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所屬欄目:高等教育論文 發布日期:2012-09-22 09:20 熱度:
摘要:國內外許多學者致力于曲線橋結構受力的相關研究,提出了各種精確的或者是近似的分析方法。本文主要對曲線梁橋結構研究與分析的現狀進行闡述和分析,希望能夠在之后的分析之中提供相關的研究依據。
關鍵字:箱型曲線梁橋;理論;研究進展;發展方向
一、緒論
隨著我國高等公路建設的修建進程的加快,各種曲線橋結構在我國已經被廣泛使用。曲線梁橋具有獨特的流線型結構,其線條十分明快并且流暢,能夠給人們以美的感受。并且曲線梁橋的設置可以讓交通路線的規劃很好地適應當地的地形特點,從而使得交通線路的布置更加合理和科學。但由于曲率的影響,曲線梁橋在平面內還是存在著縱橫方向的耦合。并且由于其結構動力特征十分復雜,對于曲線梁橋在平面內荷載作用之下的靜力學以及動力學分析的理論研究目前來說還比較缺乏。
二、箱型曲線梁橋結構分析理論現狀闡述
1、曲線橋靜動力分析方法的研究進展
曲線梁問題的研究可以追溯到19世紀。當時Vlasov對于圓形截面的彎曲桿件的扭轉問題進行了初級的研究。而進一步深入的研究則開始于二十世紀五、六十年代。在這期間,由于曲梁單元的復雜性,對于曲線梁廚師研究還僅僅局限于線性分析。按照平衡方法,Timoshellko推導出了不考慮翹曲影響的空間曲線梁的平衡微分方程。Vlasov通過直梁應變替代曲線梁應變的方式,推導出了曲線梁的平衡方程。姚玲森通過將曲線梁的平衡微分方程、集合方式以及物理方程進行聯立,得到了其位移法形式的控制微分方程。最后按照傅立葉級數解除了曲線梁的內力。在過去幾十年中,國內外的許多專家和學者還對空間曲梁的現行變形行為進行了研究。在這方面比較突出的研究包括Markus的“曲線梁的振動”、Ehi-damparam的“平面曲線梁的振動”、Laura的“拱形結構研究進展”和Aueiello的“圓弧拱的自由振動”。
關于曲線梁的振動方面的研究,主要有面內振動、面外振動和旋轉系統中的振動三個方面。對于開口截面和閉口界面曲線梁的振動研究主要始于Viasov和Timoshenko,而后來的學者在這兩者研究的基礎上,對不同邊界條件、剪切變形、轉動慣量以及編曲率等方面進行了更為詳盡的研究。Iwase詳細研究并分析了曲線梁橋的結構靜力和動力分析方法的研究進展,并對曲線梁分析方法進行了總結。其解釋了傳統分析方法的不足。
2、傳遞矩陣法的研究現狀
傳遞矩陣法的概念最早是在上世紀20年代提出,在當時主要用于研究彈性構件組成的一維線性系統振動問題。這一方法的基本思想是將一個整體結構的力學分析問題轉化為若干單元或者子過程的對接以及傳遞的力學分析問題,并依據結構控制微分方程,借助計算機利用矩陣相乘來進行精確的分析。傳遞矩陣法具有力學概念清晰,邏輯性強、計算效率高以及無需建立系統的動力學方程等方面的特點,故其經常應用于建筑結構桿系構件的靜動力分析以及橋梁結構的靜動力分析等方面。
劉慶潭和李青寧的研究分別利用了傳遞矩陣的方法對圓弧以及拋物線連續拱橋進行了計算。其中后者更是將此方法用于曲線橋以及曲橋板的內力和位移的計算之中。對于箱型曲線梁橋的結構,Sasmal提供了箱型曲線梁橋傳遞矩陣的具體表達式,并根據其結構的振動原理,建立了曲線梁橋的振動傳遞矩陣理論,并研制了相應的計算機分析程序。另外,其還進行了相應的算例計算,從而證明了其提出的公式的正確性。
Dokumaci在其研究之中,將反應譜理論引入到了傳遞矩陣法之中,從而建立了曲線梁橋的抗震傳遞矩陣理論。其結果表明,利用傳遞矩陣法對結構進行行動力反應分析是一條有效的途徑。于此同時,他也進行了相應了數值分析和驗證,通過算例計算,表明這一方法能夠降低因求解微分方程而帶來的難度,從而為傳遞矩陣法在曲線梁結構分析中的應用和推廣提供了十分方便的分析方法。
在之后的研究之中,孫建鵬通過利用精細傳遞矩陣法,推導出了箱型曲線形梁的自由振動的計算公式。與傳統的傳遞矩陣方法相比,這種方法無需對微分方程組進行求解,而只需要按照迭代公式進行計算就能夠獲得求解所需要的傳遞矩陣,再根據邊界條件并通過運用頻率搜索的方法就可以得到相應的自振頻率。該作者認為,此方法不僅適用于連續結構又適用于離散結構,并且也可以應用于離散和連續相結合的混合結構的振動特性分析,從而為精確分析復雜結構的動力特性提供了一條便捷有效的途徑。
這些研究雖然都對曲線強橋,尤其是箱型曲線梁橋的結構研究具有很大的意義,但是由于箱型曲線梁力學特征的復雜性和采用方法的不同以及出發點的不一致,導致了對于箱型曲線梁復雜特性的一個全面、精確的分析方法的缺乏。并且顯存的分析方法的應用范圍還是有較大的限制。因此對于將來的相關研究而言,探索更加具有適用性的計算理論和方法是十分重要并且很有必要的。
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文章標題:淺析箱型曲線梁橋結構理論研究發展現狀
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