桿系鋼結構非線性振動穩(wěn)定性分析、識別與優(yōu)化基本信息

對用于靜力穩(wěn)定性問題的弧長跟蹤法和廣義位移控制法進行了改進，使其適用于非線性動力屈曲和屈曲后平衡路徑的跟蹤；研究了杜系鋼結構在地震等任意動力荷載作用下的非線性動力反應特征；對強構的動力穩(wěn)定性進行了明確地定義；總結了結構產(chǎn)生動力失穩(wěn)的規(guī)律，給出了穩(wěn)定性臨界點和動力穩(wěn)定度的確定方法，建立了動力穩(wěn)定性判定準則；進行了鋼網(wǎng)殼模型的振動臺實驗，觀察了部分節(jié)點和杜件的局部動力失穩(wěn)和模型的整體動力失穩(wěn)現(xiàn)象；分析了結構的缺陷敏感性；通過對多個桿系結構的靜力和動力穩(wěn)定性分析結果和動力平衡路徑跟蹤過程中各參數(shù)的變化特征的總結，提出了結構動力穩(wěn)定性的近似估算方法，從而使對大型結構進行的動力穩(wěn)定性分析變得方便而快捷。 2100433B

包括桿系結構的內(nèi)力和變形分析、桿系結構的穩(wěn)定性分析以及桿系結構的動力分析。在進行結構分析之前，須對實際結構進行合理的簡化，確定計算模型，還要進行幾何構造分析，以保證桿系結構的幾何不變性（見結構的幾何不變性）。對于由若干平面桿系結構組成的空間桿系結構，在保證安全可靠的前提下，可略去一些次要因素，將其分解為各個平面桿系結構進行分析。有些空間桿系結構不易分成若干平面結構，只能按空間結構進行分析。平面桿系結構中各桿件一般承受三項內(nèi)力：軸力，力矩和剪力，而空間桿系結構中各桿件一般承受六項內(nèi)力：兩個互相垂直的剪力、兩個互相垂直的、一個軸力和一個扭矩。

桿系結構基本條件

作為桿系結構分析基礎的三個基本條件是：①桿件材料的應力-應變關系。分為線性關系（服從胡克定律）和非線性關系。②力系平衡條件。整個結構的力系，部分結構的力系，一個結點的力系，都應滿足平衡條件。③變形協(xié)調條件，即變形前為某一結點約束的各桿件在變形后仍為同一結點約束。根據(jù)上述三個條件，可以推演出各種桿系結構的計算方法，用它們不僅能算出結構的桿件內(nèi)力、支座反力，還能算出結構的變形。結構內(nèi)部的應力過大，會導致結構失去承載能力；而結構的變形過大，或導致結構失去承載能力，或影響結構的正常使用。

桿系結構內(nèi)力和變形分析

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

桿系結構穩(wěn)定性分析

桿系結構的穩(wěn)定性分析也是基于上述三個條件。軸心受壓力作用的直桿在壓力較小時只產(chǎn)生軸向變形，而當壓力增大到某限值時會突然產(chǎn)生彎曲變形，即出現(xiàn)壓桿的失穩(wěn)現(xiàn)象。對于壓桿（即柱），已有一些確定臨界載荷值的計算公式。在桿系結構中不僅要考慮個別桿件的局部失穩(wěn)，而且要考慮結構的整體失穩(wěn)。結構在一定的載荷作用下，以一種相應的變形形式處于平衡狀態(tài)。當載荷增大到某一限值時，整個結構體系可能出現(xiàn)失穩(wěn)，即偏離原有的變形形式而過渡到另一種平衡狀態(tài)，或整個結構喪失承載能力。確定結構臨界載荷值的方法與壓桿類似，只是由于桿件較多，需要考慮很多結點的力系平衡和變形協(xié)調條件，在數(shù)學處理上較為復雜。

桿系結構動力分析

桿系結構的動力分析主要研究在動載荷下桿系結構中產(chǎn)生的隨時間變化的內(nèi)力和位移。動載荷包括周期性載荷（如各種機器振動）、沖擊載荷（如各種爆炸載荷）以及隨機載荷（如地震，海浪、風引起的載荷）。進行動力分析要在力系中增加慣性力（見相對運動），同時要把載荷、內(nèi)力、位移等都視為時間的函數(shù)。

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

20世紀60年代以前，桿系結構分析主要靠人工計算，所能解決的問題在范圍，規(guī)模和精確度上都受到限制。電子計算機的出現(xiàn)為桿系分析提供了強有力的工具，近年來，應用于桿系結構分析的計算機通用程序和各種專用程序日益增多，這使計算模型可更接近于實際結構而無須作過多的簡化。 2100433B