桿系鋼結(jié)構(gòu)非線性振動(dòng)穩(wěn)定性分析、識(shí)別與優(yōu)化

對(duì)用于靜力穩(wěn)定性問(wèn)題的弧長(zhǎng)跟蹤法和廣義位移控制法進(jìn)行了改進(jìn)，使其適用于非線性動(dòng)力屈曲和屈曲后平衡路徑的跟蹤；研究了杜系鋼結(jié)構(gòu)在地震等任意動(dòng)力荷載作用下的非線性動(dòng)力反應(yīng)特征；對(duì)強(qiáng)構(gòu)的動(dòng)力穩(wěn)定性進(jìn)行了明確地定義；總結(jié)了結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動(dòng)力失穩(wěn)的規(guī)律，給出了穩(wěn)定性臨界點(diǎn)和動(dòng)力穩(wěn)定度的確定方法，建立了動(dòng)力穩(wěn)定性判定準(zhǔn)則；進(jìn)行了鋼網(wǎng)殼模型的振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)，觀察了部分節(jié)點(diǎn)和杜件的局部動(dòng)力失穩(wěn)和模型的整體動(dòng)力失穩(wěn)現(xiàn)象；分析了結(jié)構(gòu)的缺陷敏感性；通過(guò)對(duì)多個(gè)桿系結(jié)構(gòu)的靜力和動(dòng)力穩(wěn)定性分析結(jié)果和動(dòng)力平衡路徑跟蹤過(guò)程中各參數(shù)的變化特征的總結(jié)，提出了結(jié)構(gòu)動(dòng)力穩(wěn)定性的近似估算方法，從而使對(duì)大型結(jié)構(gòu)進(jìn)行的動(dòng)力穩(wěn)定性分析變得方便而快捷。 2100433B

包括桿系結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形分析、桿系結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析以及桿系結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析之前，須對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化，確定計(jì)算模型，還要進(jìn)行幾何構(gòu)造分析，以保證桿系結(jié)構(gòu)的幾何不變性（見(jiàn)結(jié)構(gòu)的幾何不變性）。對(duì)于由若干平面桿系結(jié)構(gòu)組成的空間桿系結(jié)構(gòu)，在保證安全可靠的前提下，可略去一些次要因素，將其分解為各個(gè)平面桿系結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。有些空間桿系結(jié)構(gòu)不易分成若干平面結(jié)構(gòu)，只能按空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。平面桿系結(jié)構(gòu)中各桿件一般承受三項(xiàng)內(nèi)力：軸力，力矩和剪力，而空間桿系結(jié)構(gòu)中各桿件一般承受六項(xiàng)內(nèi)力：兩個(gè)互相垂直的剪力、兩個(gè)互相垂直的、一個(gè)軸力和一個(gè)扭矩。

桿系結(jié)構(gòu)基本條件

作為桿系結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)的三個(gè)基本條件是：①桿件材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。分為線性關(guān)系（服從胡克定律）和非線性關(guān)系。②力系平衡條件。整個(gè)結(jié)構(gòu)的力系，部分結(jié)構(gòu)的力系，一個(gè)結(jié)點(diǎn)的力系，都應(yīng)滿足平衡條件。③變形協(xié)調(diào)條件，即變形前為某一結(jié)點(diǎn)約束的各桿件在變形后仍為同一結(jié)點(diǎn)約束。根據(jù)上述三個(gè)條件，可以推演出各種桿系結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法，用它們不僅能算出結(jié)構(gòu)的桿件內(nèi)力、支座反力，還能算出結(jié)構(gòu)的變形。結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失去承載能力；而結(jié)構(gòu)的變形過(guò)大，或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)失去承載能力，或影響結(jié)構(gòu)的正常使用。

桿系結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形分析

靜定桿系結(jié)構(gòu)的內(nèi)力可通過(guò)平衡方程直接解出。靜不定桿系結(jié)構(gòu)可采用力法、位移法或兩者相結(jié)合的混合法求解。在用力法求解時(shí)，為了滿足變形協(xié)調(diào)條件，經(jīng)常需要計(jì)算各種桿件或整個(gè)結(jié)構(gòu)在某點(diǎn)的廣義位移（包括線位移和角位移）。常用的計(jì)算方法有單位載荷法。

桿系結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

桿系結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析也是基于上述三個(gè)條件。軸心受壓力作用的直桿在壓力較小時(shí)只產(chǎn)生軸向變形，而當(dāng)壓力增大到某限值時(shí)會(huì)突然產(chǎn)生彎曲變形，即出現(xiàn)壓桿的失穩(wěn)現(xiàn)象。對(duì)于壓桿（即柱），已有一些確定臨界載荷值的計(jì)算公式。在桿系結(jié)構(gòu)中不僅要考慮個(gè)別桿件的局部失穩(wěn)，而且要考慮結(jié)構(gòu)的整體失穩(wěn)。結(jié)構(gòu)在一定的載荷作用下，以一種相應(yīng)的變形形式處于平衡狀態(tài)。當(dāng)載荷增大到某一限值時(shí)，整個(gè)結(jié)構(gòu)體系可能出現(xiàn)失穩(wěn)，即偏離原有的變形形式而過(guò)渡到另一種平衡狀態(tài)，或整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失承載能力。確定結(jié)構(gòu)臨界載荷值的方法與壓桿類似，只是由于桿件較多，需要考慮很多結(jié)點(diǎn)的力系平衡和變形協(xié)調(diào)條件，在數(shù)學(xué)處理上較為復(fù)雜。

桿系結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析

桿系結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析主要研究在動(dòng)載荷下桿系結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的隨時(shí)間變化的內(nèi)力和位移。動(dòng)載荷包括周期性載荷（如各種機(jī)器振動(dòng)）、沖擊載荷（如各種爆炸載荷）以及隨機(jī)載荷（如地震，海浪、風(fēng)引起的載荷）。進(jìn)行動(dòng)力分析要在力系中增加慣性力（見(jiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)），同時(shí)要把載荷、內(nèi)力、位移等都視為時(shí)間的函數(shù)。

在桿系結(jié)構(gòu)分析中，也可應(yīng)用能量方法。在這種方法中，平衡條件或幾何條件被相應(yīng)的能量原理來(lái)代替。其中主要有兩類基本原理：一類是與位移法相關(guān)的勢(shì)能原理，另一類是與力法相關(guān)的余能原理。應(yīng)用能量原理不僅能分析結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形，也能分析結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和動(dòng)力特性。

20世紀(jì)60年代以前，桿系結(jié)構(gòu)分析主要靠人工計(jì)算，所能解決的問(wèn)題在范圍，規(guī)模和精確度上都受到限制。電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)為桿系分析提供了強(qiáng)有力的工具，近年來(lái)，應(yīng)用于桿系結(jié)構(gòu)分析的計(jì)算機(jī)通用程序和各種專用程序日益增多，這使計(jì)算模型可更接近于實(shí)際結(jié)構(gòu)而無(wú)須作過(guò)多的簡(jiǎn)化。 2100433B