值结果验证了理论解的准确性,揭示了在热环境和集中力作用下拱的非线性极值点屈曲与分岔屈曲行为的区别与联系。研究结果表明:集中力作用下温度显著影响圆弧拱的非线性屈曲行为,极值点屈曲和分岔屈曲荷载随着温度的升高而增大;拱的上下极值点荷载随修正长细比的增大而增大;分岔屈曲最大温差随着修正长细比的增大而急速减小。

关键词：圆弧拱拱顶集中力热环境面内非线性屈曲

水平弹性支承圆弧钢拱的平面内极限承载力研究

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工程力学 2012年第3期29卷 45-54页

作者：杨洋童根树浙江大学土木工程系浙江杭州310058

支承于其他结构构件上的拱的支座约束可以用拱脚处的水平弹簧进行等效替代。利用ANSYS有限元程序,在考虑了几何缺陷、残余应力和材料非线性的基础上,采用大挠度变形理论对水平弹性支承拱进行了研究,分析了其极限强度和失稳特征。针对工... 详细信息

支承于其他结构构件上的拱的支座约束可以用拱脚处的水平弹簧进行等效替代。利用ANSYS有限元程序,在考虑了几何缺陷、残余应力和材料非线性的基础上,采用大挠度变形理论对水平弹性支承拱进行了研究,分析了其极限强度和失稳特征。针对工字形截面,研究了不同荷载工况下支座刚度对拱的承载力的影响,得到了两者之间的变化关系和极限状态下支座位移的计算公式。使用已有的两铰圆弧拱设计公式对弹性支承拱进行了验算,并提出了实用的简化设计准则。

关键词：圆弧拱平面内稳定弹塑性极限承载力弹性约束

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单轴对称截面圆弧拱平面外稳定性研究

工程力学 2012年第3期29卷 27-32页

作者：杨永华吴杰上海师范大学建筑工程学院上海200234 同济大学土木工程学院上海200092

根据变分原理推导了任意开口薄壁截面曲梁的稳定平衡方程。单轴对称截面圆弧拱在均布径向荷载(均匀受压)或两端作用大小相等、方向相反的端弯矩(均匀弯曲)作用下,平衡方程中曲率平面内的变形和曲率平面外的变形相互独立,故要么发生曲率... 详细信息

根据变分原理推导了任意开口薄壁截面曲梁的稳定平衡方程。单轴对称截面圆弧拱在均布径向荷载(均匀受压)或两端作用大小相等、方向相反的端弯矩(均匀弯曲)作用下,平衡方程中曲率平面内的变形和曲率平面外的变形相互独立,故要么发生曲率平面内弯曲失稳,要么发生曲率平面外的弯扭失稳。给出单轴对称截面圆弧拱在这两种受力情况下平面外屈曲荷载的理论解答。通过一些无碍结果的近似使所得公式形式简洁,便于在工程中应用。最后给出了计算实例,与已有的文献进行比较,并使用通用有限元软件ANSYS进行了模拟,分析结果与该文计算结果吻合,证明了所得公式的正确性。

关键词：圆弧拱单轴对称截面平面外稳定稳定平衡方程弯扭屈曲荷载理论解

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钢管混凝土支架构件—圆弧拱破坏机理研究

煤炭学报 2018年第7期43卷 1918-1929页

作者：单仁亮肖禹航刘珂铭戴旭赵伟闫伟陈宇翔中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 临沂大学土木工程与建筑学院山东临沂276000 中国科学院深海科学与工程研究所海南三亚572000

以钢管混凝土支架支护深井软岩巷道为背景,对钢管混凝土支架组成构件中的四分之一圆弧拱进行六分点等值加载,以研究试验试件的矢跨比和钢纤维体积掺量对试件力学性能的影响。实验表明,钢管混凝土圆弧拱试件拱底处主要受压弯剪应力影响,... 详细信息

以钢管混凝土支架支护深井软岩巷道为背景,对钢管混凝土支架组成构件中的四分之一圆弧拱进行六分点等值加载,以研究试验试件的矢跨比和钢纤维体积掺量对试件力学性能的影响。实验表明,钢管混凝土圆弧拱试件拱底处主要受压弯剪应力影响,最先发生局部破坏;拱顶处主要受压应力影响,拱底和拱顶均为试件最薄弱截面。矢跨比越大,能够承受的荷载和刚度越大。1%~1.5%钢纤维体积掺量的试件的柔性增强,极限荷载与无钢纤维试件差别不大。继续增加钢纤维掺量,试件刚度增加,但试件极限荷载降低,钢纤维体积掺量在1%~1.5%较为合适。再通过数值模拟进一步研究试件危险截面的受力形式和试件的截面尺寸、矢跨比、壁厚对承载力的影响。与此同时,结合试验分析和数值模拟结果,从试件截面强度、局部失稳、整体失稳三方面进行理论分析,给出钢管混凝土圆弧拱局部失稳的原因和承载力的计算公式。最后,结合实际工程情况,提出钢管混凝土设计方案。

关键词：钢管混凝土圆弧拱支架局部失稳整体失稳

压弯圆弧拱平面内稳定承载力设计方法的理论与试验研究

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土木工程学报 2011年第3期44卷 8-15页

作者：郭彦林林冰郭宇飞清华大学北京100084

对压弯圆弧拱平面内稳定承载力设计方法进行理论研究,考虑材料非线性、残余应力、初始几何缺陷、矢跨比和支承条件的影响,提出热轧圆管截面、焊接工字形截面和焊接箱形截面压弯圆弧拱平面内稳定承载力的设计建议公式。在数值计算的基础... 详细信息

对压弯圆弧拱平面内稳定承载力设计方法进行理论研究,考虑材料非线性、残余应力、初始几何缺陷、矢跨比和支承条件的影响,提出热轧圆管截面、焊接工字形截面和焊接箱形截面压弯圆弧拱平面内稳定承载力的设计建议公式。在数值计算的基础上,分别对全跨竖向均布荷载和半跨竖向均布荷载作用下的焊接工字形截面两铰圆弧钢拱的平面内稳定承载力进行试验研究,试验结果与有限元计算结果吻合良好。

关键词：圆弧拱平面内稳定承载力设计方法试验

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水平弹性支承圆弧钢拱的弹性屈曲分析

工程力学 2011年第3期28卷 9-16页

作者：杨洋童根树浙江大学土木工程系浙江杭州310058

钢拱常支承于其他结构上,拱脚受到弹性约束并出现水平位移,弹性约束会显著影响拱的力学行为。该文得到了水平弹性支承拱在沿弦长均匀分布的面内竖向荷载作用下的内力及位移的解析解,构造了一个无量纲化柔度系数。利用这个参数,对线性解... 详细信息

钢拱常支承于其他结构上,拱脚受到弹性约束并出现水平位移,弹性约束会显著影响拱的力学行为。该文得到了水平弹性支承拱在沿弦长均匀分布的面内竖向荷载作用下的内力及位移的解析解,构造了一个无量纲化柔度系数。利用这个参数,对线性解进行分析,提出了计算跨中轴力和拱脚支座位移的理论公式。根据跨中轴力大小,提出了在线性计算范围内划分拱与拱形梁的标准。分析了支座弹簧刚度对扁度不同的拱的内力分布的影响。利用有限元程序,分析了拱的分支屈曲模态、临界荷载及跨中临界轴力与支座刚度的关系,得到了拱由反对称屈曲转变为对称屈曲时柔度系数的界限值,提出了临界荷载和临界轴力与弹性柔度系数的关系式。

关键词：圆弧拱水平弹性支承临界荷载屈曲弹性柔度系数

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圆弧拱考虑一般缺陷的面内屈曲

应用力学学报 2009年第4期26卷 721-724页

作者：易壮鹏赵跃宇长沙理工大学长沙410114 湖南大学长沙410082

研究了几何缺陷、荷载非均匀分布和支座沉陷对圆弧拱面内屈曲的影响。基于能量的变分原理推导了考虑缺陷的微分方程,得到了外荷载和轴力的关系式以及径向位移的表达式。从微分方程出发用摄动法对屈曲荷载的缺陷敏感性进行了分析,得到了... 详细信息

研究了几何缺陷、荷载非均匀分布和支座沉陷对圆弧拱面内屈曲的影响。基于能量的变分原理推导了考虑缺陷的微分方程,得到了外荷载和轴力的关系式以及径向位移的表达式。从微分方程出发用摄动法对屈曲荷载的缺陷敏感性进行了分析,得到了屈曲荷载的近似表达式。结果表明近似解与精确解吻合良好;正对称屈曲荷载对正对称缺陷参数十分敏感;反对称缺陷参数对反对称屈曲荷载影响显著而正对称缺陷参数影响很小。

关键词：圆弧拱一般缺陷面内屈曲变分原理摄动分析