时间：2023-03-13 11:10:23
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇工程结构分析论文，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
1检测技术
传统的检测手段(如人工目测)和无损检测技术(如超声波、声发射、x-射线等)均是结构局部损伤的检测方法，难以预测预报结构整体的性能退化，无法实现实时的健康监测和损伤诊断。一个不可忽略的事实是：结构损伤的出现势必导致结构性能参数(如刚度、频率、阻尼或质量)的变化，如果这种变化能够很好的被检测和分类的话，就可以用来进行结构损伤诊断与健康监测，显然。这是整体的检测方法。
1.1整体结构监测
整体结构监测的主要内容包括沉降观测，位移观测、挠度观测、裂缝观测和振动观测等。每一种建筑物的观测内容，应根据建筑物的具体情况和实际要求综合确定测量项目。健康监测方法与测量仪器的发展密切相关。目前，GPS定位技术已经在区域性变形观测和大型工程变形监测中应用，并具有实时、连续、自动监测的优点，甚至与远程数据传输相结合，实现监测与决策智能化。监测的准确性取决于监测方案的科学性、监测点布置的合理性及测量仪器的精确度。
结构监测的方法可分为四类：(1)空间域方法，(2)模态域方法，(3)时域方法，(4)频域方法。其中空间域方法是根据质量、阻尼和刚度矩阵的改变来检测和确定损伤位置I模态域方法根据自振频率、模态阻尼比和模态振型的改变来检测损伤；在时域方法中。系统参数通过在一定时间内采样的数据来直接确定，精度较高，但很费时，在频域方法中，模态参数如自振频率、阻尼比和振型等是确定的，谱分析和频率响应函数被广泛应用。上述方法各有其优缺点。如频域方法和模态域方法使用转换的数据，数据转换存在误差和噪声。在空间域方法中，质量和刚度矩阵的建模与修正还存在问题，并且难以精确。将两三种方法结合起来检测和评估结构的损伤具有很强的发展趋势，比如将静载测试和模态测试的数据结合起来诊断损伤，这样可以克服各自方法的缺点并相互检查。与损伤检测的复杂性相适应。
1.2结构性能的检测
结构性能的检测是可靠性鉴定工作中的重要环节，内容一般有结构材料的力学性能检测、结构的构造措施检测、结构构件尺寸和钢筋位置及直径的检测、结构及构件的开裂和变形情况检测等。
1.2.1混凝土结构
混凝土强度及缺陷的检测技术目前得到了广泛的应用和发展，分为非破损检测技术和局部破损检测技术。由于非破损检测技术具有适用性强、可连续大面积测试、不破坏结构且能获得破坏试验不能获得的信息(如内部孔洞、疏松、不均匀性等)等特点，因此，一般情况下，均采用非破损检测技术(但检测结果的精确度较差)。到目前为止，关于混凝土强度的非破损检测技术有回弹法、超声法等，局部破损检测技术有钻芯法、拔出法和灌入法等，以及由上述基本方法组合而成的超声回弹综合法、钻芯回弹综合法等。混凝土强度的检测技术已基本成熟，成熟的标志在于测试理论的完善和测试仪器性能。如；“回弹值——碳化深度——强度”关系，反映了回弹值与混凝土强度之间的基本规律。回弹、超声、钻芯和拔出等较为成熟的混凝土强度和缺陷检测方法已经有了全国性的检测本论文由整理提供技术规程。
混凝土构件钢筋配置情况的检测有破损和非破损两类方法。破损方法是凿去检测部位的混凝土，直接量测钢筋的数量、直径及保护层厚度，然后与设计图纸比较。这种方法对构件有损伤，应尽可能少用。非破损方法主要有电磁法、雷达法和超声法，雷达法测试速度较快，电磁法相对较慢；对保护层厚度的测定用超声法精度相对较高。上述几种方法均不能准确测定出钢筋直径，也不能测定节点区的钢筋和构件中刚进的连接情况。而这些检测项目的结果客观上又是结构鉴定与加固的依据。因此迫切需要开发研制测试精度高的检测仪器。
1.2.2砌筑结构
砌筑结构检验测试技术起步比混凝土结构略晚一些，技术成熟程度比混凝土强度检测技术略差，但该项技术的发展势头猛，在国内形成了百家争鸣的可喜局面，目前，砌体结构材料强度的检测技术正日益成熟。
砌筑强度检测方法有现场检测法和间接测试法，现场测试法有推剪法、单剪法、轴压法、扁千斤顶和拔出法等五种检测方法，需要从墙体上截取试件，比较困难，且试件稍经搬动，强度就会受到影响，故应用较少。间接测试法是通过检测砖和砂浆的强度，然后依据现行规范直接确定砌体强度。砖的强度检测通常可以从砌体上取样按常规方法进行检测，方法比较简单。砂浆强度检测方法有冲击法、点荷法、回弹法、筒压法、射钉法和剪切法等。
1.2.3钢姑构
与混凝土结构和砌体结构相比，工程建设中钢结构的数量相对较少，加之冶金、机械、交通、航空、石油、化工等工业部门对钢材物理力学性能、内部缺陷，焊缝探伤等检验方法比较完普。因而其检验测试技术发展之路基本是借鉴学习国内其他行业的先进方法，如焊缝和钢材的超声波探伤方法、射线探伤方法、磁粉探伤方法和渗透探伤方法等。
结构鉴定与评估技术的发展与建筑市场和社会的需求有直接的关系，与国家的经济状况有密切的关系，同时又受到检测技术发展的影响。结构的可靠性评级是根据检测的结果进行评定，它是结构维修，加固的重要依据。根据《危险房屋鉴定标准》(JGJ125—99)(2004年版)，房屋的综合评定按三个层次进行；第一层次应为构件危险性鉴定，其等级评定分为危险构件(Td)和非危险构件(Fd)两类；第二层次应为房屋组成部分(地基基础、上部承重结构、围护结构)危险性鉴定。其等级评定应分为a、b、c、d四等级；第三层次应为房屋危险性鉴定，其等级评定应分为A、B、C、D四等级。超级秘书网
建设工程质量的检测与鉴定技术已超出了单纯的结构安全的范畴，包括了结构的安金性、耐久性、适用性和抗灾害能力以及工程质量问题产生原因的鉴定与分析等综合问题。建设工程质量的检测与鉴定为治理工程质量通病。如设计造成的多层砖房温度裂缝问题，混凝土工程施工阶段的开裂问题等起到了积极的作用。为设计规范和施工验收规范的修编提供了依据。
2结论
论文摘要：模态分析是结构动态分析的一种手段，通过分析工程结构的动特性可建立结构在动态激励条件下的响应，预测结构在实际工作状态下的_上作行为及其对环境的影响。
0前言
程结构跨度变得越来越大，结构的动力特性也就显得越来越重要，因此结构设计帅和上程技术人员也对它更加重视。方面，通过对结构动力特性优化设计，使结构处于良好的上作状态，保证了结构的安全可靠性，延长了结构的使用周期和减少了对环境的厂几扰:另一方而，通过结构的动力特性可了解复杂结构的结构性能和技术性能，从而作出科学的技术评定。运用结构动力特性解决程实际问题，需要有个桥梁—近20余年迅速发展起来的模态分析技术。模态分析是结构动特性分析的，种手段，通过分析L.程结构的模态特性可建立结构在动态激励条件下的响应，预测结构在实际五作状态下的工作行为及其对环境的影响。
1模态分析理论
1.l模态分析的实质
模态分析实质是一种坐标系统的变换，目的在于把原在物理坐标系统中描述的响应向量放到所谓的“模态坐标系统”中描述，这一坐标系统每一个基向量恰好是振动系统的个特征向量，利用各特征向量之间的正交性，可使描述响应向量的各个坐标互相独立而无藕合，于是，振动方程是一组互无祸合的方程，各个坐标均可单独求解。
1.2模态分析的方法
模态分析可分为实验模态分析与计算模态分析两种方法。实验模态分析是采用实验与理论分析相结合的方法来识别结构模态参数(模态频率、模态阻尼、振型)，用实验的方法来寻求模态振型以及描述响应向量的各个坐标，即模态坐标。它对程结构的动态分析及优化设计有实用价值。工程结构可视一系统，系统的动态特性是指系统随频率、刚度、阻尼变化的特性。它既可用频域的频响函数描述，也可用时域的脉冲响应函数描述。建立频响函数与模态参数之间的关系，以便识别模态参数，是模态分析的理论一项重要内容。
实验模态分析可分为两种不同的实验方法:
正则振型实验法(NMT):此法用多个激振器对结构同时进行正弦激励，当激振力矢量被调到正比f某一振型时，就可激励出某一纯模态振型，并直接测出相应的模态参数，不必再进行计算。该法的优点在于所得的结果精度高;但它需要高精度的庞大测试仪器和熟练的实验技能，费时长，成本高。
频响函数法(FRF):此法可只在结构的某一选定点卜进行激励，同时在多个选定点依次测量其响应。将激励和响应的时域信号，经FFT分析仪转换成频域的频谱。因频响函数是响应与激励谱的复数比，对已建立的频响函数数学模型进行曲线拟合，就可从频响函数求出系统的模态参数。该法的优点在于可同时激励出全部模态，测试的时间短，所用仪器设备较简单，实验方便，在产业和科研部门得到了一泛的应用。
1.3模态分析技术
模态分析技术的各主要环节如下图所示:
频响函数H表示系统的输出X与输入F的复数比，基木定义是
它的物理含义是:在频率山处输入(激励)—一单的正弦力，则系统将在同样的田处产生一正弦运动的输出(响应)，如下别所示:
而对于线性定常系统，任何输入/输出谱，都可以认为是正弦谱的迭加。故描述系统动态特性的频响函数(FRF)与用来测量的信号类型无关，可用同样应用于简谐激励、瞬态激励和随机激励。
模态分析中结构的各阶固有频率相差较大，而阻尼又较小的情况下，以某一固有频率激振时，该阶固有模态就占土导地位，在定的误差范围内即可当作纯模态响应看待，于是识别L:作可化为一个一个的单自由系统进行就非常方便。但是实际实验中要激出“纯模态”响应是不可能的，因为任何一种分布的激振力必将激出多个模态响应，实际测得的响应是多个响应的叠加。从能量的角度米看，各阶模态之间是正交的，各固有模态之间总是不祸合的，每阶固有模态表现为一种特定的能量平衡状态，各平衡状态之间没有能量交换也互不祸合，结构的能量就是各阶固有模态能量的总和。
模态分析最主要的应用是建立结构动态响应的预测模型，为结构的动强度设计及疲劳寿命的估计服务。模态分析的结果必将伴随着模态坐标的缩减，因为在实际中，我们总是只是取其中的若厂阶起土要作用的模态，而忽略其余阶模态。在物理坐标系中所表达的结构振动方程是按动力平衡观点或牛顿第，二定理来建立的，而在模态坐标系统中建立的响应计算模型或动力方程是从能量平衡观点建立的。局部物理参数的变化总能在模态参数中得到反映，但并非是很敏感的，有的局部变化甚至是不敏感。例如，在某阶振型的节点(该处振幅理论值为零)处附加质量，对该阶模态参数就不会引起变化，所以我们常常能够通过模态参数的变化来检测结构局部损伤，但不能检测非常小的局部损伤。实践说明，在结构动特性中，振型对局部损伤的敏感性大于其它参数的敏感性，而应变模态振型比位移模态振型更敏感。
众所周知，结构在脉冲激励下作自山振动时，由于结构阻尼的存在，其响应将逐渐衰减。理论，结构的动力响应可视为各阶模态按不同比例叠加的结果。对于结构位移响应而言，高阶模态的位移贡献相对较小，而低阶模态的位移贡献相对较大。因此当结构自由振动时，不少人认为结构的模态阶数越高，其响应衰减的速度就越快，最后保留的部分响应是以结构第一阶模态所作的自山衰减振动。目前，这直觉甚至被当作结论被L程界所接受，并在许多上程结构的动态测试中应用，特别是被用来确定结构的第一阶固有频率和阳尼系数。从结构的位移响应中获得的这直观结论，在振动理论尚未给予明确的回答。事实，并非所有程结构都表现为“结构的模态阶数越高，其对应的位移响应衰减的就越快”。
2工程实例
湖北省秘归县三峡库区一钢筋混凝上结构转体施1.拱桥(土跨105米)的成桥动力试验中，为了获取桥梁在车辆激励作用下的自由振动响应信号，在桥而一3/8处(点A1),1/8处(中点A2),3/8处(点A3),1/4处(点A1)，分别布置了加速度传感器(桥梁结构示意图如图1所示)。桥梁结构在不同速度的载重车辆的激励下，其振动的自由衰减响应信号由低频加速度传感器获取，经过电荷放大器、滤波器后，送数值信号采集分析系统作频谱分析。
A1点的加速度响应频谱如图2所示，结构的第1至4阶固有频率分别识别为2.12Hz,3.54Hz,4.781-Iz和G.44Hz;而由A2点的加速瓜响应频谱分析仅识别出结构第2阶和第4阶固有频率:3.54Hz和G.44Hz(对称点的响应信号无法识别出反对称的振动模态，即该结构的第1阶模态是反对称的)。如果将A1点的加速度自伯响应信号经过一定时间衰减后(截取信号的后部分，其类似d单自由度振动系统的自由衰减响应信号)，对其作余振波形分析，固有频率为3.SOHz;如果对其信号作频谱分析，识别的固有频率为3.54Hz,皆为结构的第2阶固有频率。其分析结果表明该桥梁结构的第2阶模态比第1阶模态衰减得快，即结构自由振动时各阶模态衰减的快慢并非一定按模态顺序排列。同时必须指出的是，在许多成桥动力检测中，目前仍然应用结构的余振波形来确定结构的第1阶固有频率和阻尼比，这样就很有可能将结构的高阶模态参数误作为第1阶模态参数，进而对结构的建造质量和技术性能作出错误的判断。
3结论
通过对结构动特性的研究，在结构振动控制、结构动力特性优化设计、结构动力修正、结构故障诊断等上程应用方而都会取得长足进展。本文仅利用工程结构模态分析归纳以下一几点:
关键词: 结构;裂纹板;裂纹;动力分析;结论
中图分类号：[TB16] 文献标识码：A
一．裂纹板的研究背景及现状
在板的使用中，随着当代我国经济的快速发展和不断提高，新型材料的发明和新兴机械结构的不断产生，使得薄板的模型到处可见。尤其是在薄板带有裂纹工作的状态下。一般而言，结构中如果存在裂纹或者缺陷，会改变结构的物理特性，如质量、阻尼和刚度等，从而导致结构的动力学特性发生了变化。所以，要对结构进行整体性的检测和评估，来确定结构是否有损伤或者破坏，进而判断损伤的位置和损伤的程度，以及损伤程度的变化趋势，这样就需要研究分析含裂纹结构的动力学特性。然而，进行含裂纹结构的动力特性的分析一直是动力学研究领域的难点之一。
二．从裂纹梁裂纹板的推广研究
目前在研究含裂纹结构的动力特性分析方面，已经有了很多的方法可以借鉴，但是这些已有的方法大多是裂纹梁的研究，而关于裂纹板的研究却很少。因此，鉴于这个问题，本文在总结了含裂纹梁动力仿真中三种常用的分析模型基础上即：弥散裂缝模型、集中柔度模型和精细网格模型，进行了修改，然后推广到了含裂纹板的动力特性计算模型。并以精细网格模型为主着重研究了含双裂纹板的动力特性
三．含裂纹板的裂纹分析
讨论自由振动问题一般根据要求列出运动微分方程进而解方程求得自由振动的频率，此频率称为固有频率或者自然频率它在确定共振条件方面有着重要的意义。当弹性体（梁、板、壳体）内产生裂纹后，由于刚度减小，则其固有力学特性，如固有频率、屈曲临界压力等随之降低，以此可以用测频的方法来监视裂纹的发生与发展。裂纹振动分析的关键是裂纹的处理，常见的处理方法：等效截面法、局部刚度法、一致裂纹梁理论。
四．本文研究的主要内容
本文在总结和汲取前人的研究成果基础上，用ANSYS软件建立了裂纹板的有限元模型,将计算单裂纹结构动力特性的方法推广到计算多处裂纹板弯曲振动的近似模态，计算了双裂纹在不同裂纹长度、不同的裂纹深度和不同相对位置处对矩形板模态参数的影响，为实际工程故障诊断提供参考。本文主要研究内容如下：
(一 )对于含裂纹薄板在弯矩和剪力联合的情况下的应力强度因子，还没有完整的解答可以利用。因此，研究了含裂纹有限尺寸应力强度因子计算的近似解。
（二）利用断裂力学的研究成果，通过对应力强度因子的积分，推导出含裂纹薄板的单元刚度矩阵。
分别研究了含裂纹薄板有限元建模的三种主要方法：，弥散裂缝模型、集中柔度模型、精细网格模型，其中主要研究了精细网格模型，并通过实例分析了含单裂纹薄板的动力特性，并与已有试验结果对比验证文述算法的有效性。
借助精细网格模型的思想，以含双裂纹悬臂矩形薄板为例应用有限元软件ANSYS对其进行模态分析，讨论了该板固有频率和振型在不同裂纹长度下随双裂纹相对位置改变的变化规律。
应用有限元软件ANSYS对双裂纹悬臂板进行模态分析，通过数值模拟仿真,讨论了双裂纹悬臂矩形板的固有频率和振型在不同裂纹相对位置时随裂纹深度增加的变化规律。
得出简单结论
本文具体而详细地主要以含裂纹悬臂矩形薄板为研究对象进行理论建模、有限元分析及模态分析仿真，得到了不同长度的裂纹在不同位置时含裂纹薄板的各阶频率的变化和振型的变化和不同深度的裂纹在不同位置时含裂纹薄板的各阶频率的变化和振型的变化，取得了令人满意的分析结果以及有价值的研究结论：
各阶的固有频率随裂纹位置、裂纹深度和裂纹长度的变化具有明显的规律性变化。固有频率随着裂纹的扩展逐渐减小，双裂纹深度和长度对板固有频率的影响同裂纹位置密切相关，此外，裂纹长度对高阶频率的影响较大，裂纹深度对低阶频率的影响较大。这对工程实际有指导意义。
裂纹的存在对板振型的影响是显著的，但对不同阶振型影响的显 著程度不同。阶数越高，裂纹对板振型的影响越显著，这与裂纹长度和裂纹深度对频率的影响情况不同。这就说明，当采用振型作为结构损伤的识别参数时，一般来说，振型的阶数要取得相对比较高会好一些。
通过对比三种方法在固有频率和振型方面的差异。三种求解方法各有不同，但都不可避免的存在误差。分析其产生的原因主要有以下几个方面：
弥散裂缝模型优点在于使用方便，仅用很少的单元就可以得到含裂纹结构的动态响应。但是这种模型比较粗糙，受网格密度影响很大，对裂纹影响区域即裂纹单元长度没有严格的定义，为了得到准确的仿真结果，单元划分和抗弯刚度减少量要根据实验结果估计、修正。
集中柔度模型的理论基础好，但是计算复杂，难以应用现有商业有限元软件计算，局部柔度的求取依赖于应力强度因子，而复杂结构的应力强度因子计算比较困难，计算的精确度直接影响裂纹结构的仿真精度。
六．相关建议
本文虽然取得了一些有意义的结论，但由于时间和能力有限，不能对课题进行更深入的研究。从课题研究的延续性和对裂纹结构模型准确性以及计算精度更高的要求上看，还需要做进一步的工作。
由于受到时间的限制，本文主要以悬臂薄板为例，研究了板的动力特性。这种研究方法也可以推广到其他边界条件的薄板。
本文在研究含双裂纹悬臂矩形薄板的动力特性问题中。将裂纹模拟为一细长菱形，当然，这种模拟不一定是最接近现实模型的，因此可以在裂缝模型的建立上有更多的构思，以至于得出的结果更贴近实际工程。
参考文献：
[1]李舜酩.机械疲劳与可靠性设计，北京：科学出版社,2006.
[2]王磊，李家宝.结构分析的有限差分法，北京：人民交通出版社,1982.
[3]胡海岩，机械振动基础，北京航空航天大学出版社，2005.
（专业代码：081903 授予工学硕士学位）
一、培养目标
1、较好地掌握基本理论，树立爱国主义和集体主义思想，遵纪守法，具有较强的事业心和责任感，具有良好的道德品质和学术修养，身心健康；
2、系统掌握本学科坚实的基础理论和专门知识，具有从事安全技术工程领域的科学研究或独立担任专门技术工作的能力；
3、比较熟练地运用一门外国语。
二、学科专业及研究方向简介
1、本专业隶属的一级学科为矿业工程。安全技术与工程是针对大型基础设施的公共安全而发展起来的一门新型交叉学科，该学科以保证大型基础设施的安全性和可靠性为目标，主要进行监测技术、检测技术、信息处理技术、控制技术、健康诊断与评价技术等基础理论及应用技术研究。该专业可招收土木工程、交通工程、机械工程、力学、安全工程、信息技术及材料科学与工程等相关专业的本科生。
2、主要研究方向及其内容：
1)结构健康监测与信息处理技术：主要包括结构健康监测技术、监测与诊断系统、监测信息处理技术、数据挖掘技术、远程监测技术等研究。
2)结构健康诊断与安全评估：主要包括结构健康诊断理论和技术、结构健康状态及安全评估技术等研究。
3)既有结构性能评估与控制技术：主要包括既有结构检测技术、仿真分析技术、承载能力及耐久性评定、寿命评估、结构控制及加固技术等研究。
4)大型施工机械安全技术与工程：主要包括大型施工设备的设计、状态监测与故障诊断、施工控制与安全管理等研究。
三、培养方式及学习年限
1、硕士生的培养方式为导师负责制，课程学习和科学研究可以相互交叉。课程学习实行学分制，一般要求在前一年修满所要求的学分。
2、硕士生培养实行学年制，学制2.5年。硕士生的在校学习年限为2～3.5年（含休学）。
四、课程设置与学分要求
课程设置分学位课和非学位课两大类，学位课分为公共学位课、基础理论课、专业学位课，非学位课分为选修课和必修环节。硕士生在校期间，应修最低学分为26学分，其中公共学位课8学分，基础理论课不少于4学分，专业学位课不少于5学分，选修课不少于5学分，必修环节4学分，最高学分不超过34学分。学分积要求是学位课学分积不少于51，选修课学分积不少于15，总学分积不少于66。
课程的考核采取以下几种方式：
方式A：平时成绩（20%）+闭卷考试（80%）的考核方式；
方式B：闭卷考试（50%）+课程论文（50%）的考核方式；
方式C：平时成绩（30%）+课程论文或课程设计（70%）的考核方式；
方式D：考查。
课程
类别课程编号课程名称学时学分开课学期开课单位考核方式
ⅠⅡⅢ
公共课学位课
100401自然辩证法322√人文分院B
100402科学社会主义理论与实践161√人文分院B
101201公共外语64+324√√外语系A
100001专业外语161√B
基 础 理 论 课111105数值分析483√数理系A
111108应用数理统计322√数理系A
111103随机过程483√数理系A
111003有限元法基础483√工程力学系A
专 业 学 位 课121701安全系统工程322√大型结构所B
121702现代结构测试原理322√大型结构所B
121703智能材料与结构322√大型结构所B
120101桥梁结构理论483√土木分院A
120102高等结构动力学42+63√土木分院B
120103高等岩土力学40+83√土木分院B
120105高等混凝土结构学483√土木分院B
120106高等钢结构理论483√土木分院B
120803数字信号处理322√电气分院A
130907模式识别与图像处理322√计信分院C
选 修 课131701结构工程仿真技术322√大型结构所C
131702风险分析322√大型结构所C
131703结构健康监测实验技术322√大型结构所C
131704现代传感器技术322√大型结构所C
131705风工程概论322√大型结构所C
131706结构振动与控制322√大型结构所C
130118工程抗震24+82 √ 土木分院C
130109弹性薄壁杆件理论322√土木分院C
130116环境岩土工程与灾害防治322√土木分院C
131002结构分析及反分析方法322√工程力学系C
130903嵌入式系统及应用322√计信分院C
131201日语161√外语系C
130401人文社科系列讲座161√人文分院C
必 修
环 节140001科研（教学）实践1√D
140002学科前沿报告与学术活动8次1√√D
141501信息检索161√图书馆C
补修课程
五、学位论文要求
学位论文工作是研究生培养的重要组成部分，是对研究生进行科学研究或承担专门技术工作的全面训练，是培养研究生创新能力、综合运用所学知识发现问题、分析问题和解决问题能力的主要环节，也是培养研究生文献阅读能力、工程设计能力、实验能力、数据分析能力和数据处理能力、逻辑推理能力和写作能力的主要环节。要求做到：
1、学位论文的选题必须着重选择对国民经济具有一定实用价值或理论意义的课题，要充分考虑实验的各种条件、课题的份量与难易程度；学位论文的选题必须在第三学期期中（10月底前）完成，开题报告统一交培养单位办公室。
2、学位论文必须在指导教师的指导下由研究生独立完成，研究工作必须坚持实践性、实验性的原则，论文内容应以研究生本人从事的实验、观测和调查的材料为主。对所研究的课题要有自己独立的见解。
3、硕士生论文科研时间一般不少于1年。
4、学位论文实行中期检查制度，一般应在第四学期（5月底）进行，汇报学位论文工作的进展情况，遇到问题和困难及时向导师寻求帮助和指导，保证论文顺利完成。
5、学位论文送审分两批进行，第一批安排在第五学期期中，论文送审截止日为11月10日；第二批安排在第六学期期中，论文送审截止日为4月10日。
6、论文答辩、学位申请和学位授予参照《石家庄铁道学院学位授予工作实施细则》执行。
硕士点负责人：
培养单位学位评定分委员会主席：
（分委员会公章）
年
关键词：有限元，ANSYS，箱梁桥，自重
在桥梁结构分析中，桥梁结构本身的自重时常占桥梁结构所受荷载的很大部分，准确模拟桥梁结构自重是常遇问题，桥梁中对等截面连续梁可看成均布荷载，但如果结构形状复杂—例如，变截面连续梁等，若沿桥梁轴线方向按均布荷载处理就不甚合理。本文用大型通用软件ANSYS模拟某连续刚构桥箱梁桥自重为例来说明ANSYS软件在这方面的应用。
1.ANSYS软件及其工作流程
ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，对自然界四大场—力场、流场、热场、磁场实现全面分析；ANSYS用户涵盖了机械、航空航天、能源、交通运输、土木建筑、水利、电子、地矿、生物医学、教学科研等众多领域，ANSYS是这些领域进行国际国内分析设计技术交流的分析平台，是一个功能强大的有限元分析程序[1,2,3]。
ANSYS主要由前置处理(Preprocessing)、解题程序(solution)、后置处理 (Postprocessing)以及时间历程等组成，在前处理方面，ANSYS的实体建模功能比较完善，提供了完整的布尔运算，还提供了拖拉、延伸、旋转、移动、延伸和拷贝实体模型图元的功能[1,2,3]。论文参考。在此，采用了ANSYS对该桥的温度效应进行仿真分析。
ANSYS具有丰富的单元库和材料库，可以对任意结构形式的桥梁进行全桥仿真分析，较为精确的反映出桥梁在各种因素下的综合特征，如桥梁的应力应变分布、变形等等。
2.工程实例
某桥桥梁全长287.54m。主桥上部采用35m＋60m＋90m＋60m＋35m预应力混凝土刚构-连续箱梁体系；主桥主墩采用双薄壁式墩，主桥边墩采用板式桥墩。桥箱梁横断面为单幅箱梁，全宽12.0m。箱梁纵向为变截面，变截面部分箱梁梁高按二次抛物线（y=0.001829x2）变化，其余箱梁梁高为等高度；顶板、腹板厚为分段线性变截面。主墩墩顶箱梁梁高5.00m，跨中及边跨支点箱梁梁高2.00m，桥梁纵向线形图、支点和跨中断面结构尺寸详图见图2-1、图2-2和图2-3。
图2-1 桥梁纵向箱梁结构图
图2-2 支点横断面箱梁结构尺寸图（注：单位cm）
（注：单位cm）
图2-3 跨中横断面箱梁结构尺寸图（注：单位cm）
3.ANSYS仿真分析
3. 1建模
ANSYS具有丰富的单元库，常用单元有杆单元（link）、梁单元（beam）、板壳单元（shell）和实体单元（solid）。单元类型的合理选取很大程度上影响着能否科学合理的进行研究。论文参考。本例选用如图3-1所示的三维结构实体单元来模拟结构自重。
图3-1 ANSYS材料库中solid65单元图
定义实常数的时候，有三个自由度，包括三个位移自由度X、Y、Z三个方向，由于自重的方向是竖直向下的，因而输入Y为9.8（m/s2）。
应用ANSYS进行结构分析的时候需要定义材料特性，材料特性反映材料的基本物理力学特性，根据本例需要，现场实测的弹性模量为3.29×1010（Pa），密度取值为2.5×103（kg/m3）。论文参考。
ANSYS建模的时候，可以采用交互式界面输入，对于初学者，对比较简单的结构进行仿真分析的时候可采用这种方法；若结构外形尺寸比较复杂，ANSYS仿真分析的时候，可以采用命令流的方法。由于本例是变截面箱梁，故采用了命令流的方法，用ANSYS建立的模型如图3-2：
图3-2 ANSYS建立的模型图
用ANSYS进行有限元仿真分析的时候，建立模型后需要划分单元。本例中建立了桥梁的总体模型，为方便起见，用总体单元尺寸的命令流作自由式网格划分就能满足要求。划分完网格后的有限元计算模型如图3-3：
图3- 3 ANSYS建立的模型单元划分图
3. 2加载与求解
正确合理的加载是ANSYS仿真分析中的关键步骤，在不同的分析中，荷载亦不尽相同，如:位移、集中力、均布力、温度和电流、电压、水压、速度等。ANSYS中的荷载分为六类:DOF(自由度)约束力、力(集中荷载)、表面荷载、体荷载、惯性力以及藕合场荷载[1,2,3,4]。
两刚构墩底部受到基础各个方向的约束，所以进行d,all,all约束，在其他支座和桥台处受到竖直方向的约束，因而进行d,all,uy约束，在有限单元模型上施加约束后的图形如图3-4：
图3-4 ANSYS建立的模型施加约束图
对以上所有前处理过程进行核对无误后，进入求解程序进行计算求解。
3.3后置处理
ANSYS有着功能强大的后处理器，借助它可以将解题部分所得的位移、应力、应变等解答数据以各种不同的表示方式显示出来。
进行求解后得到的全桥在自重作用下的变形图如图3-5：
图3-5 ANSYS建立的模型求解后变形图
进行求解后得到的全桥在自重作用下沿桥梁纵向的应力图如图3-6：
图3-6 有限元求解后纵桥向应力图
从应力图中，可非常清楚地看出应力的分布情况及极值。
ANSYS还可以以列表的形式表示出各节点的位移或应力，同时给出相应的极值与节点编号，并且分析者可以以记事本的方式对文件命名另存。本例跨中节点位移及最大值如图3-7：
图3-7有限元求解后节点位移输出图
4.结语
由以上分析可知：用ANSYS分析软件进行桥梁结构重力的模拟是可行的；利用ANSYS进行桥梁结构自重仿真分析时，在科学合理的建立模型、合理的划分单元、正确施加荷载与约束的情况下，可以有效地对桥梁结构进行分析研究，并且可以获得直观而条理清晰的结果。
参考文献：
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【关键词】工业建筑 结构设计 概念设计 结构概念设计 工业生产 结构
中图分类号：[F287.2] 文献标识码：A 文章编号：
一．引言
结构工程时在进行设计时，有大量的工程需要计算，部分内容计算方式较为繁琐，工作量较大。随了计算机技术的成熟和软件的逐步推广，建筑的结构分析软件被应用到建筑结构设计中，解决了结构工程时手工计算的难题，也提高了结构设计的工作效率，提高了设计的准确程度。由于结构计算软件的节省了大量的传统工作，被结果设计工程师经常使用。在过分依赖软件的背后，带来的是设计的单一，结构设计变成单纯的软件化，结构设计职位也变成了熟悉软件操作即可的基本要求，这造成建筑墨守成规，缺乏结构创新。
二．工业建筑中的结构概念设计。
1.工业建筑的特点。
工业建筑是进行工业生产的房屋，由于其特有的建筑使用性质，在工业进行建筑设计中，要根据其特点进行设计。
（1）工业建筑要密切结合生产，要满足工业生产的要求，为生产工人创造良好的劳动卫生条件，工业建筑设计要有利于提高劳动效率和生产产品质量。
（2）工程生产的类别较多，也存在较大的差异。生产类别有轻型也有重型，有热加工也有冷加工，有的要求开敞，有的要求恒温，这对建筑在空间布局、体型、室内处理、立面和层数等方面有直接影响。这就要求建筑要根据生产工艺的不同特征来设计不同的建筑厂房。
（3）部分工业建筑和厂房中需要使用起重机械和大量的设备，还有的需要较为高大的敞通空间，在内部通风、采光、屋面排水、建筑构造处理等方面都要比民用建筑复杂。
2.工业建筑中的结构概念设计。
在建筑设计中，通过不断的设计研究和实践，结构设计工程师积累了大量的经验，并在行业形成了一系列的设计规范、标准图集和设计手册等。近些年来，计算机技术得到广泛应用和普及，计算及结构程序被大量应用到建筑结构工程中，设计单位开始抛弃图版，开始在计算机上挥动鼠标操作。在此表象下，部分结构工程师通常都会形成一种错觉：建筑结构设计很简单，仅仅需要遵循设计规范、标准图集和设计手册，在根据建造师给出的非结构空间方案，利用计算机完成。在设计中，结构设计师变成了拼图的玩家，被动的操作着建筑的结构设计。这导致建筑结构无法有效运用结构工程的知识，同时也容易造成和建造师发生交流分歧。
在我国现行的《建筑结构设计统一标准》 （GBJ68-84）采用了概率理论作为基础来规范建筑结构极限状态的设计准则，要求建筑在结构设计中要经济合理、技术先进、安全适用。概率极限状态虽然较为科学合理，但在运算过程中，还存在一定程度的近似，仅仅能算作近似概率法。建筑结构设计中，无法凭借极限状态来估计建筑结构的真正承载能力。建筑是一个空间结构，结构总的各种构件通过复杂的方式来共同工作，且不脱离总的结构体系。在目前的建筑结构设计中，在空间结构体系的整体研究上存在一定的局限性，导致待设计中采用了简化和假定。建筑结构设计工程师要杜绝盲目的抄写规范，而是要将规范当作实际参考和指南，在实际的项目设计中要进行合理的搭配和选择，这就要求结构工程师对建筑整体结构体系和建筑结构分体系二者之间存在的力学关系具有较为透彻的认知，在结构设计时，要将概念设计应用到实际设计工作中。
概念设计是通过运用清晰的结构概念，不需经过数值计算，依靠结构整体体系和分体系之间的力学关系、震害、破坏机理、工程经验和实现现象所获得的设计原则和设计思想，对工业建筑结构和相关计算结构进行正确分析，综合考虑结构的实际受力状况，计算假设间的差异大小，对建筑结构和构造进行设计。工业建筑的结构概念设计是展现建筑结构工程师的设计思想的关键，而结构工程师主要任务是要在一定的建筑功能和生产工艺要求下完成建筑的结构设计，要妥善处理建筑和结构、结构和构件、结构和工艺、结构和结构之间的关系，其最终目标是要设计出合理的产品。计算机软件也存在一定的局限性，无法适应处理所有的建筑结构问题，在实际设计中，也无法大量的运用计算机软件来准确的进行结构构件分析，这就要求工业建筑设计中要强调概念设计的重要性，通过结构概念设计和结构措施来设计最终的合理的建筑结构。
建筑结构设计中，计算机程序的计算结果是根据设计中的不同工况而提供的不同数据，但到底是何种工况才是最适合的工况，哪种工况结果是最需要的结果，这类问题需要结合不同的工况计算来综合分析，在此情况下，建筑结构工程师要加强结构概念设计的应用，才能准确判断出计算机计算结果的准确性和合理性，而最终筛选出需要的结果。
在工业建筑的初步设计阶段、方案设计阶段中，无法完全借助计算机的结构计算分析软件来处理，这需要结构工程师对建筑结构布置和结构体系根据工艺的布置方案来做出相应的规划，必要时候要进行建模计算，提高最终设计方案的合理性和可行性。在确定方案时，要和大工艺的设备选型相辅相成，要满足大型设备的独特需求。大型设备的生产制作周期较长，一般在得到相关责任人审查后，施工建设单位才会开始联系相关的设备制造商，开始提供供货，在此阶段中，相应的结构设计方案要成为下阶段施工设计的依据，一旦此时忽略了大型设备的影响，或是对其他项目考虑不周，会导致下阶段非常麻烦，更有甚者导致项目无法进行。结构设计工程时在初步设计阶段和方案设计阶段中，要综合运行结构概念，结合工业生产工艺的特点，选择建筑结构性能较好，较为经济的结构方案，运用结构概念，在深刻了解结构性能的基础上，灵活运用到结构设计中。结合结构分析软件，建立合理的简化模型，利用计算机结构分析软件的优势，提供经济合理的建筑结构设计方案，为施工图设计做好充分准备。
另外，随着社会的发展，未来出现大型和超大型的工业建筑会越来越多，其建筑的体型也会越来越复杂，钢结构会大量的应用到工业建筑中，这就要建筑结构提高设计标准和要求，在满足工程进步和生产工艺要求的同时，要将钢筋混凝土结构和钢结构进行组合使用，在提高施工进度的同时，要便于后期的安装。要提高建筑结构概念设计，改善计算机分析软件的滞后性，逐步完善结构分析的功能。在利用计算机软件的基础上，融入结构概念，通过恰当的设计、假定、简化，使计算机分析更接近真值，保证计算分析结果的有效、合理、可行。
五．结束语。
工业建筑结构设计中，在总结设计经验的基础上，融入结构概念设计，这要求结构设计工程师要富于创新，并要有丰富的实践经验，通过建造师的协同，来提高工业建筑的结构设计质量。
参考文献
[1]隋翔宇 SUI Xiang-yu 工业建筑中的结构概念设计[期刊论文] 《山西建筑》2011年4期
关键词：静力弹塑性；大跨径斜拉桥索塔；加载模式；能力谱；需求谱
中图分类号：U448 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2009）15-0168-02
一、理论分析
（一）工程简介
某斜拉桥主桥为184米+460米+184米塔双索面PC梁斜拉桥，全长828m。全幅桥采用采用分离式箱型断面，半漂浮体系，索塔选用H塔形，各设两道横梁系，将索塔分为上塔柱、中塔柱和下塔柱三部分。索塔采用箱型截面，索塔内采用角钢组拼成劲性骨架。
桥墩仅设置一个交界墩，两岸均设辅助墩，辅助墩由双柱式桩基础组成，每隔辅助墩对应一个箱梁。桩基础为支持桩，由21根桩径为2.5米群桩组成，桩基嵌入弱风化层，为嵌岩桩。
斜拉索：采用￠15.24环氧喷涂钢绞线，主桥斜拉索共有六种规格，共计304根。
（二）索塔横向静力弹塑性分析模型
斜拉桥为柔性结构，基本周期较长，在地震作用下的受力一般不会很大，但在罕遇地震作用下，塔柱有可能屈服进入塑性工作阶段。索塔由于斜拉索的约束，刚性大大增强，以主塔振动为主的振型出现的较晚，斜拉索对主塔纵向的约束远远大于横向，以主塔纵向振动为主的振型远远落后于横向。对索塔而言，结构横桥向响主要由其第二振型控制。本文选取刚度相对较弱的索塔横向进行push-over分析，由于南塔和北塔基本对称性，本文选取南塔进行静力弹塑性分析，如图1所示：
（三）push-over分析能力曲线
考虑到主梁横向振动使斜拉索产生对索塔的水平推力而采用均布荷载模式，参照一般梁桥桥墩所采用的水平荷载模式，最终采用均布、倒三角和塔顶集中力三种水平荷载模式对主塔进行横桥向静力弹塑性推倒分析，考虑斜拉索对索塔的横向约束及主梁振动对主塔影响的等效结构。通过自振频率与原结构相等的原则，对索塔锚固点及索塔与主梁之间的横向限位支座点处附加刚度和附加质量。经过试算南塔锚固点和索塔横向限位支座点处把刚度增大10%，质量增加5%。
计算获得总水平力V和塔顶横向位移的关系曲线，如图2所示：
均布荷载模式下，整个结构塑性得到充分发挥，倒塌时需要的总水平力最大，而塔顶集中力荷载模式下，主塔倒塌时的总水平力最小。塔顶集中力水平荷载模式是偏于保守的一种极限状态。
由斜拉桥动力特性分析可以获得斜拉桥南塔横向振动的振型函数，将已经获得的push-over分析曲线转换成A-D（Acceleration-Displacement）格式能力曲线，如图3所示：
二、抗震性能评价
能力谱与不同的需求反应谱相交。最终要在这些交点中，确定出一个作为相点。在一个交点处，由能力谱计算得到的延性系数应当与需求反应谱的延性值匹配。将A-D格式的能力谱与需求谱绘于同一个图表中，如图4所示，可以看出，斜拉桥在7度罕遇地震（水平地震影响系数α=0.5）和8度遇地震（水平地震影响系数α=0.9）作用下，不管采用哪种水平荷载模式，主依然处在弹性工作阶段；在9度罕遇地震（水平地震影响系数α=1.4）作用时，集中荷载模式下，能力曲线与弹性需求谱曲线（μ=1）的交点坐标为（0.2231，2.0390），达到极限应力。
三、结论
1．本文对大跨度斜拉桥的主塔进行横桥向的push-over分析，得到塔顶横向位移和总水平力之间的关系曲线，并转化成能力谱。将能力谱曲线与需求谱曲线绘制在同一张图中，对斜拉桥的抗震性能进行评价。在Ⅱ类场地7度罕遇地震作用下，左、右主塔均在弹性工作阶段。在9度罕遇地震作用下，结构已接近破坏。
2．静力弹塑性（Pushover）分析比一般的非线性时程分析简单，方便，快捷，同时也能得到较合理的数值结果。易于工程师在设计中掌握和应用，在今后的桥梁的设计中，不失为一种简单的抗震设计验算方法。
参考文献
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[3]王东升，翟桐，郭明珠．利用Pushover方法分析桥梁的抗震安全性[J]．世界地震工程，2000，16（2）．
关键词：拱桥;施工控制;施工管理
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
中图分类号：TU71文献标识码：A文章编号：
1. 概述
在大跨度钢管混凝土拱桥的实际施工中，虽然可采用各种施工计算方法算出各施工阶段的位移值、挠度、预抛高值，但当按这些理论值进行施工时，结构的实际变形却不一定能达到预期的结果。这主要是由于施工中的测量误差、观测误差、安装误差等;或者是由于设计时所采用的设计参数，诸如材料的弹性模量、构件自重、施工临时荷载的条件等，与实际工程中所表现出来的参数不完全一致而引起的。这种偏差随着钢管混凝土拱桥拱肋施工长度的增加，会逐渐累积，必须进行有效的控制和必要的调整。否则，钢管混凝土拱桥的拱肋标高将偏离控制目标，从而会造成合龙困难，并会影响成桥后的线形和桥面行车等使用功能。再说，桥梁实际施工的施工因素造成的影响是设计中无法预见的，要针对具体的情况，在施工过程中进行适当和必要的调整，施工控制正是解决问题的有效途径。
同时，在施工过程中拱桥的安全是十分重要。据统计，拱桥的垮塌事故大多发生在施工过程中，所以，对于大跨度拱桥，包括大跨度钢管混凝土拱桥在施工过程中的变形及受力必须进行施工监控，避免结构在施工过程中出现失稳或过大的应力，而造成事故。大跨径钢管混凝上拱桥建成后，拱轴线是否与设计拱轴线相吻合，受力是否合理主要取决于:①施工质量;②施工控制技术;③设计质量。从某种意义讲，施工控制技术是大跨径钢管混凝土拱桥建设的关键之一，目前，正日益受到桥梁工作者的关注和重视。因此，桥梁在施工过程中必须加强现场施工控制工作。
2. 施工控制方法
2.1 闭环反馈控制
闭环反馈控制作为控制论的一个基本概念，是指被控的输出以一定方式返回到作为控制的输入端，并对输入端施加控制影响的一种控制关系。对于较复杂桥型，由于实际施工状态和计算采用模型的参数等状态之’间存在差异，随着结构复杂程度的增加、桥梁跨度的增大，在每个施工阶段的积累误差将越来越大，以至不可忽略，否则到施工结束时结构的内力和线形将较显著地偏离设计目标的成桥状态。因此，在施工中的每个阶段出现误差之后，就必须及时识别并加以纠正，而控制量的大小和纠正的措施是必须由误差经反馈计算所确定的，这就形成了一个闭环反馈控制过程。
2.2自适应控制
在闭环反馈控制的基础上，再加上一个系统辨识过程称为自适应控制，整个控制系统就成为自适应控制系统误差识别过程。当结构模型计算结果与测量到的受力状态不相符时，在参数辨识算法中输入误差去调节计算模型的参数，使模型的实际测量到的结果与输出结果相一致，得到修正后的计算模型参数，重新计算各施工阶段的理想状态，结构进行控制按反馈控制方法进行，这样，经过几个工况的反复辨识后，计算模型就与实际结构基本上相一致了，在此基础上可以对施工状态进行更好的控制。该方法目前被广泛采用，并认为是较合理的施工控制方法之一。
2.3开环控制
对于结构和施工较简单的桥梁常采用开环控制，控制时，一般按照设计施工图进行施工，施工完成后的结构就基本上能达到设计和规范所要求的内力状态和线形。这种控制方法就是一个开环的施工控制过程，与闭环控制相比没有反馈。在开环控制方法中，控制是单向的，并不需要像闭环反馈控制那样根据结构的反应来改变施工中的内力和变形。在各构件的安装和制造精度高，或者结构安装和制造误差的影响不大时，这种方法是方便可行的，大部分中小桥采用的都是这种方法进行施工控制。但这种控制方法没有控制误差和修正误差的能力。
3. 桥梁施工控制结构分析方法
桥梁施工控制时需预先计算结构各施工阶段的内力和变位，确定各施工阶段的结构线形，以使结构能达到最佳设计成桥状态。在实际施工中，桥梁施工控制结构分析方法一般采取倒退分析、前进分析、无应力状态法，以及三者相结合的综合方法，对结构进行计算机实时分析和跟踪控制。
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