序論：好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇工程結(jié)構(gòu)分析論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

2結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析常用的方法

2.1振型分解反應(yīng)譜法

振型分解反應(yīng)譜法的原理：該方法分解其結(jié)構(gòu)單自由度體系的振型以及反應(yīng)譜。根據(jù)此法，地震效應(yīng)中的多自由度體系特性得到了求解。該法把結(jié)構(gòu)的動(dòng)力效應(yīng)數(shù)值化，通過地震反應(yīng)譜來推算出結(jié)構(gòu)在地震作用下的行為。反應(yīng)譜曲線反映的是周期及反應(yīng)的關(guān)系曲線。我國(guó)現(xiàn)行的抗震規(guī)范中，計(jì)算單向水平地震響應(yīng)時(shí)，采用的是振型分解反應(yīng)譜法。規(guī)范中對(duì)兩個(gè)主軸方向均施加地震作用，同時(shí)組合雙向水平地震的響應(yīng)（即是組合其中一個(gè)方向百分之一百的值與另一方向百分之八十五值的平方根）。從此可知，抗震性能的要求在規(guī)范中越來越高。振型分解反應(yīng)譜法廣泛的應(yīng)用在實(shí)際工程中，下面介紹一下其優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：⑴振型分解反應(yīng)譜法的優(yōu)點(diǎn)在于其結(jié)合廣義地震的強(qiáng)度、動(dòng)力特征、場(chǎng)地以及震中距一起考慮，研究相互之間的關(guān)系。自1950年開始，該方法就廣泛應(yīng)用于各國(guó)建筑抗震規(guī)范中，同時(shí)也是我國(guó)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中地震作用所采用的分析方法以及計(jì)算理論基礎(chǔ)。⑵該方法的反應(yīng)譜的繪制是由國(guó)內(nèi)外大量的記錄最大地震響應(yīng)在結(jié)構(gòu)單質(zhì)點(diǎn)體系中的行為計(jì)算而來的。從統(tǒng)計(jì)理論角度來說，該方法能夠較為準(zhǔn)確的算出結(jié)構(gòu)在其使用期內(nèi)收到地震的最大反應(yīng)，在定量角度而言上較為準(zhǔn)確可靠。這就是反應(yīng)譜法尤為突出的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：盡管反應(yīng)譜法的理論比較成熟而且簡(jiǎn)單易懂。然而，局限性來源于其本質(zhì)，使其有著如下不足之處：⑴盡管反應(yīng)譜法綜合考慮了結(jié)構(gòu)動(dòng)力特征所產(chǎn)生的共振效應(yīng)，但目前的設(shè)計(jì)工作中依然將地震的慣性力當(dāng)做是靜力來處理，因此，反應(yīng)譜理論在目前來說是準(zhǔn)動(dòng)力理論而非準(zhǔn)確的動(dòng)力理論；⑵振幅、頻譜和持續(xù)時(shí)間作為地震動(dòng)力效應(yīng)的三要素，在利用振型分解反應(yīng)譜法作分析的過程中僅僅考慮了振幅和頻譜，未能真實(shí)的反映地震動(dòng)力效應(yīng)持續(xù)的時(shí)間對(duì)結(jié)構(gòu)破壞程度的影響，而這種影響恰恰是至關(guān)重要的；⑶反應(yīng)譜理論的適用范圍是結(jié)構(gòu)在彈性階段的地震效應(yīng)。結(jié)構(gòu)整體最不利的地震效應(yīng)在彈塑性階段中的體現(xiàn)能夠用該法粗略地推算出，結(jié)構(gòu)在整個(gè)地震過程的效應(yīng)則無法體現(xiàn)。同時(shí)地震過程中各關(guān)鍵構(gòu)件在彈塑性變形階段的應(yīng)力以及變形狀態(tài)也無法反映出來，因而也無法找出地震作用下結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。因此學(xué)者們可以把尋找彌補(bǔ)該法缺陷的方法作為今后的研究方向。

2.2時(shí)程分析法

時(shí)程分析法作為新型的抗震分析方法，開始于1960年，并逐步發(fā)展起來。其主要用于研究高層以及超高層建筑的抗震性能分析。該方法作為有效的分析方法，在1980已廣泛應(yīng)用于抗震設(shè)計(jì)規(guī)范或規(guī)程中。地震波利用時(shí)程分析法，按照時(shí)間段進(jìn)行數(shù)值化后，再在整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的振動(dòng)微分方程中將其帶入，采用逐步積分法對(duì)結(jié)構(gòu)在彈塑階段的動(dòng)力反應(yīng)進(jìn)行分析，求解結(jié)構(gòu)在整個(gè)強(qiáng)震時(shí)間以及空間區(qū)域中的動(dòng)力狀態(tài)全過程，得出任意桿件在任意時(shí)刻的內(nèi)力和變形以及出現(xiàn)塑性鉸的順序。地震動(dòng)相關(guān)參數(shù)需要輸入到時(shí)程分析法中，該參數(shù)是能反映場(chǎng)地的真實(shí)情況以及具有統(tǒng)計(jì)意義的加速度時(shí)程曲線。結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力模型綜合考慮了結(jié)構(gòu)的非線性恢復(fù)力特征。與振型分解反應(yīng)譜法相比較，時(shí)程分析方法更加接近實(shí)際情況。因而時(shí)程分析方法具有如下特點(diǎn)：⑴將地震力數(shù)值化，轉(zhuǎn)化為地震動(dòng)加速度時(shí)程曲線輸入，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震反應(yīng)效應(yīng)的分析，能較為全面地考慮了強(qiáng)震作用的三要素；⑵結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性質(zhì)是利用結(jié)構(gòu)在彈塑階段的整個(gè)過程恢復(fù)力特征曲線來體現(xiàn)，從而能夠比較準(zhǔn)確地體現(xiàn)結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)；⑶能夠得到結(jié)構(gòu)在整個(gè)強(qiáng)震時(shí)間以及空間區(qū)域中的動(dòng)力狀態(tài)全過程，得出任意桿件在任意時(shí)刻的內(nèi)力和變形以及出現(xiàn)塑性鉸的順序，從而可判定結(jié)構(gòu)的屈服機(jī)制。

2.3靜力彈塑性（Pushover）分析

靜力彈塑性（Pushover）分析主要研究方向是研究罕遇地震力作用下，結(jié)構(gòu)體系的地震效應(yīng)。該法是基于抗震性能設(shè)計(jì)方法，評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)體系在大震作用下，是否滿足“結(jié)構(gòu)不倒塌，重要構(gòu)件不嚴(yán)重受損”的抗震性能目標(biāo)。本文根據(jù)Pushover的基本計(jì)算原理進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，并就其在工程實(shí)例中的應(yīng)用展開討論。對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)來說，該法是一種可行的簡(jiǎn)化分析方法。其計(jì)算過程如下：⑴建立模型、內(nèi)力分析和配筋。利用程序，求出結(jié)構(gòu)構(gòu)件在我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定的荷載工況下的內(nèi)力并配筋。內(nèi)力分析時(shí)，梁、柱利用框架單元進(jìn)行模擬,現(xiàn)澆板用殼單元進(jìn)行模擬,模擬框架的計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖1所示。⑵塑性鉸的定義和設(shè)置。SAP2000可以在任意構(gòu)件的任意部位布置任意數(shù)量的塑性鉸（彎矩、剪力以及軸力）。各種塑性鉸的本構(gòu)模型如圖2所示。⑶側(cè)向加載模式以及輸出模型結(jié)果。

篇（2）

0前言

程結(jié)構(gòu)跨度變得越來越大，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性也就顯得越來越重要，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帥和上程技術(shù)人員也對(duì)它更加重視。方面，通過對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性優(yōu)化設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)處于良好的上作狀態(tài)，保證了結(jié)構(gòu)的安全可靠性，延長(zhǎng)了結(jié)構(gòu)的使用周期和減少了對(duì)環(huán)境的廠幾擾:另一方而，通過結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性可了解復(fù)雜結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性能和技術(shù)性能，從而作出科學(xué)的技術(shù)評(píng)定。運(yùn)用結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性解決程實(shí)際問題，需要有個(gè)橋梁—近20余年迅速發(fā)展起來的模態(tài)分析技術(shù)。模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動(dòng)特性分析的，種手段，通過分析L.程結(jié)構(gòu)的模態(tài)特性可建立結(jié)構(gòu)在動(dòng)態(tài)激勵(lì)條件下的響應(yīng)，預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)在實(shí)際五作狀態(tài)下的工作行為及其對(duì)環(huán)境的影響。

1模態(tài)分析理論

1.l模態(tài)分析的實(shí)質(zhì)

模態(tài)分析實(shí)質(zhì)是一種坐標(biāo)系統(tǒng)的變換，目的在于把原在物理坐標(biāo)系統(tǒng)中描述的響應(yīng)向量放到所謂的“模態(tài)坐標(biāo)系統(tǒng)”中描述，這一坐標(biāo)系統(tǒng)每一個(gè)基向量恰好是振動(dòng)系統(tǒng)的個(gè)特征向量，利用各特征向量之間的正交性，可使描述響應(yīng)向量的各個(gè)坐標(biāo)互相獨(dú)立而無藕合，于是，振動(dòng)方程是一組互無禍合的方程，各個(gè)坐標(biāo)均可單獨(dú)求解。

1.2模態(tài)分析的方法

模態(tài)分析可分為實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析與計(jì)算模態(tài)分析兩種方法。實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析是采用實(shí)驗(yàn)與理論分析相結(jié)合的方法來識(shí)別結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)(模態(tài)頻率、模態(tài)阻尼、振型)，用實(shí)驗(yàn)的方法來尋求模態(tài)振型以及描述響應(yīng)向量的各個(gè)坐標(biāo)，即模態(tài)坐標(biāo)。它對(duì)程結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)有實(shí)用價(jià)值。工程結(jié)構(gòu)可視一系統(tǒng)，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性是指系統(tǒng)隨頻率、剛度、阻尼變化的特性。它既可用頻域的頻響函數(shù)描述，也可用時(shí)域的脈沖響應(yīng)函數(shù)描述。建立頻響函數(shù)與模態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系，以便識(shí)別模態(tài)參數(shù)，是模態(tài)分析的理論一項(xiàng)重要內(nèi)容。

實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析可分為兩種不同的實(shí)驗(yàn)方法:

正則振型實(shí)驗(yàn)法(NMT):此法用多個(gè)激振器對(duì)結(jié)構(gòu)同時(shí)進(jìn)行正弦激勵(lì)，當(dāng)激振力矢量被調(diào)到正比f某一振型時(shí)，就可激勵(lì)出某一純模態(tài)振型，并直接測(cè)出相應(yīng)的模態(tài)參數(shù)，不必再進(jìn)行計(jì)算。該法的優(yōu)點(diǎn)在于所得的結(jié)果精度高;但它需要高精度的龐大測(cè)試儀器和熟練的實(shí)驗(yàn)技能，費(fèi)時(shí)長(zhǎng)，成本高。

頻響函數(shù)法(FRF):此法可只在結(jié)構(gòu)的某一選定點(diǎn)卜進(jìn)行激勵(lì)，同時(shí)在多個(gè)選定點(diǎn)依次測(cè)量其響應(yīng)。將激勵(lì)和響應(yīng)的時(shí)域信號(hào)，經(jīng)FFT分析儀轉(zhuǎn)換成頻域的頻譜。因頻響函數(shù)是響應(yīng)與激勵(lì)譜的復(fù)數(shù)比，對(duì)已建立的頻響函數(shù)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行曲線擬合，就可從頻響函數(shù)求出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。該法的優(yōu)點(diǎn)在于可同時(shí)激勵(lì)出全部模態(tài)，測(cè)試的時(shí)間短，所用儀器設(shè)備較簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)方便，在產(chǎn)業(yè)和科研部門得到了一泛的應(yīng)用。

1.3模態(tài)分析技術(shù)

模態(tài)分析技術(shù)的各主要環(huán)節(jié)如下圖所示:

頻響函數(shù)H表示系統(tǒng)的輸出X與輸入F的復(fù)數(shù)比，基木定義是

它的物理含義是:在頻率山處輸入(激勵(lì))—一單的正弦力，則系統(tǒng)將在同樣的田處產(chǎn)生一正弦運(yùn)動(dòng)的輸出(響應(yīng))，如下別所示:

而對(duì)于線性定常系統(tǒng)，任何輸入/輸出譜，都可以認(rèn)為是正弦譜的迭加。故描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的頻響函數(shù)(FRF)與用來測(cè)量的信號(hào)類型無關(guān)，可用同樣應(yīng)用于簡(jiǎn)諧激勵(lì)、瞬態(tài)激勵(lì)和隨機(jī)激勵(lì)。

模態(tài)分析中結(jié)構(gòu)的各階固有頻率相差較大，而阻尼又較小的情況下，以某一固有頻率激振時(shí)，該階固有模態(tài)就占土導(dǎo)地位，在定的誤差范圍內(nèi)即可當(dāng)作純模態(tài)響應(yīng)看待，于是識(shí)別L:作可化為一個(gè)一個(gè)的單自由系統(tǒng)進(jìn)行就非常方便。但是實(shí)際實(shí)驗(yàn)中要激出“純模態(tài)”響應(yīng)是不可能的，因?yàn)槿魏我环N分布的激振力必將激出多個(gè)模態(tài)響應(yīng)，實(shí)際測(cè)得的響應(yīng)是多個(gè)響應(yīng)的疊加。從能量的角度米看，各階模態(tài)之間是正交的，各固有模態(tài)之間總是不禍合的，每階固有模態(tài)表現(xiàn)為一種特定的能量平衡狀態(tài)，各平衡狀態(tài)之間沒有能量交換也互不禍合，結(jié)構(gòu)的能量就是各階固有模態(tài)能量的總和。

模態(tài)分析最主要的應(yīng)用是建立結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的預(yù)測(cè)模型，為結(jié)構(gòu)的動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)及疲勞壽命的估計(jì)服務(wù)。模態(tài)分析的結(jié)果必將伴隨著模態(tài)坐標(biāo)的縮減，因?yàn)樵趯?shí)際中，我們總是只是取其中的若廠階起土要作用的模態(tài)，而忽略其余階模態(tài)。在物理坐標(biāo)系中所表達(dá)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)方程是按動(dòng)力平衡觀點(diǎn)或牛頓第，二定理來建立的，而在模態(tài)坐標(biāo)系統(tǒng)中建立的響應(yīng)計(jì)算模型或動(dòng)力方程是從能量平衡觀點(diǎn)建立的。局部物理參數(shù)的變化總能在模態(tài)參數(shù)中得到反映，但并非是很敏感的，有的局部變化甚至是不敏感。例如，在某階振型的節(jié)點(diǎn)(該處振幅理論值為零)處附加質(zhì)量，對(duì)該階模態(tài)參數(shù)就不會(huì)引起變化，所以我們常常能夠通過模態(tài)參數(shù)的變化來檢測(cè)結(jié)構(gòu)局部損傷，但不能檢測(cè)非常小的局部損傷。實(shí)踐說明，在結(jié)構(gòu)動(dòng)特性中，振型對(duì)局部損傷的敏感性大于其它參數(shù)的敏感性，而應(yīng)變模態(tài)振型比位移模態(tài)振型更敏感。

眾所周知，結(jié)構(gòu)在脈沖激勵(lì)下作自山振動(dòng)時(shí)，由于結(jié)構(gòu)阻尼的存在，其響應(yīng)將逐漸衰減。理論，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)可視為各階模態(tài)按不同比例疊加的結(jié)果。對(duì)于結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)而言，高階模態(tài)的位移貢獻(xiàn)相對(duì)較小，而低階模態(tài)的位移貢獻(xiàn)相對(duì)較大。因此當(dāng)結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)時(shí)，不少人認(rèn)為結(jié)構(gòu)的模態(tài)階數(shù)越高，其響應(yīng)衰減的速度就越快，最后保留的部分響應(yīng)是以結(jié)構(gòu)第一階模態(tài)所作的自山衰減振動(dòng)。目前，這直覺甚至被當(dāng)作結(jié)論被L程界所接受，并在許多上程結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)測(cè)試中應(yīng)用，特別是被用來確定結(jié)構(gòu)的第一階固有頻率和陽尼系數(shù)。從結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)中獲得的這直觀結(jié)論，在振動(dòng)理論尚未給予明確的回答。事實(shí)，并非所有程結(jié)構(gòu)都表現(xiàn)為“結(jié)構(gòu)的模態(tài)階數(shù)越高，其對(duì)應(yīng)的位移響應(yīng)衰減的就越快”。

2工程實(shí)例

湖北省秘歸縣三峽庫區(qū)一鋼筋混凝上結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)體施1.拱橋(土跨105米)的成橋動(dòng)力試驗(yàn)中，為了獲取橋梁在車輛激勵(lì)作用下的自由振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，在橋而一3/8處(點(diǎn)A1),1/8處(中點(diǎn)A2),3/8處(點(diǎn)A3),1/4處(點(diǎn)A1)，分別布置了加速度傳感器(橋梁結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示)。橋梁結(jié)構(gòu)在不同速度的載重車輛的激勵(lì)下，其振動(dòng)的自由衰減響應(yīng)信號(hào)由低頻加速度傳感器獲取，經(jīng)過電荷放大器、濾波器后，送數(shù)值信號(hào)采集分析系統(tǒng)作頻譜分析。

A1點(diǎn)的加速度響應(yīng)頻譜如圖2所示，結(jié)構(gòu)的第1至4階固有頻率分別識(shí)別為2.12Hz,3.54Hz,4.781-Iz和G.44Hz;而由A2點(diǎn)的加速瓜響應(yīng)頻譜分析僅識(shí)別出結(jié)構(gòu)第2階和第4階固有頻率:3.54Hz和G.44Hz(對(duì)稱點(diǎn)的響應(yīng)信號(hào)無法識(shí)別出反對(duì)稱的振動(dòng)模態(tài)，即該結(jié)構(gòu)的第1階模態(tài)是反對(duì)稱的)。如果將A1點(diǎn)的加速度自伯響應(yīng)信號(hào)經(jīng)過一定時(shí)間衰減后(截取信號(hào)的后部分，其類似d單自由度振動(dòng)系統(tǒng)的自由衰減響應(yīng)信號(hào))，對(duì)其作余振波形分析，固有頻率為3.SOHz;如果對(duì)其信號(hào)作頻譜分析，識(shí)別的固有頻率為3.54Hz,皆為結(jié)構(gòu)的第2階固有頻率。其分析結(jié)果表明該橋梁結(jié)構(gòu)的第2階模態(tài)比第1階模態(tài)衰減得快，即結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)時(shí)各階模態(tài)衰減的快慢并非一定按模態(tài)順序排列。同時(shí)必須指出的是，在許多成橋動(dòng)力檢測(cè)中，目前仍然應(yīng)用結(jié)構(gòu)的余振波形來確定結(jié)構(gòu)的第1階固有頻率和阻尼比，這樣就很有可能將結(jié)構(gòu)的高階模態(tài)參數(shù)誤作為第1階模態(tài)參數(shù)，進(jìn)而對(duì)結(jié)構(gòu)的建造質(zhì)量和技術(shù)性能作出錯(cuò)誤的判斷。

3結(jié)論

篇（3）

【關(guān)鍵詞】基坑支護(hù)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；支撐；監(jiān)測(cè)

1.工程概況湖南住宅建筑工程?hào)|面為小區(qū)道路，距路邊約20m；南面為單層臨建某酒店，間距約5.5m，該臨建基礎(chǔ)采用600噴粉樁，樁長(zhǎng)約15m，但現(xiàn)場(chǎng)觀察有部分墻體有不同程度的開裂，是基礎(chǔ)不均勻沉降引起的，如果地下室深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)有較大變化，就會(huì)對(duì)該酒店造成較大不利影響；西面為圍墻，距離約10m，北面是八層宿舍樓，間距約13m。該建筑物占地成矩形，長(zhǎng)55.52m，寬18.5m。總建筑面積約15500m2，樓高15層，設(shè)一層地下室，地下室層高分別為4.4m和3.4m，但外露0.9m在地面上。場(chǎng)地自然標(biāo)高約為-0.90m，地下室基礎(chǔ)承臺(tái)墊層底標(biāo)高分別為-6.4m和-7.35m，即地下室挖土深度分別為5.5m及6.45m，具體布置詳見圖1。圖1地下室圍堰平面圖

2.地質(zhì)條件

按地質(zhì)鉆探資料提示，地質(zhì)情況按孔深分層如下：0～3.7m為雜填土，松散；3.7～16.7m為淤泥質(zhì)粘土，飽和流塑；16.7～24.1m為中細(xì)砂角礫層，飽和，中細(xì)砂松散，角礫稍密；24.1～26.6m為粉質(zhì)粘土，飽和硬塑；26.6～29.3m為粉質(zhì)土層，濕堅(jiān)硬；29.3～55.5m為強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖。地下水位較高，地表下約0.84m。

3.基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的選擇

根據(jù)該建筑物地形及鉆探資料，綜合分析該地下基坑有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1)基坑開挖深度大。

(2)基坑開挖深度范圍內(nèi)是雜填土、淤泥，土性差；地下水位較高。

(3)地下室南面距某酒店只有5.5m，且酒店有約3.0寬洗車槽場(chǎng)地及海鮮水池設(shè)在此5.5m范圍內(nèi)。鉆孔樁，噴粉樁等機(jī)械無法靠近施工。并且一定要保證酒店正常營(yíng)業(yè)，地下室施工時(shí)要保證該酒店建筑物的安全。

通過對(duì)多種方案綜合分析，最后確定地下室基坑南面采用拉森Ⅲ型鋼板樁圍護(hù)，其余三面采用鉆孔樁800間距1100圍護(hù)，鉆孔樁外側(cè)采用500、400噴粉樁聯(lián)成止水帷幕。鉆孔樁除基坑底為-7.35m部分采用兩層水平支撐外，其余鉆孔樁均采用一層水平支撐設(shè)計(jì)，鋼板樁采用兩層水平支撐設(shè)計(jì)。第一層支撐體系采用鋼筋混凝土梁（其中鋼板樁仍使用HK300C工字鋼作腰梁，節(jié)點(diǎn)利用焊接鋼筋錨入支撐混凝土中），中間設(shè)φ800鉆孔支承樁。第二層支撐體系采用HK300C工字鋼。由于部分基礎(chǔ)承臺(tái)阻擋節(jié)在二層支撐的支撐樁上，考慮到不能拖延加設(shè)支撐的時(shí)間，因而先加設(shè)支撐，然后支撐與承臺(tái)混凝土一起澆筑

此設(shè)計(jì)方案本著“安全、經(jīng)濟(jì)、施工方便”的原則，一方面采用鉆孔樁及鋼筋混凝土支撐，經(jīng)濟(jì)合理，節(jié)省工程開支，又能保證基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)有足夠的剛度和整體性；另一方面，鋼板樁可接駁加長(zhǎng)，使樁錘能懸空施打板樁，以解決場(chǎng)地限制問題；另外，鋼板樁的抗?jié)B性能較好，鋼支撐安拆方便，施工速度快，且鋼板及鋼支撐可重復(fù)使用。

4.支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的驗(yàn)算取值

4.1鉆孔樁的計(jì)算（按等值梁法計(jì)算）

4.1.1r、Ck、ψk按20m范圍內(nèi)的加權(quán)平均值計(jì)算，求得：r＝15.9KN/m，ψK=120；主動(dòng)土壓力系數(shù)Ka=tg2(45-12/2)=0.66；被動(dòng)土壓力系數(shù)Kp=tg2(45+12/2)=1.52；查表得K=1.28；eAh=rhKa=15.9×5.5×0.66=57.7KN/m2；eAq=qKa=2.64KN/m2；

4.1.2基坑面以下支護(hù)結(jié)構(gòu)的反彎點(diǎn)取在土壓力零的d點(diǎn)，視為一個(gè)等值梁的一個(gè)鉸支點(diǎn)，計(jì)算樁上土壓力強(qiáng)度等于零的點(diǎn)離基坑底面下的距離為：y=Pb/r(K·Kp-Ka)=2.94m。

4.1.3按簡(jiǎn)支梁計(jì)算等值梁的兩支點(diǎn)反力，求得：Po=127.3KN/m，Ra=134.6KN/m。

4.1.4計(jì)算鉆孔樁最小入土深度to=X+Y，X=10m，求得：to=12.94m；t=1.13×to=14.62m；Lh+t=5.5+14.62=20.12m。綜合考慮樁長(zhǎng)取L＝20m。

4.1.5按剪力為零處彎矩最大，求得最大彎距：Mmax=246.8KN/m。

4.1.6采用800徑鉆孔樁，每隔1100mm布置，最大彎矩設(shè)計(jì)值：Mmax＝246.8×1.1×1.2＝325.8KN/m樁混凝土等級(jí)為C25，通過常規(guī)方法計(jì)算，鉆孔樁選配1620（對(duì)稱配筋，承受最大彎矩每側(cè)配密）。

4.2水平支撐GL1的截面設(shè)計(jì)。水平支撐GL1的截面尺寸定為500×900mm，作用于GL1的豎向荷載包括GL1的結(jié)構(gòu)自重g=1.25KN/m和支撐頂面的施工荷載q=9.7KN/m2，作用在支撐結(jié)構(gòu)上的水平力包括由土壓力和坑外地面荷載引起的圍護(hù)墻對(duì)腰梁QL1的側(cè)向力?？砂磭o(hù)墻沿腰梁長(zhǎng)度方向分布的水平乘以支撐中心距確定，即支撐的軸向力為NO＝7.5Ra=7.5×134.6=1009.5KN。

水平支撐GL1按偏心受壓構(gòu)件計(jì)算。取內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值綜合系數(shù)為1.2，則GL1上的彎矩M＝1.2×（g+q）lo2/8=219.1KN/m；軸力為N＝1.2No=1211.4Kn，為了構(gòu)造簡(jiǎn)便，GL1采用對(duì)稱截面配筋，經(jīng)按常規(guī)方法計(jì)算，GL1上下各選配625，（四肢）。

4.3腰梁QL1的截面設(shè)計(jì)。

QL1梁的截面尺寸定為500×800mm，圍護(hù)墻沿QL1梁長(zhǎng)度方向分布的水力為q=Ra=134.6KN/m，考慮八字撐的影響，QL1梁的計(jì)算跨度按規(guī)范取lo=(l+l1)/2=5.0m，QL1梁按連續(xù)梁考慮。查表知Mmax=0.107qlo2×1.2=504.75KN/m，最大剪力Qmax=0.607，qlo=408.5KN。通過正截面承載力計(jì)算及斜截面抗能力計(jì)算，選配625（每側(cè)），(四肢)。

4.4工字鋼I30的強(qiáng)度驗(yàn)算。查表Wx=472.3×103mm2；（f）=215MPa，得f=Mmax/Wx=106.9MPa＜（f）），所以，采用I30工字鋼偏于安全。

4.5鋼板樁的計(jì)算。基坑深6.5m，經(jīng)驗(yàn)算是一層內(nèi)支撐不滿足要求，為此要用第二層內(nèi)支支撐。采用現(xiàn)在拉森Ⅲ型鋼板樁，其截面特性：Wx=1600×103；f=200N/mm2；最大彎矩設(shè)計(jì)值：Mmax=1.2189.2=227.04KNm/m；f=Mmax/Wx=142﹤200N/mm2；考慮到現(xiàn)有鋼板樁規(guī)格等因素，經(jīng)驗(yàn)算樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)為20m，保證深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)安全。

4.6第二道腰梁QL2的截面設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)采用H鋼HK300C，其截面特征值：A=225.1×102mm2；Ix=40948×104mm4；Iy=13734×104mm4；Wx=2559×103mm3；Wy=900×103mm3；ix=135mm；iy=78mm；沿QL2梁上分布水平力q=1.2×243.2=291.8KN/m；M=0.107qLo2=780.7KNm；f=M/Wx=305＜315N/mm2。4.7第二層水平支撐QL2截面設(shè)計(jì)。GL2梁采用HK300C鋼梁，其自重q=1.77KN/m；自重產(chǎn)生彎矩M=22.2KN/m；軸向力No=7.5RB=2188.8KN；ε=M·A/N；W=0.089＜30；λ=lo/iy=117；ψb=0.374；f=260N/mm2﹤315N/mm2。以上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論值經(jīng)驗(yàn)算，符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

5.基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工處理措施要點(diǎn)

5.1鋼板樁的施工。

為避免施工打工程樁時(shí)震動(dòng)及土壤擠壓對(duì)酒店的基礎(chǔ)影響，所以靠近酒店（平行于A軸）的鋼板在工程樁施工前先打，打完鋼板樁后在板樁背后做排水溝。

5.2鉆孔樁及噴粉樁施工。全部鉆孔樁均在工程樁完成后才進(jìn)行鉆孔施工，鉆孔樁采用“跳打”的方式施工。噴粉樁按鉆孔樁的施工進(jìn)度分段插入施工。

5.3挖土施工及支撐的設(shè)置和拆除

5.3.1鉆孔樁完成后，降土約1.3m深(即支撐梁面標(biāo)高-2.2m)，制作第一層支撐，該層支撐完成后大面積回填300mm厚土，支撐面為不少于300mm厚的準(zhǔn)石粉石渣，這樣一方面保護(hù)支撐不被機(jī)械壓壞，另一方面有利于運(yùn)泥車在場(chǎng)上行走。

5.3.2地下室大面積降土?xí)r，根據(jù)加設(shè)第一層支撐后，未加設(shè)第二層支撐之前，保證鋼板樁安全的驗(yàn)算挖土深度來開挖土方，并且通過研究核算決定，除坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高為-7.35m的部分和靠A軸至鋼板樁的范圍內(nèi)挖土至-5.9m深,并按I-I剖面圖所示在靠近鋼板樁留設(shè)土臺(tái)外,其余部位均大面積降土至標(biāo)高-6.4m。這樣，通過預(yù)留土臺(tái)，增加被動(dòng)土壓力的土坑力，保證鋼板樁的安全，充分利用機(jī)械挖土，加快施工速度。實(shí)踐證明該方法是可行的，但不同的土質(zhì)其留設(shè)的土臺(tái)的寬度不同。

5.3.3第二層支撐應(yīng)在挖土后兩天內(nèi)加設(shè)完成，不能拖延時(shí)間，保證整個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)安全。

5.3.4全部樁承臺(tái)施工完畢后，用石粉、石渣將基坑回填至于-5.9m處，這樣，使整個(gè)基坑底回復(fù)于一層支撐的深度，然后拆除第二層支撐，繼續(xù)填土至能施工地下室底板為止。

5.3.5第一層支撐（-2.2m）待±0.00樓面施工完畢，圍堰樁與地下室外壁回填土方至-3.00標(biāo)高外才拆除。

5.4降排水處理措施?；由喜坎捎眉团潘疁下?lián)合排水，雖然鋼板樁及粉噴樁止水帷幕抗?jié)B性能較好，但為防止基坑開挖時(shí)的雨水、少量滲水及土層含水量的影響，基坑底四周共設(shè)8個(gè)集水井，井壁用磚砌筑，但磚縫必須疏水，井內(nèi)徑為1.0m，井底標(biāo)高比施工面低0.8m，井內(nèi)設(shè)潛水泵，集水井用排水溝縱橫聯(lián)接。這樣，由排水溝、集水井和抽水設(shè)備組成一個(gè)簡(jiǎn)易的降排水系統(tǒng)將地下水位降低至6.0m以下。

5.5鋼板樁的回收。完成±0.00樓面，全部支撐拆除后，采用吊車在A～B軸的樓面行車回收鋼板樁。

6.施工監(jiān)測(cè)為及時(shí)掌握基坑支護(hù)工程的變化動(dòng)態(tài)，對(duì)該項(xiàng)工程采取專門監(jiān)測(cè)，對(duì)所定的監(jiān)測(cè)內(nèi)容定時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，印制標(biāo)準(zhǔn)表格，進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，繪制位移（沉降）-時(shí)間坐標(biāo)圖，以觀察各參數(shù)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，及時(shí)反饋信息，指導(dǎo)土方開挖和后續(xù)工程施工。

觀察項(xiàng)目包括：

(1)觀察南面酒店及北面八層宿舍樓的軸線標(biāo)高變化，在靠近基坑支護(hù)工程的墻轉(zhuǎn)角及中間各設(shè)四個(gè)三角標(biāo)志；

(2)觀察東面小區(qū)道路及西面圍墻的標(biāo)高位移變化，各設(shè)兩個(gè)標(biāo)志；

(3)鋼板樁墻及鉆孔樁墻每隔15m設(shè)一點(diǎn)，觀察水平位移和垂直度。

監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：從挖土到地下室工程完工，共進(jìn)行18次監(jiān)測(cè)，在整個(gè)監(jiān)測(cè)過程中，圍堰的位移、傾斜、支撐變化均正常，周圍建筑物、道路、管線安全。主要監(jiān)測(cè)結(jié)果如下：

(1)南面酒店的軸線無變化，最大沉降量為3mm。

(2)東面小區(qū)道路及西面圍墻無明顯變化。

(3)鋼板樁最大傾斜13mm，最大移位為18mm；鉆孔樁的最大位移為4mm，無明顯傾斜面。監(jiān)測(cè)結(jié)果也說明此基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案是十分成功的，并且說明采用鋼板樁和鉆孔樁，鋼支撐和鋼筋砼支撐所組成的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，剛度及整體性良好。

7.基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

該基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的總造價(jià)約為252萬元，總設(shè)計(jì)基坑支護(hù)長(zhǎng)度為156.95m，平均每延長(zhǎng)米的費(fèi)用為1.6萬?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)施工工期為52d。這對(duì)于主要土層內(nèi)磨擦角僅為9°且挖土深度超過6m的地下室基坑支護(hù)工程來說是比較經(jīng)濟(jì)和省時(shí)的。

8.設(shè)計(jì)體會(huì)與監(jiān)理結(jié)論

8.1地下室基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須滿足強(qiáng)度和變形兩個(gè)方面的要求，特別是變形問題。

8.2針對(duì)不同的情況，采用因地制宜的圍護(hù)措施，不僅能達(dá)到圍護(hù)目的，而且安全經(jīng)濟(jì)省時(shí)。本工程基坑圍護(hù)針對(duì)不同現(xiàn)場(chǎng)情況，不同開挖深度，綜合采用了鉆孔樁、鋼板樁、卸土、挖土預(yù)留土臺(tái)、鋼筋混凝土內(nèi)支撐和鋼內(nèi)支撐等方法，即達(dá)到設(shè)計(jì)的目的，而且圍護(hù)費(fèi)也合理。

篇（4）

二、培養(yǎng)要求

畢業(yè)生應(yīng)獲得以下幾方面的知識(shí)和能力：

具有較扎實(shí)的自然科學(xué)基礎(chǔ)，了解當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的主要方面和應(yīng)用前景，熟悉地質(zhì)工程勘察、設(shè)計(jì)施工。 掌握工程地質(zhì)、工程力學(xué)、巖土力學(xué)的基本理論，地下工程、工程材料、結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)、地基處理方面的基本知識(shí)，掌握有關(guān)電工、工程測(cè)量與試驗(yàn)、施工技術(shù)與組織等方面的基本知識(shí)。具有工程制圖、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、主要測(cè)試和試驗(yàn)儀器使用的能力；具有綜合應(yīng)用各種手段（包括外語工具）查詢資料、獲取信息的初步能力。熟悉國(guó)家有關(guān)工程勘察，建筑工程等方面的政策、規(guī)范和法規(guī)。具有進(jìn)行工程勘察、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、施工、管理和研究的初步能力。

三、主干學(xué)科 地質(zhì)工程

四、主要課程

英語、高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、普通化學(xué)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、巖土力學(xué)、建筑材料、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、道路勘測(cè)與設(shè)計(jì)、地下結(jié)構(gòu)、施工技術(shù)與施工組織、地質(zhì)工程經(jīng)濟(jì)與企業(yè)管理。

五、主要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)（內(nèi)容、要求）

設(shè)計(jì)1——鋼筋混凝土課程設(shè)計(jì)

時(shí)間：1周

內(nèi)容：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

目的與要求：

通過本課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生進(jìn)一步掌握鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理、方法和步驟。受到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練。設(shè)計(jì)分兩部分進(jìn)行，一部分為鋼筋混凝土樓蓋設(shè)計(jì)，一部分為單層廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。要求學(xué)生完成相應(yīng)的計(jì)算說明書及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙。

設(shè)計(jì)2——巖土體工程課程設(shè)計(jì)

時(shí)間：1周

內(nèi)容：巖土體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、巖土體工程設(shè)計(jì)

目的與要求：

通過本課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生進(jìn)一步掌握巖土體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及巖土體工程設(shè)計(jì)的原理、方法和步驟，受到巖土體工程設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練。要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，完成相應(yīng)的計(jì)算說明書和設(shè)計(jì)圖紙。

設(shè)計(jì)3——基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)

時(shí)間：1周

內(nèi)容：根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告及有關(guān)資料選擇基礎(chǔ)方案，并進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪出施工圖。

目的與要求：

通過本課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生進(jìn)一步掌握基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)的原理、方法和步驟。受到基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練。要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，完成相應(yīng)的計(jì)算說明書和設(shè)計(jì)圖紙。

測(cè)量實(shí)習(xí)，安排在第5學(xué)期，時(shí)間1周，內(nèi)容為工程測(cè)量，要求學(xué)生在實(shí)習(xí)結(jié)束后，編寫一份實(shí)習(xí)報(bào)告。

認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，安排在第4學(xué)期，時(shí)間3周，內(nèi)容為地質(zhì)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)。

教學(xué)實(shí)習(xí)，安排在第6學(xué)期，時(shí)間7周，內(nèi)容包括工程地質(zhì)勘察、原位測(cè)試、室內(nèi)資料分析與整理。要求編寫一份實(shí)習(xí)報(bào)告。

畢業(yè)實(shí)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），安排在第8學(xué)期，時(shí)間12周。

畢業(yè)實(shí)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是實(shí)現(xiàn)本科培養(yǎng)目標(biāo)的重要階段，是學(xué)生學(xué)習(xí)、研究與實(shí)踐成果的全面總結(jié)，也是對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)與工程實(shí)踐能力培養(yǎng)效果的全面檢驗(yàn)。通過畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），使學(xué)生達(dá)到工程師工作能力的初步訓(xùn)練。

要求：選題盡可能結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，做到一人一題，要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。

答辯：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）完成后，由系統(tǒng)一組織答辯。

六、主要實(shí)驗(yàn)

室內(nèi)試驗(yàn)（巖土物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試、建筑材料試驗(yàn)等）、野外現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)（巖土物理力學(xué)性質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試、工程監(jiān)測(cè)及檢測(cè)等）

七、最低畢業(yè)課內(nèi)總學(xué)時(shí)：2500學(xué)時(shí)

篇（5）

 

在橋梁結(jié)構(gòu)分析中，橋梁結(jié)構(gòu)本身的自重時(shí)常占橋梁結(jié)構(gòu)所受荷載的很大部分，準(zhǔn)確模擬橋梁結(jié)構(gòu)自重是常遇問題，橋梁中對(duì)等截面連續(xù)梁可看成均布荷載，但如果結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜—例如，變截面連續(xù)梁等，若沿橋梁軸線方向按均布荷載處理就不甚合理。本文用大型通用軟件ANSYS模擬某連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁橋自重為例來說明ANSYS軟件在這方面的應(yīng)用。

1.ANSYS軟件及其工作流程

ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件，由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó)ANSYS開發(fā)，對(duì)自然界四大場(chǎng)—力場(chǎng)、流場(chǎng)、熱場(chǎng)、磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)全面分析；ANSYS用戶涵蓋了機(jī)械、航空航天、能源、交通運(yùn)輸、土木建筑、水利、電子、地礦、生物醫(yī)學(xué)、教學(xué)科研等眾多領(lǐng)域，ANSYS是這些領(lǐng)域進(jìn)行國(guó)際國(guó)內(nèi)分析設(shè)計(jì)技術(shù)交流的分析平臺(tái)，是一個(gè)功能強(qiáng)大的有限元分析程序[1,2,3]。

ANSYS主要由前置處理(Preprocessing)、解題程序(solution)、后置處理 (Postprocessing)以及時(shí)間歷程等組成，在前處理方面，ANSYS的實(shí)體建模功能比較完善，提供了完整的布爾運(yùn)算，還提供了拖拉、延伸、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、延伸和拷貝實(shí)體模型圖元的功能[1,2,3]。論文參考。在此，采用了ANSYS對(duì)該橋的溫度效應(yīng)進(jìn)行仿真分析。

ANSYS具有豐富的單元庫和材料庫，可以對(duì)任意結(jié)構(gòu)形式的橋梁進(jìn)行全橋仿真分析，較為精確的反映出橋梁在各種因素下的綜合特征，如橋梁的應(yīng)力應(yīng)變分布、變形等等。

2.工程實(shí)例

某橋橋梁全長(zhǎng)287.54m。主橋上部采用35m＋60m＋90m＋60m＋35m預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)-連續(xù)箱梁體系；主橋主墩采用雙薄壁式墩，主橋邊墩采用板式橋墩。橋箱梁橫斷面為單幅箱梁，全寬12.0m。箱梁縱向?yàn)樽兘孛?，變截面部分箱梁梁高按二次拋物線（y=0.001829x2）變化，其余箱梁梁高為等高度；頂板、腹板厚為分段線性變截面。主墩墩頂箱梁梁高5.00m，跨中及邊跨支點(diǎn)箱梁梁高2.00m，橋梁縱向線形圖、支點(diǎn)和跨中斷面結(jié)構(gòu)尺寸詳圖見圖2-1、圖2-2和圖2-3。

圖2-1 橋梁縱向箱梁結(jié)構(gòu)圖

圖2-2 支點(diǎn)橫斷面箱梁結(jié)構(gòu)尺寸圖（注：?jiǎn)挝籧m）

（注：?jiǎn)挝籧m）

圖2-3 跨中橫斷面箱梁結(jié)構(gòu)尺寸圖（注：?jiǎn)挝籧m）

3.ANSYS仿真分析

3. 1建模

ANSYS具有豐富的單元庫，常用單元有桿單元（link）、梁?jiǎn)卧╞eam）、板殼單元（shell）和實(shí)體單元（solid）。單元類型的合理選取很大程度上影響著能否科學(xué)合理的進(jìn)行研究。論文參考。本例選用如圖3-1所示的三維結(jié)構(gòu)實(shí)體單元來模擬結(jié)構(gòu)自重。

圖3-1 ANSYS材料庫中solid65單元圖

定義實(shí)常數(shù)的時(shí)候，有三個(gè)自由度，包括三個(gè)位移自由度X、Y、Z三個(gè)方向，由于自重的方向是豎直向下的，因而輸入Y為9.8（m/s2）。

應(yīng)用ANSYS進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的時(shí)候需要定義材料特性，材料特性反映材料的基本物理力學(xué)特性，根據(jù)本例需要，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的彈性模量為3.29×1010（Pa），密度取值為2.5×103（kg/m3）。論文參考。

ANSYS建模的時(shí)候，可以采用交互式界面輸入，對(duì)于初學(xué)者，對(duì)比較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析的時(shí)候可采用這種方法；若結(jié)構(gòu)外形尺寸比較復(fù)雜，ANSYS仿真分析的時(shí)候，可以采用命令流的方法。由于本例是變截面箱梁，故采用了命令流的方法，用ANSYS建立的模型如圖3-2：

 

圖3-2 ANSYS建立的模型圖

用ANSYS進(jìn)行有限元仿真分析的時(shí)候，建立模型后需要?jiǎng)澐謫卧１纠薪⒘藰蛄旱目傮w模型，為方便起見，用總體單元尺寸的命令流作自由式網(wǎng)格劃分就能滿足要求。劃分完網(wǎng)格后的有限元計(jì)算模型如圖3-3：

 

圖3- 3 ANSYS建立的模型單元?jiǎng)澐謭D

3. 2加載與求解

正確合理的加載是ANSYS仿真分析中的關(guān)鍵步驟，在不同的分析中，荷載亦不盡相同，如:位移、集中力、均布力、溫度和電流、電壓、水壓、速度等。ANSYS中的荷載分為六類:DOF(自由度)約束力、力(集中荷載)、表面荷載、體荷載、慣性力以及藕合場(chǎng)荷載[1,2,3,4]。

兩剛構(gòu)墩底部受到基礎(chǔ)各個(gè)方向的約束，所以進(jìn)行d,all,all約束，在其他支座和橋臺(tái)處受到豎直方向的約束，因而進(jìn)行d,all,uy約束，在有限單元模型上施加約束后的圖形如圖3-4：

圖3-4 ANSYS建立的模型施加約束圖

對(duì)以上所有前處理過程進(jìn)行核對(duì)無誤后，進(jìn)入求解程序進(jìn)行計(jì)算求解。

3.3后置處理

ANSYS有著功能強(qiáng)大的后處理器，借助它可以將解題部分所得的位移、應(yīng)力、應(yīng)變等解答數(shù)據(jù)以各種不同的表示方式顯示出來。

進(jìn)行求解后得到的全橋在自重作用下的變形圖如圖3-5：

 

圖3-5 ANSYS建立的模型求解后變形圖

進(jìn)行求解后得到的全橋在自重作用下沿橋梁縱向的應(yīng)力圖如圖3-6：

 

圖3-6 有限元求解后縱橋向應(yīng)力圖

從應(yīng)力圖中，可非常清楚地看出應(yīng)力的分布情況及極值。

ANSYS還可以以列表的形式表示出各節(jié)點(diǎn)的位移或應(yīng)力，同時(shí)給出相應(yīng)的極值與節(jié)點(diǎn)編號(hào)，并且分析者可以以記事本的方式對(duì)文件命名另存。本例跨中節(jié)點(diǎn)位移及最大值如圖3-7：

圖3-7有限元求解后節(jié)點(diǎn)位移輸出圖

4.結(jié)語

由以上分析可知：用ANSYS分析軟件進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)重力的模擬是可行的；利用ANSYS進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)自重仿真分析時(shí)，在科學(xué)合理的建立模型、合理的劃分單元、正確施加荷載與約束的情況下，可以有效地對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，并且可以獲得直觀而條理清晰的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

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[6]. 項(xiàng)海帆.高等橋梁結(jié)構(gòu)理論［M］.北京：人民交通出版社，2002

篇（6）

0前言

機(jī)械結(jié)構(gòu)虛擬優(yōu)化設(shè)計(jì)是以計(jì)算機(jī)建模和仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，集計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)、有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)等技術(shù)為一體，由多學(xué)科知識(shí)組成的綜合系統(tǒng)技術(shù)，是機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)在計(jì)算機(jī)環(huán)境中數(shù)字化、圖像化的映射。本文分析了機(jī)械產(chǎn)品虛擬動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般過程，以數(shù)控車床關(guān)鍵部件一尾架為例，建立了三維可視化的有限元CAE模型，通過對(duì)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，實(shí)現(xiàn)該部件結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化。

1機(jī)械結(jié)構(gòu)虛擬動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程

機(jī)械產(chǎn)品虛擬動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的一般過程是:先建立滿足工作性能要求的產(chǎn)品初始CAD模型(初步設(shè)計(jì)圖樣)，然后對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模和動(dòng)態(tài)特性分析，再根據(jù)工程實(shí)際情況，給出結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的要求或預(yù)定的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)目標(biāo)，按結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)“逆問題”方法直接求解設(shè)計(jì)參數(shù)，或按結(jié)構(gòu)“正問題”分析法，進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)，直到滿足預(yù)期性能設(shè)計(jì)要求，從而獲得一個(gè)具有良好靜、動(dòng)態(tài)特性的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案，如圖1所示。結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括:

(1)建立一個(gè)切合實(shí)際的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型;

(2)選擇有效的動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

2機(jī)械結(jié)構(gòu)建模分析及優(yōu)化實(shí)例

以數(shù)控車床關(guān)鍵部件尾架為例進(jìn)行研究。數(shù)控車床動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)是在“正問題”處理方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，數(shù)控車床共有零、部件800多個(gè)，其中對(duì)整機(jī)結(jié)構(gòu)性能影響大的零、部件主要有以下幾個(gè):床身、主軸箱、尾架等。為使整機(jī)具有良好的動(dòng)態(tài)性能，必須對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行優(yōu)化。為此，應(yīng)先建立數(shù)控車床主要部件的幾何模型和滿足其動(dòng)力學(xué)特征的有限元模型，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，根據(jù)動(dòng)態(tài)分析的結(jié)果對(duì)原部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)修改和結(jié)構(gòu)分析優(yōu)化，最終得到一個(gè)具有良好靜、動(dòng)態(tài)特性的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案。

數(shù)控車床的尾架安置在床身的尾架導(dǎo)軌上，并可沿此導(dǎo)軌調(diào)整其縱向位置。尾架套筒的錐孔裝有后頂尖，用以支撐工件。由于尾架頂尖與主軸箱卡盤的同軸度直接影響著車床加工零件的精度，因此，尾架的結(jié)構(gòu)是否合理對(duì)保證車床加工高精度很重要。

如圖2為尾架系統(tǒng)的有限元模型，考慮到實(shí)際情況，將尾架導(dǎo)軌與兩導(dǎo)軌座作為一體處理，尾架體與導(dǎo)軌之間以互為接觸單元為主，每個(gè)導(dǎo)軌座均布4個(gè)全約束點(diǎn)，系統(tǒng)共有單元7 049個(gè)。得到尾架系統(tǒng)前三階振型如圖3(a)，3(b)，3(c)所示。表1列出了尾架系統(tǒng)計(jì)算頻率及振型特性。

由分析可知，該尾架系統(tǒng)剛度很弱，相當(dāng)于簡(jiǎn)支梁，是整機(jī)結(jié)構(gòu)中非常薄弱的部分。綜合新車床的布局，考慮鑄造工藝性，尾架的導(dǎo)軌直接與床身一體，優(yōu)化后的尾架由上下2部分組成，如圖4所示，其有限元模型如圖5所示。

建立改進(jìn)尾架的有限元模型，系統(tǒng)共有2 210個(gè)體單元，對(duì)尾架上下2部分禍合12個(gè)節(jié)點(diǎn)，前三階固有振型如表2所示。

篇（7）

1 引言

隨著高層建筑的興起和持續(xù)發(fā)展，在高層建筑基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，隨著城 市化程度不斷進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層建筑越來越多。目前，超高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)在很多方面還不夠完善，可謂是理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工程實(shí)踐。而針對(duì)超高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作的需要來看，對(duì)一些問題還需要深入的研究。工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和模型試驗(yàn)均已證明結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)的地基反力，既不是直線型分布，也不符合彈性地基理論的計(jì)算結(jié)果。為此有必要開展對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)研究。

近來，雖然對(duì)結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)進(jìn)行了理論研究，但是對(duì)其工作機(jī)理認(rèn)識(shí)還不夠深刻，對(duì)樁土分擔(dān)荷載，及其各部分的應(yīng)力計(jì)算還需要深入分析研究。此外，對(duì)上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與地基的共同作用問題的研究尚未進(jìn)入工程實(shí)用階段，特別是地震作用下的共同作用分析，現(xiàn)有的工程規(guī)范涉及很少。本論文重點(diǎn)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)化分析設(shè)計(jì)，以期從中能夠找到合理可靠的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法，并以此和廣大同行分享。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用現(xiàn)狀

目前實(shí)際工程中，很多樁基工程試樁設(shè)計(jì)與靜載試驗(yàn)結(jié)果不相符。靜載試驗(yàn)結(jié)果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)師通過調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，修改加密樁基設(shè)計(jì)圖予以補(bǔ)救，這樣靜載試驗(yàn)結(jié)果超過設(shè)計(jì)要求太多，雖然安全性更易得到保證，但太保守的設(shè)計(jì)降低了經(jīng)濟(jì)效益。在建筑業(yè)這種情況是要進(jìn)行優(yōu)化的，超過設(shè)計(jì)太多需要進(jìn)行二次試樁，項(xiàng)目建設(shè)周期也隨之延長(zhǎng)。如果設(shè)計(jì)師等靜載試驗(yàn)結(jié)果出來再進(jìn)行樁基施工圖的設(shè)計(jì)，既影響整個(gè)設(shè)計(jì)的進(jìn)度，也滿足不了建設(shè)的需要。解決單樁靜載試驗(yàn)結(jié)果與試樁設(shè)計(jì)偏差過大的問題，也就是怎樣使試樁設(shè)計(jì)盡量接近單樁靜載試驗(yàn)結(jié)果，又簡(jiǎn)便又精確地對(duì)單樁靜載試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)估計(jì)是值得研究的。

在樁基工程實(shí)踐中，應(yīng)用最廣的是在豎向荷載作用下的樁，豎向荷載作用下的樁土相互作用問題對(duì)樁基的設(shè)計(jì)和施工影響很大，因此，國(guó)內(nèi)外的大量的研究工作者在這一領(lǐng)域里做了很多工作，提出了很多計(jì)算方法。但關(guān)于樁群向鄰近土傳遞應(yīng)力的機(jī)理，至今還有許多方面尚未弄清。

多年來，許多學(xué)者致力于“樁基礎(chǔ)”理論和試驗(yàn)研究，得出了了眾多的成果。但是由于問題本身的復(fù)雜性，樁基礎(chǔ)受承臺(tái)剛度、樁基承臺(tái)連接條件、樁基體系傳力機(jī)制及單樁和群樁工作形態(tài)差別等的影響，使其與一般的土一結(jié)構(gòu)相互作用的問題大不相同，是巖土工程界目前尚未很好解決的難題。遠(yuǎn)未形成一套系統(tǒng)的理論和簡(jiǎn)便實(shí)際的計(jì)算方法。特別是在工程應(yīng)用上，所進(jìn)行的工作相對(duì)較少，有必要進(jìn)行更加系統(tǒng)地分析研究。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)分析

高層建筑結(jié)構(gòu)作用在基礎(chǔ)上的荷載大，基礎(chǔ)埋置深，一般設(shè)置地下室并常常有作為人防工程或地下停車庫等要求，因此，基礎(chǔ)工程的材料用量多、施工復(fù)雜且施工周期長(zhǎng)，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)建筑總造價(jià)有很大影響。高層建筑的基礎(chǔ)除極少數(shù)可直接建于堅(jiān)硬的巖石上以外，一般采用鋼筋混凝土片筏式基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)，而樁基礎(chǔ)是高層建筑最常用的基礎(chǔ)形式。樁基礎(chǔ)具有承載力大、穩(wěn)定性好、沉降量小且均勻等優(yōu)點(diǎn)，還能承受一定的水平力和上拔力，承受動(dòng)荷載的性能也較好。

就高層建筑物的上下部相互作用問題來講，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算理論所采用的許多假定使其在不同程度上回避了樁-土-結(jié)構(gòu)間相互作用的全面分析。如：地基反力系數(shù)法把土體對(duì)樁的反力作用等復(fù)雜因素通過Winker假定，簡(jiǎn)化成單純的反力系數(shù)作用于樁上，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算理論本質(zhì)上都未徹底解決樁-土相互作用力學(xué)機(jī)制的分析問題。對(duì)于高層建筑物的相互作用分析，必須將結(jié)構(gòu)-樁-土體系作為一個(gè)整體來考慮。顯然用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算理論來更貼切地分析這一實(shí)際問題還是有些困難的。就目前的分析手段來講，有限元法是個(gè)前景較好的方法，除了有限元數(shù)值模型能夠充分地考慮諸如：土體材料性質(zhì)的空間差異性、力學(xué)響應(yīng)的非線性，復(fù)雜的幾何邊界條件等，而且還能夠通過適當(dāng)?shù)臄?shù)值技術(shù)模擬工程施工過程，以及由此而帶來的一些施工力學(xué)問題等各類復(fù)雜的耦合因素外，其思想和實(shí)現(xiàn)過程也都較為簡(jiǎn)單和統(tǒng)一，因此適于編程和電算，極大的簡(jiǎn)化了樁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的計(jì)算設(shè)計(jì)工作量。

在設(shè)計(jì)方法上進(jìn)行簡(jiǎn)化考慮，由于結(jié)構(gòu)分析的有限元法(特別是子結(jié)構(gòu)分析技術(shù))的進(jìn)展和計(jì)算手段的極大改善，在力求從理論上回答工程實(shí)踐中提出的各種問題的艱苦努力過程中，逐步發(fā)展到了這個(gè)階段。其主要特點(diǎn)是統(tǒng)一考慮上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基三者的共同作用，以離散形式的特征函數(shù)――地基剛度矩陣[Ks]表征地基土支承體系的剛度貢獻(xiàn)，運(yùn)用空間子結(jié)構(gòu)方法，將上部結(jié)構(gòu)的剛度與荷載逐層向下凝聚到基礎(chǔ)子結(jié)構(gòu)的上部邊界，形成全部上部結(jié)構(gòu)的等效邊界剛度矩陣[場(chǎng)]和等效邊界荷載向量{SB}。將它們疊加到基礎(chǔ)子結(jié)構(gòu)上去，并根據(jù)基礎(chǔ)與地基按觸點(diǎn)靜力平衡和位移協(xié)調(diào)條件，就可得到考慮三者共同作用的基本方程(并可反映根鄰建筑的影響)：

上式中：

[K]――基礎(chǔ)子結(jié)構(gòu)剛度矩陣；

[KB]――上部子結(jié)構(gòu)的邊界剛度矩陣；

[ ]――地基剛度矩陣；

{U}――基礎(chǔ)子結(jié)構(gòu)的位移列向量；

{Q}――基礎(chǔ)子結(jié)構(gòu)的荷載列向量；

{SB}―上部子結(jié)構(gòu)的邊界荷載向量；

{ }相鄰建筑引起的沉降列向量。

求解該方程后得到基礎(chǔ)子結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)位移{U}，再從下向上逐層進(jìn)行子結(jié)構(gòu)回代即可得到上部結(jié)構(gòu)各節(jié)點(diǎn)的位移，從而進(jìn)一步給出所需節(jié)點(diǎn)處的內(nèi)力。除采用子結(jié)構(gòu)法外，對(duì)上部結(jié)構(gòu)的剛度貢獻(xiàn)先后作過許多簡(jiǎn)化考慮，提出不少簡(jiǎn)單可行的分析途徑，它們與子結(jié)構(gòu)有限元法相輔相成，例如彈性桿法、有效工作剛度法、加權(quán)殘數(shù)法等，不過一般都將上部結(jié)構(gòu)處理為平面結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)語

高層建筑已經(jīng)成為當(dāng)前建筑領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展潮流，如何面對(duì)高層建筑下的結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)的受力分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是當(dāng)前建筑工程技術(shù)人員重點(diǎn)解決的問題之一。本論文結(jié)合高層建筑的結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)的受力特點(diǎn)，利用有限元的計(jì)算方法，對(duì)結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行了簡(jiǎn)化分析設(shè)計(jì)，對(duì)于進(jìn)一步提高高層建筑結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)有限元技術(shù)下的結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)的受力計(jì)算應(yīng)用，具有一定的指導(dǎo)意義，本論文的簡(jiǎn)化計(jì)算方法是值得推廣的。

參考文獻(xiàn)：

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Abstract: more than ten years, big span concrete filled steel tube arch bridge in our country is developing very quickly in engineering practice had been used widely, not only the number of building increase gradually, span also is growing larger, so to construction technology, construction control requirements are constantly improved. Based on the east lake bridge engineering background, the main research of concrete filled steel tube arch bridge construction control theory, this paper studies the coagulation steel tube arch bridge arch rib construction method, and analyses the concrete filled steel tube arch bridge arch rib construction method, and points out that the development of concrete filled steel tube from main problem is the construction problems. Combined with the construction of the east lake bridge concrete filled steel tube arch bridge construction method for the construction control of study to lay the foundation.

Keywords: arch bridge; Construction control; Construction management

中圖分類號(hào)：TU71文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

1. 概述

在大跨度鋼管混凝土拱橋的實(shí)際施工中，雖然可采用各種施工計(jì)算方法算出各施工階段的位移值、撓度、預(yù)拋高值，但當(dāng)按這些理論值進(jìn)行施工時(shí)，結(jié)構(gòu)的實(shí)際變形卻不一定能達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。這主要是由于施工中的測(cè)量誤差、觀測(cè)誤差、安裝誤差等;或者是由于設(shè)計(jì)時(shí)所采用的設(shè)計(jì)參數(shù)，諸如材料的彈性模量、構(gòu)件自重、施工臨時(shí)荷載的條件等，與實(shí)際工程中所表現(xiàn)出來的參數(shù)不完全一致而引起的。這種偏差隨著鋼管混凝土拱橋拱肋施工長(zhǎng)度的增加，會(huì)逐漸累積，必須進(jìn)行有效的控制和必要的調(diào)整。否則，鋼管混凝土拱橋的拱肋標(biāo)高將偏離控制目標(biāo)，從而會(huì)造成合龍困難，并會(huì)影響成橋后的線形和橋面行車等使用功能。再說，橋梁實(shí)際施工的施工因素造成的影響是設(shè)計(jì)中無法預(yù)見的，要針對(duì)具體的情況，在施工過程中進(jìn)行適當(dāng)和必要的調(diào)整，施工控制正是解決問題的有效途徑。

同時(shí)，在施工過程中拱橋的安全是十分重要。據(jù)統(tǒng)計(jì)，拱橋的垮塌事故大多發(fā)生在施工過程中，所以，對(duì)于大跨度拱橋，包括大跨度鋼管混凝土拱橋在施工過程中的變形及受力必須進(jìn)行施工監(jiān)控，避免結(jié)構(gòu)在施工過程中出現(xiàn)失穩(wěn)或過大的應(yīng)力，而造成事故。大跨徑鋼管混凝上拱橋建成后，拱軸線是否與設(shè)計(jì)拱軸線相吻合，受力是否合理主要取決于:①施工質(zhì)量;②施工控制技術(shù);③設(shè)計(jì)質(zhì)量。從某種意義講，施工控制技術(shù)是大跨徑鋼管混凝土拱橋建設(shè)的關(guān)鍵之一，目前，正日益受到橋梁工作者的關(guān)注和重視。因此，橋梁在施工過程中必須加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工控制工作。

2. 施工控制方法

2.1 閉環(huán)反饋控制

閉環(huán)反饋控制作為控制論的一個(gè)基本概念，是指被控的輸出以一定方式返回到作為控制的輸入端，并對(duì)輸入端施加控制影響的一種控制關(guān)系。對(duì)于較復(fù)雜橋型，由于實(shí)際施工狀態(tài)和計(jì)算采用模型的參數(shù)等狀態(tài)之’間存在差異，隨著結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的增加、橋梁跨度的增大，在每個(gè)施工階段的積累誤差將越來越大，以至不可忽略，否則到施工結(jié)束時(shí)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和線形將較顯著地偏離設(shè)計(jì)目標(biāo)的成橋狀態(tài)。因此，在施工中的每個(gè)階段出現(xiàn)誤差之后，就必須及時(shí)識(shí)別并加以糾正，而控制量的大小和糾正的措施是必須由誤差經(jīng)反饋計(jì)算所確定的，這就形成了一個(gè)閉環(huán)反饋控制過程。

2.2自適應(yīng)控制

在閉環(huán)反饋控制的基礎(chǔ)上，再加上一個(gè)系統(tǒng)辨識(shí)過程稱為自適應(yīng)控制，整個(gè)控制系統(tǒng)就成為自適應(yīng)控制系統(tǒng)誤差識(shí)別過程。當(dāng)結(jié)構(gòu)模型計(jì)算結(jié)果與測(cè)量到的受力狀態(tài)不相符時(shí)，在參數(shù)辨識(shí)算法中輸入誤差去調(diào)節(jié)計(jì)算模型的參數(shù)，使模型的實(shí)際測(cè)量到的結(jié)果與輸出結(jié)果相一致，得到修正后的計(jì)算模型參數(shù)，重新計(jì)算各施工階段的理想狀態(tài)，結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制按反饋控制方法進(jìn)行，這樣，經(jīng)過幾個(gè)工況的反復(fù)辨識(shí)后，計(jì)算模型就與實(shí)際結(jié)構(gòu)基本上相一致了，在此基礎(chǔ)上可以對(duì)施工狀態(tài)進(jìn)行更好的控制。該方法目前被廣泛采用，并認(rèn)為是較合理的施工控制方法之一。

2.3開環(huán)控制

對(duì)于結(jié)構(gòu)和施工較簡(jiǎn)單的橋梁常采用開環(huán)控制，控制時(shí)，一般按照設(shè)計(jì)施工圖進(jìn)行施工，施工完成后的結(jié)構(gòu)就基本上能達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范所要求的內(nèi)力狀態(tài)和線形。這種控制方法就是一個(gè)開環(huán)的施工控制過程，與閉環(huán)控制相比沒有反饋。在開環(huán)控制方法中，控制是單向的，并不需要像閉環(huán)反饋控制那樣根據(jù)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)來改變施工中的內(nèi)力和變形。在各構(gòu)件的安裝和制造精度高，或者結(jié)構(gòu)安裝和制造誤差的影響不大時(shí)，這種方法是方便可行的，大部分中小橋采用的都是這種方法進(jìn)行施工控制。但這種控制方法沒有控制誤差和修正誤差的能力。

3. 橋梁施工控制結(jié)構(gòu)分析方法

篇（9）

中圖分類號(hào)：TV331文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

1引言

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋具有變形小、結(jié)構(gòu)剛度好、行車平順舒適、伸縮縫少、養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)單以及抗震能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。其與連續(xù)梁的主要區(qū)別在于柔性橋墩的作用，使結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下基本上屬于一種墩臺(tái)無推力的結(jié)構(gòu)，而上部結(jié)構(gòu)具有連續(xù)梁橋一般特點(diǎn)。

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋在施工過程中，由于橋梁結(jié)構(gòu)的空間位置及形狀隨施工的進(jìn)展將不斷發(fā)生變化，要經(jīng)過多次的體系轉(zhuǎn)換過程，若同時(shí)考慮到施工過程中的結(jié)構(gòu)自重、施工荷載以及混凝土材料的收縮、徐變、施工荷載等因素的影響，將可能導(dǎo)致橋梁合攏困難、成橋線形與設(shè)計(jì)要求不相符、設(shè)計(jì)狀態(tài)難以保證等問題。因此，必須對(duì)大跨度橋梁的施工預(yù)拱度、主梁梁體內(nèi)的應(yīng)力等進(jìn)行嚴(yán)格的施工控制。施工控制是連續(xù)剛構(gòu)橋修建和發(fā)展必不可少的保證措施，主要包括幾何（變形控制）、應(yīng)力控制、穩(wěn)定控制和安全控制，其中安全控制是橋梁施工控制的重要內(nèi)容，變形控制、應(yīng)力控制、穩(wěn)定控制的綜合體現(xiàn)。由于結(jié)構(gòu)形式不同，直接影響施工安全的因素也不一樣，在施工控制中需根據(jù)實(shí)際情況，確定其安全控制重點(diǎn)。

本文以溫福鐵路客運(yùn)專線田螺大橋作為工程背景，對(duì)該橋懸臂澆筑施工過程進(jìn)行了應(yīng)力控制研究，對(duì)施工控制理論在工程實(shí)踐中的具體運(yùn)用進(jìn)行了詳細(xì)的分析，采用大型計(jì)算軟件MIDAS/CIVIL對(duì)全橋進(jìn)行了仿真模擬分析，并對(duì)實(shí)測(cè)值和計(jì)算值進(jìn)行比較分析。

2. 工程背景及測(cè)試方法

溫福鐵路客運(yùn)專線田螺大橋位于云淡門海純潮區(qū)，通航凈空為120 m×24 m，主跨為(88+160+88)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)。全橋立面布置見圖1。

圖1 田螺大橋總體布置立面圖（單位：cm）

梁體采用C60混凝土，墩柱采用C45混凝土，承臺(tái)和樁基采用C30混凝土。預(yù)應(yīng)力鋼絞線均采用《預(yù)應(yīng)力混凝土鋼絞線》（GB/T5224-1995），標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1860MPa，直徑15.2mm,彈性模量Ey=1.95x105MPa的低松弛鋼絞線。

3 有限元計(jì)算模型的建立

田螺大橋?yàn)槿绺叨盏拇罂鐝竭B續(xù)剛構(gòu)梁橋梁，分析計(jì)算采用有限元綜合分析程序MIDAS/CIVIL， 且橋的單元類型采用MIDAS/CIVIL中的“變截面梁?jiǎn)卧?，?個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的，是屬于“等截面或變截面平面梁?jiǎn)卧保哂袎?、剪、彎的變形剛度。為了更真?shí)的模擬實(shí)際工程現(xiàn)場(chǎng)，在MIDAS/Civil中材料的選取時(shí)混凝土選用自定義材料，從現(xiàn)場(chǎng)及實(shí)驗(yàn)室的資料定義材料參數(shù)。全橋計(jì)算模型共劃分155個(gè)單元，164個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中上部結(jié)構(gòu)123個(gè)單元，橋墩32個(gè)單元，全橋采用“自適應(yīng)控制法”進(jìn)行施工監(jiān)控。全橋計(jì)算模型如下圖2所示。田螺大橋

圖2田螺大橋有限元模型

4 成橋階段內(nèi)力及應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

施工控制仿真分析，就是通過合理的模型，采取有效的結(jié)構(gòu)分析方法，對(duì)橋梁的成橋線形、受力狀態(tài)和施工中的線形、受力狀態(tài)進(jìn)行一定精確度的模擬分析的過程?，F(xiàn)以田螺大橋的成橋狀態(tài)為例，在恒載+活載組合下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及應(yīng)力見圖3和圖4.

（1）主梁彎矩圖（kN.m）

圖3全橋彎矩圖

（2）主梁剪力圖（kN）

圖4全橋剪力圖

（3）主梁應(yīng)力圖（MPa）：

圖5全橋上緣應(yīng)力圖

圖6全橋下緣應(yīng)力圖

通過圖3-圖9可以看出，成橋狀態(tài)下的彎矩、剪力和應(yīng)力完全符合設(shè)計(jì)要求以及滿足鐵路橋涵施工規(guī)范中對(duì)C60混凝土的抗壓極限強(qiáng)度為20MPa，抗拉極限強(qiáng)度為1.17MPa的安全要求。

5 應(yīng)力監(jiān)控

在施工過程中，對(duì)每一節(jié)段的施工循環(huán)，在立模、混凝土澆筑之前、混凝土澆筑之后、張拉預(yù)應(yīng)力之前、張拉預(yù)應(yīng)力之后均應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試并與變形測(cè)試同時(shí)進(jìn)行。

圖7 計(jì)算應(yīng)力與實(shí)測(cè)應(yīng)力的比較

圖8 計(jì)算應(yīng)力與實(shí)測(cè)應(yīng)力的比較

圖11 計(jì)算應(yīng)力與實(shí)測(cè)應(yīng)力的比較

圖4-34計(jì)算應(yīng)力與實(shí)測(cè)應(yīng)力的比較

通過以上的比較可以明顯的看出，計(jì)算應(yīng)力與實(shí)測(cè)應(yīng)力的曲線形狀大致相同，這說明本橋的有限元計(jì)算模型符合實(shí)際，施工也是基本符合規(guī)范要求的。對(duì)于梁段的上緣應(yīng)力，實(shí)測(cè)值明顯大于理論計(jì)算值，這是由于施工過程中預(yù)應(yīng)力的超張拉及施工過程橋面上的施工荷載等引起的。對(duì)于梁段的下緣應(yīng)力，則基本上表現(xiàn)為在20#塊施工前實(shí)測(cè)應(yīng)力小于計(jì)算值；而在20#塊施工之后以及后續(xù)的合攏段施工中則表現(xiàn)為實(shí)測(cè)值大于計(jì)算值。這是由于前期受橋梁自重以及施工荷載影響導(dǎo)致箱梁下緣受壓，抵消了一部分張拉的預(yù)應(yīng)力，使得實(shí)測(cè)值偏小；而自20#塊的施工開始橋梁即將合攏并完成體系轉(zhuǎn)換，使下緣壓力減小，實(shí)測(cè)值重新高于計(jì)算值。

由上述實(shí)測(cè)值與理論值的比較可以看出主梁應(yīng)力實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值的誤差較小，箱梁混凝土采用C60，在允許應(yīng)力法施工中其抗壓極限強(qiáng)度為20MPa，抗拉極限強(qiáng)度為1.17MPa，計(jì)算值及施工過程實(shí)測(cè)值均在規(guī)范限值之內(nèi)，整個(gè)過程混凝土的應(yīng)力是安全的。這說明混凝土澆注、預(yù)應(yīng)力張拉以及合攏等施工過程是規(guī)范的，同時(shí)也說明了本文所采用的計(jì)算模型是正確的、計(jì)算結(jié)果是可靠的、測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)是成功的，進(jìn)而可以判斷連續(xù)剛構(gòu)橋在懸臂施工過程中是安全可行的。

6.結(jié)論

本論文從工程實(shí)際出發(fā)，以田螺大橋?yàn)楣こ桃劳?，?duì)大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋施工監(jiān)控、穩(wěn)定性分析。監(jiān)控過程表明，“自適應(yīng)控制”理論能很好的適用于連續(xù)剛構(gòu)橋的施工監(jiān)控，只要系統(tǒng)逐漸過渡到自適應(yīng)狀態(tài)，橋梁狀態(tài)即在控制之中。因此，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)以及計(jì)算模型的修正是施工控制的核心內(nèi)容。

結(jié)構(gòu)自重誤差在大跨度橋梁中普遍存在，并且對(duì)結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力影響都很大，施工中應(yīng)嚴(yán)格控制自重誤差。本工程在施工過程中應(yīng)力與位移均在控制范圍內(nèi)，并且實(shí)現(xiàn)了誤差極其微小的主跨精準(zhǔn)合攏，合龍后線形與預(yù)計(jì)線形有很好的吻合，可見田螺大橋的控制系統(tǒng)是有效的。

參考文獻(xiàn)

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篇（10）

引言

材料力學(xué)是機(jī)械專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課，其教學(xué)目主要是為了后期專業(yè)課服務(wù)。它與機(jī)械設(shè)計(jì)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等息息相關(guān)。材料力學(xué)理論教學(xué)內(nèi)容概念繁雜，定義抽象，學(xué)生不好學(xué)，老師不好講。尤其是應(yīng)力狀態(tài)內(nèi)容經(jīng)常陷入只可意會(huì)不可言傳的“微妙境界”。而其相關(guān)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往以破壞性的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，其實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)用型的本科生意義不大，而且其成本高，其實(shí)驗(yàn)器材具有不可重復(fù)性。在材料力學(xué)的教學(xué)過程中引入ANSYS軟件可以彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)。

一、ANSYS軟件結(jié)構(gòu)分析功介紹

（一）軟件的結(jié)構(gòu)分析處理過程

ANSYS有限元分析分為前處理過程；求解過程；后處理過程。前處理過程就是創(chuàng)建有限元模型；求解過程就是施加載荷并求解；后處理過程就是查看分析結(jié)果。ANSYS軟件的CAD/CAE的協(xié)同環(huán)境AWE（ANSYS Workbench Environment）可直接讀入各類繪圖軟件的零件模型。當(dāng)然也可從ANSYS軟件中直接建模。比如說汽車車架，車架的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，則可用CAD建模導(dǎo)入ANSYS中。對(duì)于前處理過程中關(guān)鍵性的網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分是比較繁瑣費(fèi)時(shí)的，對(duì)于缺乏經(jīng)驗(yàn)的人來說很難準(zhǔn)確完成，而其劃分的準(zhǔn)確性對(duì)求解過程會(huì)有很大的影響。ANSYS的網(wǎng)格劃分是比較智能化的，對(duì)于學(xué)生們來說可以很好的彌補(bǔ)經(jīng)驗(yàn)不足這一缺點(diǎn)。在分析求解過程中使用有限元方法進(jìn)行分析求解時(shí)可先對(duì)一些條件進(jìn)行假設(shè)，然后再引入已知的約束條件，來模擬實(shí)際的邊界條件。通過計(jì)算車架在無阻尼狀態(tài)下的固有頻率和振形可分析其共振環(huán)境和頻率。通用后處理器則可以把結(jié)果數(shù)據(jù)映射到任意路徑上，可以觀察某項(xiàng)結(jié)果數(shù)據(jù)沿路徑的變化情況。

（二）軟件結(jié)構(gòu)分析內(nèi)容

ANSYS軟件中的結(jié)構(gòu)靜力分析很適合用于處于穩(wěn)定外載荷引起的系統(tǒng)的應(yīng)力應(yīng)變。靜力分析可以分析穩(wěn)定的慣性力和隨時(shí)間穩(wěn)定變化的靜載荷，比如說金屬錨桿靜力分析，首先利用ANSYS軟件建立錨桿的原始模型，有原始模型推建幾何模型，運(yùn)用有限元分析可得出元件基本上都是從桿體部位斷裂，想要提高錨桿的使用壽命，則需從桿體部位入手。運(yùn)用ANSYS平臺(tái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析不僅有其實(shí)用價(jià)值，在教學(xué)中更能體現(xiàn)出其理論價(jià)值。

二、材料力學(xué)教學(xué)與ANSYS軟件相結(jié)合

（一）材料力學(xué)教學(xué)與軟件結(jié)合教學(xué)模式實(shí)施方案

對(duì)于應(yīng)用型本科教學(xué)而言，可將傳統(tǒng)的64（理論課時(shí)）+8（實(shí)驗(yàn)課時(shí)）改成50（理論課時(shí)）+22（軟件教學(xué)）。對(duì)應(yīng)用型本科材料力學(xué)中的實(shí)驗(yàn)全部用軟件教學(xué)代替，再將理論教學(xué)中的一部分（公式推導(dǎo)、演示部分）學(xué)時(shí)也用于該軟件的教學(xué)。當(dāng)然，該軟件在相關(guān)刪掉的理論教學(xué)方面完全有替代作用，且其效果較傳統(tǒng)教學(xué)模式好。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容用ANSYS軟件的相關(guān)教學(xué)代替

傳統(tǒng)的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)一般都是拉壓、扭轉(zhuǎn)變形的應(yīng)力公式驗(yàn)證，這些實(shí)驗(yàn)大多為驗(yàn)證破壞性實(shí)驗(yàn)。而我校屬于三本院校，培養(yǎng)出來的本科生以應(yīng)用型為主。這些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)對(duì)大部分本科生都沒有什么實(shí)質(zhì)性的意義。且這些實(shí)驗(yàn)對(duì)其公式的應(yīng)用也并無益處，其破壞形式也很難從實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)出來。在引入ANSYS軟件教學(xué)后，可利用其后處理模塊動(dòng)態(tài)演示實(shí)驗(yàn)過程，另外很重要的一點(diǎn)就是與實(shí)驗(yàn)室破壞性實(shí)驗(yàn)不同，ANSYS可重復(fù)多次演示實(shí)驗(yàn)過程，可大大節(jié)約實(shí)驗(yàn)材料，并加深學(xué)生們的理解。

（三）理論教學(xué)引入ANSYS軟件

下面就在材料力學(xué)教學(xué)過程中那些內(nèi)容要引入軟件教學(xué)進(jìn)行論述。

1.拉壓扭轉(zhuǎn)變形

通過ANSYS軟件建造構(gòu)件的拉壓扭轉(zhuǎn)變形模型。比如：圓形截面桿件的扭轉(zhuǎn)變形，通過圖例可以很好的看出圓形截面桿件扭轉(zhuǎn)時(shí)各截面仍為平面。通過這種圖例可直觀簡(jiǎn)潔的看出桿件發(fā)生的變形，可以很好地幫助學(xué)生理解扭轉(zhuǎn)變形，還可以節(jié)約教師課堂教學(xué)時(shí)間，提高教學(xué)效率。

2.壓桿穩(wěn)定

通過建立有限元分析，可使學(xué)生更容易理解用ANSYS軟件的分析過程，在求解過程中，首先應(yīng)當(dāng)進(jìn)行靜力分析，得出靜力解。再做特征值屈曲分析。ANSYS中有兩種分析方法：線性（特征值）和非線性屈曲分析。其中線性屈曲分析與教材中的彈性屈曲分析方法類似，結(jié)果與歐拉解相同。屈曲過程的結(jié)果在結(jié)果文件中，文件中包含屈曲載荷系數(shù)、模態(tài)形狀、相對(duì)應(yīng)力分布等等。其結(jié)果與教材中的理論結(jié)果相吻合，這樣就加深了學(xué)生對(duì)壓桿失穩(wěn)的理解。

3.組合變形

ANSYS強(qiáng)大的非線性分析能力可以有效的解決各類組合變形問題，例如：矩形截面梁的彎扭組合變形屬于典型的幾何非線性問題，這就需要用有限變形理論來解決。首先，可用ANSYS對(duì)矩形截面梁所受載荷的變形程度進(jìn)行分析，將分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)結(jié)果相差無幾，由此可以看出，ANSYS完全可以模擬彎扭組合變形問題。這樣不但節(jié)約了時(shí)間，而且更加方便學(xué)生理解掌握。

4.應(yīng)力狀態(tài)分析

通過有限元分析可以得出零件結(jié)構(gòu)的工作特性。比如說應(yīng)力集中問題。教材中一般只對(duì)影響因素進(jìn)行說明，并未對(duì)影響后的結(jié)果做具體說明，以至于學(xué)生對(duì)于應(yīng)力集中得不到更多了解與認(rèn)識(shí)。教師可利用ANSYS軟件對(duì)應(yīng)力集中計(jì)算并分析其結(jié)果，即可幫助學(xué)生對(duì)其分析計(jì)算有更感性的理解。這樣既可以幫助同學(xué)們系統(tǒng)的理解應(yīng)力狀態(tài)分布知識(shí)也有助于培養(yǎng)學(xué)生們的創(chuàng)新能力。

（四）教學(xué)效果

我校對(duì)材料力學(xué)這門課程在2010級(jí)機(jī)械專業(yè)試行這種教學(xué)模式?，F(xiàn)在該年級(jí)學(xué)生已經(jīng)快畢業(yè)。證明該年級(jí)的學(xué)生在后期的專業(yè)課中對(duì)于強(qiáng)度分析校核的應(yīng)用的理解明顯優(yōu)于其他年級(jí)的。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在學(xué)生找工作的過程中，有ANSYS軟件應(yīng)用能力的學(xué)生更受歡迎。

三、結(jié)束語

ANSYS軟件不但能夠豐富理論教學(xué)內(nèi)容，提升學(xué)生對(duì)于材料力學(xué)的興趣，加深學(xué)生們對(duì)于教材理論認(rèn)識(shí)，將其與課堂內(nèi)容教學(xué)結(jié)合起來，可以有效地解決課堂中所遇到的一些疑難問題，拓寬學(xué)生們的知識(shí)面，熟悉所學(xué)的知識(shí)在實(shí)際工程當(dāng)中的應(yīng)用，為以后機(jī)械設(shè)計(jì)等專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。而且還可以培養(yǎng)學(xué)生們應(yīng)用計(jì)算機(jī)的能力，促進(jìn)學(xué)生掌握一門實(shí)用性很強(qiáng)的應(yīng)用軟件。這對(duì)于應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)至關(guān)重要。

武昌工學(xué)院校級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目：（課題編號(hào)2012JY01）

課題名稱：“實(shí)踐+應(yīng)用軟件+理論”三結(jié)合模式課程體系的構(gòu)建研究

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