工程结构分析论文十篇

工程结构分析论文篇1

结构安全性是各种作用下结构防止破坏倒塌、保护人员不受伤害的能力,是结构工程最重要的质量指标。结构工程的安全性主要决定于结构的设计与施工水准,也与结构的正确使用(维护、检测)有关,而这些又与土建工程法规和技术标准(规范、规程、条例等)的合理设置及运用相关联。

1.1我国结构设计规范的安全设置水准。对结构工程的设计而言,结构的安全性主要体现在结构构件承载能力的安全性、结构的安全耐久性等几个方面。

1.1.1结构构件承载能力的安全性。与结构构件安全水准关系最大的两个因素:一是规范规定结构需要承受多大的荷载(荷载标准值),比如同样是办公楼,我国规范自1959年以来均规定楼板承受的活荷载是1.5KPa（在新修订的规范里已改为2KPa）,而美国、英国则分别为2.4KPa和2.5KPa;二是规范规定的荷载分项系数与材料强度分项系数的大小,前者是计算荷载对结构构件的作用时,将荷载标准值加以放大的一个系数,后者是计算结构构件固有的承载能力时,将构件材料的强度标准值加以缩小的一个系数。这样根据我国原有规范设计办公楼时,所依据的楼层设计荷载(荷载标准值与荷载分项系数的乘积)值大约只有英国、美国的52%(考虑人员和设施等的活载)和85%(对结构自重等的恒载),而设计时据以确定构件能够承受荷载的能力却要比英国、美国规范高,两者都使构件承载力的安全水准下降。这里的问题主要在于设计墨守成规,在结构方案、材料选用、分析计算、结构构造上缺乏创新。

1.1.2结构的安全耐久性。我国土建结构的设计与施工规范,重点放在各种荷载作用下的结构强度要求,而对环境因素作用(如干湿、冻融等大气侵蚀以及工程周围水、土中有害化学介质侵蚀)下的耐久性要求则相对考虑较少。混凝土结构因钢筋锈蚀或混凝土腐蚀导致的结构安全事故,其严重程度已远大于因结构构件承载力安全水准设置偏低所带来的危害,所以这个问题必须引起格外重视。我国规范规定的与耐久性有关的一些要求,如保护钢筋免遭锈蚀的混凝土保护层最小厚度和混凝土的最低强度等级,都显著低于国外规范。损害结构承载力的安全性只是耐久性不足的后果之一;而提高结构构件承载能力的安全设置水准,在一些情况下也有利于结构的耐久性与结构使用寿命。

1.2调整结构安全设置水准的不同见解。我国结构设计规范的安全设置水准较低,与我国建国后长期处于短缺经济和计划体制的历史条件有关。这种作法能够对土建结构取用较低的安全水准并基本满足了当时的生产与生活需求,并历经了较长时间的考验,这是国内土建科技人员经过巨大努力取得的重大成就。但是,由于安全储备较低,抵御意外作用的能力相对不足。如果能够适当提高安全设置水准,将有利于减少事故的发生频率和提高工程抗御灾害的能力。国内发生的大量工程安全事故,主要是由于管理上的腐败和不善以及严重的人为错误所致。现在提出要重新审视结构的安全设置水准,主要是基于客观形势的变化,是由于我们现在从事的基础设施建设要为今后的现代化奠定基础,要满足今后几十年、上百年内人们生产生活水平发展的需要,有些土建结构如商品房屋则更要满足市场经济条件下具备商品属性的需要。

2.土建结构工程的耐久性

土建结构工程的耐久性与工程的使用寿命相联系,是使用期内结构保持正常功能的能力。这一正常功能包括结构的安全性和结构的适用性,而且更多地体现在适用性上。

2.1土建结构工程的耐久性现状。当今大多数土建结构由混凝土建造。混凝土结构的耐久性是当前困扰土建基础设施工程的世界性问题,并非我国所特有,但是这一问题至今尚未引起我国政府主管部门和广大设计与施工单位的足够重视。长期以来,人们一直以为混凝土应是非常耐久的材料。直到上世纪70年代末期,发达国家才逐渐发现原先建成的基础设施工程在一些环境因素影响下出现过早损坏。美国许多城市的混凝土基础设施工程和港口工程建成后不到二三十年甚至在更短的时期内就出现劣化;据1998年美国土木工程学会的一份材料估计,美国国内基础设施工程中仅为修理与更换公路桥梁的混凝土桥面板一项就需800亿美元,而现在联邦政府每年为此拨款只有50亿～60亿美元。发达国家为混凝土结构耐久性投入了大量科研经费并积极采取应对措施。我国建设部于20世纪80年代的一项调查表明,国内大多数工业建筑物在使用25～30年后即需大修,处于严酷环境下的建筑物使用寿命仅15～20年。民用建筑和公共建筑的使用环境相对较好,一般可维持50年以上,但室外的阳台、雨篷等露天构件的使用寿命通常仅有30～40年。

2.1.1由于混凝土的质量检验习惯上以单一的强度指标作为衡量标准,导致水泥工业对水泥强度的不适当追求,使水泥细度增加,早强的矿物成分比例提高,这些都不利于混凝土的耐久性。我国对水泥质量的检验在强度上只要求不低于规定的最低许可值,而国外则同时还要求不高于规定的最高值,如果强度超过了也被认为不合格,这一要求还有利于水泥产品质量的均匀性。

2.1.2不适当地加快施工进度,尤其是对工程进度不适当的行政干预。混凝土的耐久性质量尤其需要有足够的施工养护期加以保证,“早产有损生命健康”的概念同样适用于混凝土。国内一些媒体大加宣传的所谓几个月就修成一条大路、建成一座大桥或盖成一幢高楼的工程以及抢工献礼工程,很可能就是今后注定要花掉大量资金进行大修的短命工程。提前完成合同规定施工工期的工程在国外要被罚款,因为意味着工程质量有遭到损害的可能。

2.1.3环境的不断恶化,如废气、酸雨,我国的酸雨面积已超过国土的30%

2.2土建结构工程使用阶段的正常检测与维护。结构耐久性和使用寿命的概念,与使用阶段的检测、维护和修理不能分割,对处于露天和恶劣环境下的基础设施工程来说尤其如此。为了保证结构安全性和耐久性,一些工程在建成后的使用过程中,应该进行定期检测和维护。我国有结构工程的设计规范与施工规范,但没有如何使用的规范。有些国家对于结构的损坏可能危及公众安全的建筑物与桥、隧等公共工程,强制规定必须定期检测;即使是建筑物的玻璃幕墙和外墙面砖等建筑部件,因其坠落后容易伤及公众,也有强制定期检测的要求。我国由于施工管理水平相对较差,施工操作人员的素质不高,质量控制与质量保证制度不够健全,规范对结构安全与耐久性的设置水准又相对较低,已建的工程中往往存在较多隐患,所以更有必要从法制上确定土建工程的正常使用和定期检测的要求。对于土建结构工程的安全质量,虽然政府已做出了设计与施工的责任单位和个人需对其“终身负责”的规定,但是这种要求执行起来缺乏可操作性。要将结构安全质量事故减少到最低程度,还应以预防为主,通过例行检测及时发现问题。现在国内有大量土建工程因步入老化期需要诊治,也有大量已建的违章工程需要评估,更有许多工程发生病害需要诊断和加固,各地已涌现不少从事土建工程诊断、治理与加固的队伍,并有蓬勃发展成为一种新兴行业的趋势。出现问题和病害以后再来治理固然重要,但是我们应该更加强调预防。对于在役土建工程的检测和评估,要建立相应的法规和标准,要有从业人员的注册和从业机构的资质认证制度,在管理体制上予以规范。从国家对公共工程建设的投资和对工程设计的要求来看,需要有对工程整个使用期限即全寿命费用支出的论证。只注意工程项目建设的一次投资支出,很少考虑工程建成后需要正常维护与修理的长期费用,不但可能损害工程使用寿命和正常使用功能,而且经济上算总账会很不合算。在发达国家,由于新建工程少,用于维修的费用往往更为主要,例如英国1980年的维修费占当年土建费用总支出的2／3。我国虽是发展中国家,现在正大兴土木,可是过去建成的大量工程已经或过早老化。在土建工程的投资上,希望有关部门能增加已建工程维修的费用。为加速路桥等公共工程建设,国家现在鼓励投资公司出资并给以一定期限如30年的经营收入作为补偿。如果对重要土建工程有必须进行定期检测与评估的法规,就能保证这些工程在一定期限后归还国家管理和经营时仍具有良好功能,对于设计工作寿命为100年的桥梁,至少还可正常使用70年,而不至于30年到期后国家接收的已是一个破旧待拆的工程。

3.建议

为了改善我国土建结构工程的安全性与耐久性,提出了以下建议。

3.1土建工程使用过程中的安全性,应有定期的检测和正常的维护修理加以保证。对于重要土建工程,我国尚无必须进行安全检测的法规。在基础设施工程的投资上有重新建、轻维修的倾向,不利于保证工程寿命和投资效益。建议对桥、隧等重要公共基础设施和重要的公共建筑物,在其使用期内实施强制性的定期安全检测。为此,需要制定法规和编制相应的技术标准;对于土建结构工程的检测与评估,需要建立从业人员的注册制度和从业机构的资质认证与监管体制。凡属已建工程的安全诊断也可一并归入这一行业。建议有关部门在桥、隧、道路等土建基础设施工程投资上,根据需要,加大工程维修费的比例。

3.2完善技术标准体系与管理体制,发挥学会、协会在技术标准编制、修订和管理中的作用;逐步淡化技术规范条文的强制性质;鼓励编制地方性规范（标准）和企业标准,以适应不同地区在环境地质和经济、技术水平上的差异,并鼓励科技创新和技术进步。

3.3合理设置土建结构设计的安全水准,必须考虑工程失效的风险后果、社会的财富与资源供给乃至公众的意向等多种因素。随着我国经济形势的巨大变化,有必要重新审视现行土建结构工程设计规范的安全设置水准,建议主管部门组织论证。桥梁等交通土建结构的风险后果较大,且由于车流、车载、车速的快速发展,在设计荷载标准值和承载力安全度的设置水准上似乎应比一般的建筑结构有更高的安全储备。在建筑结构的安全设置水准上,建议进一步收集不同意见,包括商品房消费者的意向。我国不同地区的经济发展水平相差悬殊,在建筑物安全性和耐久性的要求上是否需要区别对待也值得探讨。

3.4我国建筑结构设计规范采用可靠度设计方法的经验及问题值得总结。可靠度方法用于不同类型结构的先决条件和难度不一。建议有关部门在推广可靠度方法于各类设计规范时,应广泛征集各种看法,实事求是,稳慎对待。

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参考文献

［1］《土建结构工程的安全性》

［2］《土建结构工程的耐久性》

［3］《土建结构工程结构设计规范》

［4］《结构构件承载能力设计规范》

工程结构分析论文篇2

Abstract： Based on ANSYS module to analyze the random vibration of the axle， under the road roughness random vibration， taking the front axle of type SX3255DM354 engineering vehicle produced by ShanQi as the research object， combined with Miner liner cumulative law and P-S-N this paper obtained the theoretical fatigue life of the engineering vehicle axle.

关键词：随机振动；路面不平度；功率谱密度；疲劳寿命

Key words： random vibration；road roughness；power spectral density；fatigue life

中图分类号：TB533 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）06-0112-02

0 引言

车桥是车轮与悬架之间的重要连接构件，也是车辆的关键承载部件，其刚度、强度和疲劳寿命影响着车辆行驶的安全性、操纵稳定性和使用寿命等。实际工况研究表明，在随机载荷作用下，大多数机械零件承受高水平的应力而使零件发生随机疲劳破坏。因此，为确保车辆行车安全，有必要对车桥结构进行疲劳研究。

近年来，在结构的随机疲劳可靠性研究方面，基于功率谱密度（PSD）的l域分析法以其分析、计算简单，且更适用于随机振动疲劳寿命的估算而受到了广泛的重视[1]。本文以功率谱密度（PSD）分析法为理论基础，基于Ansys的随机振动分析模块对车桥结构进行疲劳寿命分析，具有重要的理论意义和工程实用价值。

1 基于Ansys的随机振动疲劳寿命分析流程

Ansys中的谱分析有三类：响应谱分析、动力设计分析（Dynamic Design Analysis Method）和功率谱密度（Power Spectral Density）。本文采用功率谱密度分析法，以车桥结构功率谱密度作为数据输入，在Ansys中对车桥结构做随机振动分析，求得车桥结构应力功率谱，再结合疲劳损伤理论和材料P-S-N特性，计算车桥结构疲劳寿命。基于Ansys的车桥结构随机振动疲劳寿命分析流程如图1所示。

2 建立前桥结构有限元模型

有限元模型的建立是疲劳寿命分析的基础，SX3255DM354型车辆前桥结构尺寸如图2和图3所示，前桥结构主要设计参数有板簧中心距，主销中心距，板簧座截面尺寸，主销内倾角等。建立车桥结构模型时，①车桥的主要承载部位保持原有的形状和位置。②建模时，忽略了对分析结果影响不大的特征，如工艺小孔和某些形状复杂、不利于建模的特征。③为确保网格的规律性，对车桥某些局部特征做适当的简化处理。

在AnsysWB中建立该型车辆前桥结构三维模型，采用Solid92单元类型，控制单元类型的大小，并对车桥结构局部进行网格细划后得到12956个单元。如图4所示，前桥材料如表1所示。

采用数值模拟的方法得到F级路面功率谱密度曲线[2，3]，并将所得数据转换成.txt文档后加载到Ansys中。

3 前桥结构模态分析

根据汽车悬架结构的试验统计参数，该型工程车辆响应的频率范围为0.5～20Hz，计算所得车桥结构前10阶模态振型频率如表2所示，且已包涵车辆响应的频率范围。

5 结论

以功率谱密度（PSD）分析法为理论基础，运用Ansys的随机振动分析模块，对车桥结构进行模态分析分析并得到了1σ的最大Von miss值为MPa，结合Steinberg提出的基于高斯分布和Miner线性累积损伤理论的三区间法对前桥结构的疲劳寿命进行预测，得到该型车辆在F级路面上行驶时，前桥结构的理论疲劳寿命，该方法对工程实际研究具有一定的参考价值。

参考文献：

[1]张景绘，王超.工程随机振动理论[M].西安：西安交通大学出版社，1988.

[2]王鹏利，郭瑞峰.基于数值模拟载荷谱的车辆前桥随机振动疲劳寿命分析[J].工程机械，2013，10（44）：39-42.

[3]刘献栋，邓志党，高峰.公路路面不平度的数值模拟方法研究[J].北京航空航天大学，2003，29（9）：843-846.

工程结构分析论文篇3

关键词：性能；抗震；建筑结构

基于性能的抗震设计理论是20世纪90年代初由美国学者提出，按此理论设计的结构在未来的地震灾害下能够维持所要求的性能水平。基于性能的抗震设计作为一种更合理的设计理念，代表了未来结构抗震设计的发展方向，引起了各国广泛的重视。我国国家自然科学基金“八五”重大项目“城市与工程减灾基础研究”的有关专题就开始涉及到这方面的研究。国家自然科学基金“九五”重大项目“大型复杂结构体系的关键科学问题和设计理论”的一些专题包含了这方面的部分内容。中国建筑科学研究院工程抗震研究所联合国内部分高校和研究所开展了“我国2000年工程抗震设计模式规范”的研究，并于2000年《建筑结构学报》第一期介绍了这方面的研究成果。

目前，基于性能的抗震设计思想已经渐渐为许多建筑结构的设计、施工、维护所采用。

一、大跨度悬臂桁架结构

范峰等在研究了悬臂桁架结构的强震失效机理的基础上，详细介绍了基于性能的抗震评估方法――增量动力分析（Incremental Dynamic Analysis，IDA）的基本原理和具体实施步骤，阐述了IDA方法相关参数的确定原则，并利用该方法对悬臂桁架结构进行了有效的抗震性能评估，从概率的角度评价了悬臂桁架结构在未来遭遇地震时的可靠性。

二、钢筋混凝土高墩

李正英等根据钢筋混凝土高墩的地震反应特性，确定采用曲率延性系数作为性能参数，并给出桥墩在地震作用下曲率延性系数对应各性能水准的量化值。分别以位移延性系数、位移角限值以及曲率延性系数作为性能评价指标，采用增量动力分析法对桥墩进行抗震性能研究。

三、桥梁结构

邹永旺，贺国京在分析方法的基础上，应用统计的强度折减系数模型，基于概率分析方法，应用随机地震作用模型考虑地震作用的随机性，评估桥梁结构在确定性烈度的地震作用下和年基准期内的抗震可靠度。

穆哲，杨光辉对红旗村黄河大桥进行了Pushover分析和抗震能力评估，最后分析了现有加载模式和非线性分析的差异。Pushover分析方法是一种用于预测地震动作用下将复杂的动力弹塑性问题简化为静力弹塑性问题的近似方法，主要讨论结构在地震动作用下所受到的变形和力。其基本原理是：在结构分析模型上施加某种方式的荷载（如模态荷载、均匀荷载、倒三角形荷载等）来模拟地震水平惯性力。

抗震性能目标规定为在给定设计地震动水平下结构超过规定的抗震性能水平的条件概率，以期解决我国公路桥梁的抗震设防目标长期没有规定预期的可靠度的问题；采用一次二阶矩法，建立基于需求能力系数的抗震性能设计的极限状态方程，该方程同时考虑结构地震需求和抗震能力的不确定性。

四、RC框架结构

崔双双，吕大刚采用静力能力谱方法、动力能力谱方法和时程分析方法，对所设计的RC框架结构进行分析，研究不同强度需求谱作用下结构整体抗震性能系数的需求值。针对“侧向连续倒塌”失效模式，采用基于备用荷载路径的Pushover方法、静力能力谱方法、IDA方法和位移需求能力系数法，分别从强度、耗能以及变形的角度，对所设计结构的抗侧向连续倒塌能力进行研究，并将基于承载力的鲁棒性指标分别拓展到基于谱加速度和变形的鲁棒性指标。针对“竖向连续倒塌”失效模式，采用考虑构件失效加载方案的Pushdown分析方法和考虑构件失效时长的竖向IDA分析方法，分析损伤结构在初始屈服状态、整体屈服状态和承载能力极限状态时的抗竖向连续倒塌能力，并得到其相应的抗竖向连续倒塌鲁棒性指标。

杨伟，欧进萍等在基于性能的抗震设计理论研究的基础上，针对Park&Ang提出的双参数损伤模型，首先研究了其简化的计算方法；在已有的“规范设计+损伤验算”的损伤设计理论基础上（这种损伤性能设计方法是将规范设计方法中的弹塑性变形验算改为损伤性能验算），进一步研究钢筋混凝土结构直接基于损伤性能的抗震设计方法。研究了基于Park&Ang损伤模型的弹塑性反应谱（“损伤谱”，损伤谱综合考虑了结构最大位移反应和结构累积滞回耗能的耦合作用）。

马倩等针对传统能力谱法以基本振型为振动控制向量的缺陷，研究了高阶振型对结构动力反应的影响，详细推导了考虑高阶振型影响的结构动力方程；对钢筋混凝土框架进行了模态能力谱分析（简称MPA法）和时程分析，所得层间位移角曲线与倒三角、多振型楼层惯性力组合以及基本振型加载下的结果对比显示，高阶振型对高层结构的动力反应影响明显，采用模态能力谱法能有效提高结构性能评价的精度。

五、火电厂主厂房框排架结构

尹龙星等探讨静力弹塑性推覆（Pushover）分析方法在不规则结构分析中的适用性，论证多维空间推覆方法和考虑高阶振型对火电厂主厂房框排架结构的影响。研究不同加载模式下结构能力曲线和破坏模式的区别，并分析了不同状态下结构内力、变形、塑性铰分布与时程分析结果的差异。利用ATC40能力谱法和改进能力谱法对框排架结构进行抗震性能评估，探讨能力谱法用于不规则结构时的可行性，同时对比分析两种方法在评估过程中的优缺点，给出不同状况下的应用建议。基于性能的抗震设计是未来结构抗震设计的发展方向，基于损伤性能的抗震设计方法是其中重要的一部分内容。

六、总结

目前在结构中常用的基于性能的抗震设计分析方法主要包括：基于位移的设计方法、基于损伤性能的设计方法、基于能量的设计方法、综合设计方法、基于可靠度的设计方法等，基于位移的抗震设计方法大致有控制延性的方法（能力设计方法）、能力谱法和直接基于位移法。另一说法，目前在结构中常用的基于性能的抗震设计分析方法主要包括基于静力的分析方法、基于动力的分析方法、能力设计方法、结构易损性分析方法、综合设计法。基于静力的分析方法主要包括能力谱法、位移修正系数法、设计谱方法、适应谱推覆分析方法（Pushover法）、模态推覆分析方法（模态Pushover法）以及Ay-Dy格式地震需求谱等。基于动力的分析方法主要包括弹塑性时程分析法、增量动力分析法（IDA）、蚁群优化法等。（作者单位：大连理工大学建设工程学部）

参考文献：

[1] 齐春玲，范峰.大跨度悬臂桁架结构的强震失效机理及抗震性能评估研究[D].哈尔滨工业大学硕士论文，2010

[2] 李正英等.钢筋混凝土高墩抗震性能评价指标[J].重庆大学学报，2014，37（2）

[3] 邹永旺，贺国京.基于概率Pushover的桥梁结构抗震可靠性分析[D].中南林业科技大学硕士论文，2010

[4] 穆哲，杨光辉.红旗村黄河大桥的抗震性能分析[D].长安大学硕士论文，2012

[5] 崔双双，吕大刚.RC框架结构整体抗震性能系数与综合反应修正系数研究[D].哈尔滨工业大学博士论文

[6] 杨伟，欧进萍等.钢筋混凝土结构损伤性能设计及整体抗震能力分析[D].哈尔滨工业大学博士论文，2010

[7] 夏坚，杨伟等.钢筋混凝土框架结构直接基于损伤性能的抗震设计方法[J].建筑结构，2012

工程结构分析论文篇4

关键词:隧道；支护结构；稳定性

Abstract: this paper aims to discuss in the complex structure tunnel supporting structure stability, for storm tunnel project construction difficulties do a passport.

Keywords: tunnel; Supporting structure; stability

中图分类号： U455文献标识码：A文章编号：

隧道支护结构的稳定性和安全性是隧道工程中一项非常复杂且重要的问题，由于各种复杂地质条件的影响，和资金、技术、时间等限制条件，对其定量计算的数据获取异常有限，从而使隧道支护结构的施工与施工方法都不能准确的预测，这对隧道工程造成了一个巨大的隐患。目前，我们还没有找到一种能够客观科学的计算模式来描述在复杂情况下隧道支护结构的稳定性。

1 隧道支护结构主要测量方法

目前我国在隧道工程的施工和设计工作当中，主要是以现场监控的方法，然后在用反分析法来演算岩体的参数和原岩应力，最后用正分析方法来对支护机构的安全性做出提前预测，并对隧道结构最终是否稳定做出超前预测。隧道的地下工程涉及到的有，地理地质环境因素、工程施工因素、施工过程控制水平因素、还有工程能力因素等。主要由岩石这种特殊的材料组成的隧道工程由于其结构材料的复杂性导致了支护结构的研究至今也只能停留在简单的技术理论阶段和孤立的固体力学数值分析领域。但是仅仅只是理论研究和大量的工程实践经验都明面，想要解决支护结构在复杂结构下隧道下的设计与施工问题，单纯应用力学、数学理论是行不通的，必须要从隧道的实际情况出发，以系统理论为指导，依靠原型或缩小模型的观察资料与反馈走理论与实际相结合的道路。

2 支护结构稳定性探究

2.1 支护结构稳定性的意义

隧道工程主要指围岩和支护结构的综合体。把人工支护结构与其周围自然形成的围岩看做一个整体的“支护系统”。而稳定性则是指工程中结构和构建设施保持稳定状态的能力大小。由于隧道的初期组成结构复杂，又要经历毛洞、初次支护、二次衬砌等施工阶段，所以没有单一明确的含义，包括内容较为广泛。对于支护系统的稳定状态要同时考虑到四周围岩的稳定，其中包括了涌水、隧道变形、坍塌和各种障碍物等问题。所以在此毛洞阶段主要是以工程方向四周围岩本身作为主要支护结构。在经过人为施工后，支护系统的稳定状态要求是一致的。

2.2在复杂结构下隧道支护结构稳定性的分析必要性

在施工初期，作为支护结构必须要具有一定的刚度来保证施工过程中的安全性和为正常工作提供空间。因此在初期，支护结构的稳定性就是施工人员必须注重的问题:隧道四周围岩的位移速率递减要趋近于零来保证其不会侵入规定净空;支护结构不能出现漏洞或者裂缝或者出现影响其正常承载能力的破损，否则极其容易造成坍塌等危险事故。支护结构的稳定性作为岩体力学研究的重要组成内容，其研究过程经历了由经验到理论最后到数值的变化过程,支护结构的稳定性是隧道工程中工程设计和施工中的一个重要环节，直接影响到工程安全性和经济实用型。

3 隧道支护稳定性的国内外研究现状

现行的隧道支护结构稳定性评价一般分为定性和定量两种。定性评价是一种粗略的评价方法，主要适用于小规模危险性较小的浅埋型隧道，不过这种评价方式也经常和定量评价方法结合使用。定量评价是在岩体力学的理论知识基础上，进行分解分析法、图解分析法、数值分析法来进行支护稳定性的评价方式，是隧道工程中作为支护稳定性最常用的评价方式。

3.1 解析分析法

解析分析法主要通过简单的数学建模，进行数学力学的计算支护结构中围岩的分布状态来对支护结构的稳定性进行分析评价。

3.2 图解分析法

图解分析法主要是依靠作图来分析各个结构面之间的空间组合练习，确定在不同施工部位可能形成的块体和其对于支护稳定性的影响，进而分析出支护稳定性。常用的图解分析法有赤平极射投影法、实体比例投影法、地质几何法(关键块体法)等。

3.3 数值分析法

其实在多数隧道工程中都只能使用树脂分析法来求解，评价分析支护结构的稳定性。数值分析法主要是通过对地质原型建模的抽象计算并借助有限元等分析法计算不同土质情况下荷载的应力状态来求解隧道支护结构稳定性的问题。

4 隧道结构稳定性在国内外研究现状

从上个世纪中期，世界各国就已经开始了对隧道结构稳定性的大量研究。早期，温克尔的局部变性理论在关于隧道结构稳定性研究的分析上得到了广泛的应用，在后来，衬砌和围岩等连续介质也得到了长足发展。20 世纪60 年代开始随着计算技术的不断进步地下结构分析进入了以有限元法为代表的数值分析时期。当然，我国隧道工程中关于隧道稳定性的研究也从粗略计算逐渐转变为精细计算。

(1)我国最早期的图解法并未将底层弹性约束计算在内，即使在二十世纪50年代之前，我国铁路隧道衬砌设计都只会进行较少的内力计算，就算有个别情况需要计算，也都只是使用图解法。

(2)20 世纪50 年代学习前苏联,比较流行的是局部变形与共同变形两种弹性抗力理论，而后者在理论上更为合理,但是由于种种原因，并未在我国广泛应用。

5 结束语

当前最需要解决的问题，就是如何进一步的提高复杂条件下隧道支护结构的稳定性和施工质量。解决这一问题的关键，在于对复杂条件隧道工程的进一步研究，获得在不同条件下，隧道支护结构稳定的数据，并研究其在这些复杂情况下的力学数值分析，通过数字建模，提供更多更准确的数据，从而使隧道工程的安全性和经济实用型得到长足进步。

参考文献

工程结构分析论文篇5

结构试验是研究和发展结构理论的重要手段。文中从沿革、任务、分类、加载设备与测量方法、一般过程等方面了解工程结构试验。随着计算机技术的发展应用，结构试验仍然是发展结构理论和解决工程设计方法的主要手段之一。在结构工程学科的发展演变过程中结构试验本身成为一门真正的试验科学。

引言

工程结构试验是一项科学实践性很强的学科，是研究和发展工程结构新材料、新体系、新工艺以及探索结构设计新理论的重要手段，在工程结构科学研究和技术革新等方面起着重要的作用。

1沿革

最早的结构试验是意大利科学家伽利略在17世纪完成的悬臂梁试验，其梁强度理论经由其后的胡克的材料弹性说明，贝努利、欧拉等的构件变形问题，库伦的中性轴假想，打下了今天弹性理论材料力学的基础。我国十分重视工程结构试验学科的建设及其发展。1956年起在高等院校中设置“建筑结构试验”课程。在直接为生产服务方面和工程结构系统科学研究方面，对结构的材料性质，基本构件和结构整体工作性能等，进行了大量的实物或模型的静、动力试验，获得了许多试验成果，提出了符合中国实际情况的设计参数、工艺标准、计算公式、设计理论、施工工艺，为制订各种规范、规程提供了基本依据。

2工程结构试验及其一般过程

2.1工程结构试验的任务工程结构试验的任务是在结构或实验对象上，以仪器设备为工具，利用各种实验技术为手段，在荷载（重力、机械扰动力、地震力、风力等）或其他因素（温度、变形沉降等）作用下，通过测试与结构工作性能有关的各种参数（变形、挠度、位移、应变、振幅、频率等）后进行分析，从而对结构的工作性能作出评价，对结构的承载能力作出正确的估计，并为验证和发展结构的计算理论提供可靠的依据。

2.2工程结构试验的分类根据试验研究目的，主要分为生产鉴定性试验和科学研究性试验。

2.2.1生产鉴定性试验生产鉴定性试验以直接服务于生产为目的。以工程中实际结构构件为对象，通过试验或检测对结构作出技术结论，通常解决以下问题：①检验或鉴定结构质量。对一些比较重要的结构，建成后通过试验，综合性地鉴定其质量的可靠度。对于预制构件或现场施工的其他构件，在出厂或安装之前，要求按照相应规范或规程抽样检验，以推断其质量。②判断结构的实际承载力。当旧建筑进行扩建、加层或改变结构用途时，往往要求通过试验确定旧结构的承载能力，为加固、改建、扩建工程提供数据。③处理工程事故、提供技术依据。对于遭受火灾、爆炸、地震等原因而损伤的结构，或在建造使用中有严重缺陷的结构，往往要求通过试验和检测，判断结构在受灾破坏后的实际承载能力，为结构的再利用和处理提供技术依据。

2.2.2科学研究性试验科学研究性试验的目的是为结构的理论计算和研究服务。它按照事先周密考虑的计划来进行。试验的对象是专为试验而设计制造的。突出研究的主要问题，消除一些对结构上实际影响的次要因素，使试验工作合理，观测数据易于分析和总结，达到理论研究的目的。①验证结构设计理论的假定。在结构设计中，人们常对结构构件的计算图式和本构关系作某些简化假定，通过试验来加以验证，满足要求后用于实际工程中的结构计算。在结构静力和动力分析中，本构关系的模型化则完全是通过试验加以确定的。②提供设计依据。我国现行的各种结构设计规范除了总结已有的大量科学实验的成果和经验外，为了理论和设计方法的发展，还进行了大量的结构试验以及实体建筑物的试验，为编制和修改结构设计规范提供试验数据。对于特种结构，应用理论分析的方法达不到理想的结果时，用结构试验的方法确定结构的计算模式和公式的系数，解决工程中的实际问题。③提供实践经验。一种新材料的应用，一个新结构的设计或一项新工艺的施工，往往要经过多次的工程实践和科学试验，从而积累资料，使设计计算理论不断改进和完善。

2.3工程结构试验加载设备与测量方法

2.3.1加载设备一般供试验用的加载装置除实物加载外，可用千斤顶、液压试验装置、计算机与加振器联机系统、模拟地震振动台、人工爆炸等，以模拟对结构或构件的实际的各种作用。在全部试验承力装置中有支座、支墩、反力架、反力墙及试验台座等。

2.3.2测量方法①机测法。利用机械仪表测量所需的数据或参数，机测法适应性强、简便、可靠、经济，是结构试验中最常用的测量手段。②电测法。通过传感元件把试验需要测量的数据或参数，转换为电阻、电容、电感、电压或电流等电量参数，经放大器放大，然后进行测量，由指示记录设备记录和显示，这种转换和测量技术称为非电量电测技术，具有准确、快速测量、自动控制、连续记录和远距离操纵等优点。与计算机联机，还可根据测量结果自行判断和运算。③光测法。利用光的准直性对测量参数放大、转换、实现连续记录，阻尼小、响应快（如光线示波记录仪）。也可利用光敏材料的物理化学原理和力学特性在偏振光作用下产生的光学效应，测定应力场（如光弹仪），简便、可靠、直观性好；及激光测量位移和激光全息的应用。④其他方法。利用光、电、磁、声等间接物理量与材料或结构构件某一性能间的关系为基础进行测量。如超声波探测仪利用超声波在混凝土中传播速度测定混凝土强度。分析处理结果，再还原成某种模拟量并显示出来，使数据的采集、测量和分析处理自动化。

2.4工程结构试验的一般过程工程结构试验大致可分为试验规划、试验准备、试验加载测试和实验资料整理分析四个阶段。

2.4.1试验规划阶段试验规划是指导整个试验工作的纲领性技

术文件，因而试验规划的内容应尽可能地细致和全面，规划的任何一点疏忽可能导致试验的失败。

科学研究性试验的规划，首先应根据研究课题，了解其发展现状和前景，并通过收集和查询有关文献资料，确定实验研究的目的和任务，确定试验的规模和性质；在此基础上决定试件设计的主要组合参数，并根据试验设备的能力确定试件的外形和尺寸；进行试件设计及制作；确定加载方法和设计支承系统；选定量测方法；进行设备和仪表的率定；作好材料性能试验或其他辅助试件的试验；制定试验安全防护措施；提出试验进度和技术人员分工；编写材料需用计划，经费开支及预算，试验设备、仪表及附件清算等。

2.4.2试验准备阶段试验准备阶段是将规划阶段确定的试件按要求制作安装与就位，将加载设备和测试仪表安装就位，并完成辅助试验工作。试件制作完毕后，要进行实际几何尺寸的测量和外观质量检查，达到设计要求的才能安装就位。加载设备和测试仪表安装就位前，应完成相应的设备调试与仪表标定工作，性能正常的才可正式安装。辅助试验完成后，要及时整理试验结果并作为结构试验的原始数据，对试验规划阶段确定的加载制度控制指标进行必要的修正。

2.4.3试验加载测试阶段对试件施加外荷载是整个试验工作的中心环节，参加试验的每个工作人员应各就各位，各尽其职，做好本岗工作，试验期间，一切工作都要按照试验的程序进行。对试验起控制作用的重要数据应随时整理和分析，必要时还应跟踪观察其变化情况，并与事先计算的理论数据进行比较，如有反常现象应立即查明原因，排除故障，否则不得继续加载试验。

试验工程中除认真读数和记录外，必须仔细观察结构的变形，混凝土结构的裂缝出现、走向及宽度，构件的破坏特征等。试件破坏后要绘制破坏特征图，有条件的可拍成录像，作为原始资料保存，以便研究分析时使用。:

2.4.4试验资料整理分析阶段通过试验准备和加载试验阶段，获得了大量数据和有关资料后，一般不能直接回答试验研究所提出的各类问题，必须将数据进行科学的整理、分析和计算，做到去粗取精，去伪存真，最后根据试验数据和资料编写试验报告。

以上各个阶段的工作性质虽有差别，但它们都是相互制约的，各阶段的工作没有明显的界限，制定计划时不能只孤立地考虑某一阶段的工作，必须兼顾各个阶段的特点和要求，做出综合性的决策。

3工程结构试验在工程结构理论发展中的作用

现代科学研究包括理论研究和试验研究，理论的发展需要试验来验证。受弯梁断面的应力分布的研究，经历了由假设—简单试验—理论分析—试验检验的阶段，前后二百多年的时间，说明了试验在理论发展中的作用和地位。

科学的发展都是以技术的突破为转机的。试验验证理论，而理论的发展又将试验推向更高的阶段。结构试验与结构理论的发展是联系紧密，相互促进发展。理论分析的方法虽然给出了结构应力分析的基本方程式，在解决实际问题时，采用解析方法常会遇到计算方面的困难，只能对有限的一些简单问题得出精确解。如几何形状、边界条件、承受荷载复杂的结构，常需要进行一些假设，而假设与实际影响的大小，要通过试验验证。因此，所得结果为近似的，还要用试验证实能否用于实际工程。对于一些三维问题、应力集中和非匀质材料结构，仅靠理论解析方法求解十分困难，有时得不出结果，需要用试验的方法得出计算的公式。

结构试验是研究和发展结构理论的重要手段。从确定结构材料的力学性能到验证梁、板、柱等单个构件的计算方法及至建立复杂结构体系的计算理论，都离不开试验研究。钢筋混凝土结构和砖石结构的计算理论大都是以试验研究的直接结果作为基础的。工程结构都是以各种工程材料为主体构成的不同类型的承重构件相互连接而成的组合体。为满足结构在功能及使用上的要求，必须使得这些结构在规定的使用期内能安全有效地承受外部及内部形成的各种作用。为了进行合理的设计，工程技术人员必须掌握在各种作用下结构的实际工作状态，了解结构构件的承载力、刚度、受力性能以及实际所具有的安全储备。在应力分析工作中，也可以采用实验应力分析方法来解决。特别是计算机技术的发展，它不仅为用数学模型方法进行计算分析创造了条件，同样为结构试验实现自动化提供了有利条件如：实现荷载模拟、数据采集和数据处理，使结构试验技术的发展，产生了根本性的变化。计算机也加强了人们进行结构试验的能力。因此，结构试验仍然是发展结构理论和解决工程设计方法的主要手段之一。在结构工程学科的发展演变过程中结构试验本身成为一门真正的试验科学。

实践是检验真理的唯一标准。科学实践是人们正确认识事物本质的一个源泉，可以帮助人们认识事物的内在规律。在工程结构学科中，人们为了正确认识结构的性能和不断深化这种认识，结构试验也是一种已被实践所证明的行之有效的方法。

参考文献：

[1]王天稳.土木工程结构试验[M].武汉：武汉理工大学出版社.2006.

[2]易伟建，张望喜.建筑结构试验[M].北京.中国建筑工业出版社.2005.

工程结构分析论文篇6

关键词：ANSYS参数化语言 APDL 钢结构 优化设计

中图分类号：TU3 文献标识码：A

1.引言

结构优化设计理论已有近四十年的发展历史,目前在一些重要的结构(如飞机结构)上已经得到了应用,这也引起了土木和建筑工程界人士的广泛关注,寻求建筑结构优化设计的理论、方法一直在紧张有序的进行当中。由于传统的优化方法,例如准则法、数学规划法以及两者的结合(即所谓的混合法)等静态优化方法都是基于代数方程模型的;最优控制理论中的动态规划优化方法是基于微分方程或差分方程模型的。而这些传统数学模型的描述能力和求解方法有相当的局限性,使得最优化理论和方法在实际应用中受到了很大的限制,存在着局部最优解、维数灾难、不确定性等问题,这些困难需要寻求新的优化设计方法,才能得到最终解决。

随着有限元理论的迅猛发展和日趋成熟,特别是计算机技术的广泛应用,基于ANSYS参数化设计语言APDL的结构优化设计越来越体现出它强大的生命力,这无疑给建筑结构的优化设计注入了新的活力。

ANSYS是一种运用广泛的通用有限元分析软件,其有限元分析过程主要包括:建立分析模型并施加边界条件、求解计算和结果分析3个步骤。对于某一有限元模型来说,当分析结果表明需要修改设计时,就必须修改有限元模型的几何尺寸或改变载荷状况,建立新的有限元模型,然后再重复以上分析过程。这种/设计)分析)修改设计)再分析)再修改0的过程,在有限元分析中存在着大量的重复性工作,将直接影响设计的效率。而运用ANSYS提供的参数化设计语言(APDL),通过结构设计参数的调整,则可以自动完成上述循环功能,进行优化设计,从而大大减少修改模型和重新分析所花的时间。

2.结构优化设计的基本理论

2.1结构优化设计概念

假定分析搜索最优设计一般被归纳为结构优化分析过程的流程。而这其中优化分析的核心部分为搜索过程。在包括满足各种给定条件的前提下，是否达到最优是结构优化设计最先对设计方案进行的判断。如果没能达到，但又为了使得预定的最优指标能逐步达到，就需要遵循某一设定的规则进行修改。而以数学规划为基础，进行数学模型建立，并对计算方法进行选择，使得工程结构设计问题转化为数学问题，然后在多种可行性设计中运用计算机选择出相对属于最优设计的方案，这也正是结构优化设计的主要任务。

2.2结构优化设计的数学模型

设计变量、目标函数和约束条件是结构优化设计的主要要素：。其数学模型的一般表达式为

求设计变量

使目标函数

满足约束条件

3.基于APDL的钢结构优化设计

3.1APDL语言简介和使用

APDL是指ANSYS 参数化设计语言，是使得某些功能或建模可以自动完成的脚本语言之一。它提供如参数、宏、标量、向量及矩阵运算、分支、循环、重复以及访问ANSYS 有限元数据库等一般程序语言的功能，同时其可以实现参数交互输入、消息机制、界面驱动和运行应用程序等，因此它也提供简单界面定制功能。为了扩展了传统有限元分析范围以外的能力，它可以根据指定的函数、变量设定程序的输入，同时选它使用户对任何设计和分析属性有控制权，也就是说其为了为用户提供了自动完成繁琐循环的功能而运用了建立智能分析的手段，从而为优化设计运行繁琐的迭代提供了可能和高效率，具体为参数、函数、分支与循环、重复、宏等功能。

3.2优化基本原理

优化方法采用复形法。复形法优化是一个运用较多且较为成熟的非线性数学规划方法，其基本思路来源于无约束优化算法的单纯形法。而无约束优化算法的单纯形法就是复合形法的基本思路的来源。

3.3优化设计流程

为了将有限元法与优化方法结合起来，可以采用基于APDL语言的ANSYS优化设计模块（OPT）来实现。基本流程图如图1所示。

图1ANSYS软件优化设计程序流程图

3.4APDL优化程序关键技术

首先建立钢框架结构参数化有限模型。参数是指APDL中的变量与数组。参数化模型的建立，便于模型的修改，也便于设置优化设计变量。

其次建立钢框架结构优化设计模型。下面是部分优化命令：

/POST1！进入后处理器

*GET,V,SSUM,,ITEM,EVOL！提取结构体积，赋予参数V

……

/OPT！进入优化设计器

OPANL,1.LGW!指定分析文件

OPVAR,W1,DV,.1,.4!定义设计变量

OPVAR,TW1,DV,0.005,0.02

OPVAR,TY1,DV,0.005,0.02

……

OPVAR,MS1,SV,0,225750!定义状态变量

OPVAR,SS1,SV,0,125000

……

OPVAR,V,OBJ,,,.01!定义目标函数

OPKEEP,ON!要求保留最优设计序列时的数据库和结果文件

OPTYPE,SUBP!使用零阶方法

OPFRST,40!最大40次迭代

OPEXE!运行优化

4.优化设计实例分析

本文以单跨单层钢框架结构厂房为例，跨度为 12m，层高为4.5m，框架梁、柱均采用焊接H 型钢截面且翼缘采用焰切边，材质均为Q235 钢。为简便起见，取恒荷载为0.5kN/m2，活荷载为2.0kN/m2。通过APDL 优化程序，得出用钢量约为18.2kg/m2。优化前后的结果对比分析见表1。

表1 优化前后结果分析

5.结语

本文首先论述了进行钢框架结构优化研究的意义，介绍了优化算法（复形法）和ANSYS 中的APDL语言。并通过与实际工程相结合，并分别采用复形法和有限元软件ANSYS优化模块，同时以最低化用为优化的目的，使一平面钢结构的梁柱截面尺寸得到优化并进行相应的分析。通过理论分析与结果的分析比较，证实了该优化方法是可行的，不仅能明显降低工程造价，促进钢结构的普及和推广。而由设计实例可知，基于ANSYS 的二次开发语言APDL 语言建立的钢结构优化设计模块操作方便，优化程序可自定义优化过程和控制性变量，适应了不同的结构类型和荷载组合，具有很强的灵活性。本文的优化设计思想，可以推广到其它结构形式，可对其它类型结构优化起到借鉴作用。

参考文献：

[1] 王富强,芮执元,魏兴春.基于APDL语言的结构优化设计[J]. 科学技术与工程. 2006(21)

[2] 赵霞,邰英楼.基于ANSYS的结构设计优化[J]. 辽宁工程技术大学学报. 2006(S2)

[3] 陈珂,张茂.基于ANSYS的参数化设计与分析方法[J]. 机械工程师. 2007(01)

[4] 王学文,杨兆建,段雷.ANSYS优化设计若干问题探讨[J]. 塑性工程学报. 2007(06)

工程结构分析论文篇7

关键词：结构动力学；比较研究；课程建设；研究生

一、引言

《结构动力学》是土木工程专业研究生培养阶段的重要课程，是结构抗震分析、结构抗风分析、结构抗爆分析、结构振动控制、结构健康监测等课程学习与课题研究的基础。随着大跨桥梁、高耸楼宇等柔性结构的大规模建设，工业界对土木工程专业技术人员在工程结构振动方面的理论认识和工程直觉的要求越来越高，《结构动力学》课程在土木工程专业学生培养中的重要性也愈发突出。特别是在国家和社会日益强调创新性人才培养的今天，如何通过课程教学帮助学生们从本质上理解工程问题、从而创新地解决工程问题成为工程学各专业高等教师面临的巨大挑战。

本研究调研了若干国际顶级研究型大学土木工程专业修课型硕士生、科研型硕士生、博士生培养计划和《结构动力学》课程教学计划，希望通过对比研究对我国土木工程专业相关课程的教学改革提供有意义的参考。

二、样本选定与资料搜集

本研究采用网络调查的方式调研了六所国际著名研究型大学的土木工程专业。这六所高校根据2011年QS世界大学排行榜土木工程专业榜单选定，包括：排名第一的美国麻省理工学院（MIT）、排名第二的美国加州斯坦福大学（SU）、排名第三的英国剑桥大学（UCAM）、排名第七的新加坡国立大学（NUS）、排名第八的日本东京大学（TU）、排名第十的瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH））。这六所高校均为土木工程专业排名世界前十的高校，同时兼顾了区域和国家的分布（北美、欧洲、亚洲区各两所），以期最好地代表不同文化背景下相关课程的教学。调查过程中主要注意搜集了以下四方面的资料，包括：（1）相关院校土木工程专业结构工程方向修课型硕士生、科研型硕士生、博士生的培养方案；（2）相关院校课程体系列表与介绍；（3）《结构动力学》相关课程的教学大纲、教学计划、教学资料；（4）《结构动力学》相关课程教师的教学情况介绍等。

三、比较分析

基于搜集到的相关原始资料，本研究在以下六方面进行了比较分析，包括：修课要求、课程序列、教学内容、教学方式、考核方法、教学资料等。

课程修课要求比较表明（如表1所示）：对于修课型或工程型硕士生培养，MIT和SU规定《结构动力学》课程为核心必修课程，其他四所学校则规定《结构动力学》相关课程为结构工程方向研究生的限定选修课程；对于研究型硕士或博士培养，六所学校均给予研究生较大空间确定自身修习范围并建议学生根据自身的学术兴趣和导师意见选修课程列表中出现的不同深度的《结构动力学》课程。

注：C—必修课程；R—限定选修课程；S—建议选修课程；A—任意选修课程。

《结构动力学》课程序列比较表明：由于本科阶段各校均会以不同课程讲授结构动力学理论基础知识，因此在研究生阶段，各校围绕《结构动力学》的教学主要在于开设以介绍土木结构振动现象及相应的结构动力学工程应用为主的进阶课程（如MIT、SU、UCAM、ETH、NUS、UT）以及以介绍结构动力学中复杂物理问题及理论模拟与分析方法（如MIT、UCAM与ETH等的非线性振动、SU与UCAM等的随机振动等）为主的高级课程。进阶课程通常供修课型硕士生学习，也可供本科高年级学生、科研型硕、博士研究生选修。高级课程则通常面向科研型研究生不定期开课。

课程教学内容比较表明（如表2所示）：为了保证课程的完备，不论基础课程中有无覆盖，进阶课程中结构动力学的基本理论知识通常都会加以介绍，同时以结构在各种动力荷载下的结构振动现象模拟和响应分析方法作为重点。这些动力荷载引起的振动现象包括：结构机（车）荷载振动模拟与响应分析（如SU、UCAM、ETH），结构人致振动模拟与响应分析（如ETH），结构地震振动模拟与响应分析（如SU、UCAM、ETH、NUS、UT），结构风致振动模拟与响应分析（如UCAM、ETH、NUS、UT），结构爆炸冲击振动模拟与响应分析（如UCAM、ETH、NUS）等。同时，作为面向工程应用的进阶课程，结构减灾设计方法、结构抑振理论方法及技术、结构动力测试原理与技术也是各校课程中会讲授的内容。另外，UCAM和ETH还介绍了结构动力灾变分析中经常需要采用的非弹性动力响应分析方法。

课程教学方式比较表明：虽然课堂讲授基础理论知识是最主要的教学方式，但在进阶课程中，教师们更多地运用了实践活动的教学方式。这些活动包括工程课程设计与分析（如UCAM、UT）、实验室参观与实验演示（如MIT、ETH）、电算辅导（如UCAM）等。这些活动的引入加深了学生对工程现象及工程活动的理解、强化了对学生运用课堂知识解决实际工程设计、咨询课题能力的培养。

课程考核方式比较表明：虽然包含有标准答案的封闭问题的笔试仍然是一种最主要的考核手段，但面向开放或半开放工程顾问或研究课题的项目报告成为各校进阶课程考核的重要内容（如MIT、UCAM、UT）。应该说，这是与研究生进阶课程的教学目标和教学内容相适应的。在学生掌握了基本理论知识后，在课堂上引入具有一定开放度的工程课题，不但给学生提供了活学活用基本理论知识的空间、有利于学生加深理论认识，而且给学生面向实际凝练问题、分析问题、解决问题的训练，有利于学生提高工程思维和创新能力。这些训练对于学生不论是将来从事工程设计顾问的工作还是工程理论研究的工作都是十分重要的。

课程教学资料使用情况比较表明：对于面向高年级本科生和研究生的进阶课程来说，讲义和指定的教科书虽然仍然为主要的教学资料，但教学参考书和参考论文的数量明显增加（如MIT、UCAM、ETH）。这对于已经建立了基本概念又学有余力而且对相关课题感兴趣的学生来说，是一种很好的补充。

四、结论

本文调研了国际顶级研究型高校土木工程专业各层次培养中的《结构动力学》相关课程的修课要求、课程序列、教学内容、教学方式、考核方法、教学资料等内容，得出如下结论：

1.《结构动力学》相关课程的教学是研究型高校土木工程专业研究生培养的重要组成部分，通常包括以介绍土木结构实际振动现象及相应的结构动力学工程应用为主的进阶课程，并配以介绍结构动力学中不同复杂物理问题及理论模拟与分析方法为主的高级课程。

2.进阶课程的教学内容在介绍基础理论的同时，通常会引入对土木结构在不同动力荷载（如地震、强风、爆炸、机床、车辆、人群）下的动力建模、动力行为特征和分析方法的讲授，并介绍相关的测试及抑振方法。

3.课程的教学方式在注重课堂讲授的同时通常会引入工程课程设计与分析、实验室参观与实验演示、电算辅导等实践活动内容。考核方法中则会将工程课题分析研究项目报告作为笔试考核的重要补充。课程资料除讲义和教科书以外，通常教师会提供较多的教学参考书和参考论文，帮助学生根据自身兴趣和能力拓宽自身视野和研修范围。

参考文献：

[1]李国豪.工程结构抗震动力学[M].上海：上海科学技术出版社，1980.

[2]R.克拉夫，J.彭津.结构动力学（第二版）[M].王光远，等，译校.北京：高等教育出版社，2006.

[3]http：///university-rankings/world-university-rankings/2011/subject-rankings/technology/civil-engine

ering.

[4]http：//cee.mit.edu/postgraduate.

工程结构分析论文篇8

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关键词：土木工程大类专业；结构力学；教学内容；教学方法

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中图分类号：TU311；G6420 文献标志码：A 文章编号：1005-2909(2012)04-0062-04

1998年10月教育部颁布了《普通高等学校本科专业目录》，将原土木建筑类的8个专业(建筑工程专业、交通土建工程专业、城镇建设专业(部分)、矿山建设专业、工业设备安装工程专业、涉外建筑工程专业、饭店工程专业、土木工程专业)合并为土木工程专业。土木工程学科由20世纪50年代较窄的专业模式转变为如今的“大土木”模式，现今的“大土木”范畴并不是以前土木工程相关专业的简单归并与重复，而是更高意义上的整合和扩展，文章称之为“土木工程大类专业”。同时，伴随着中国经济的快速发展与市场化程度日益深化，土木工程类企业参与国际市场的机遇与挑战并存，对土木工程大类专业人才的培养质量提出了更高的要求。土木工程大类专业人才培养一直以来存在“专”与“通”的矛盾，即专业技术应用型人才和复合型人才培养的矛盾［1］。

目前，相关教育管理部门、各高校及学者基本形成共识：土木工程大类专业人才的培养应“强基础、宽口径、多方向”。其中，“强基础”是“宽口径、多方向”的前提，国内开设土木工程大类专业的高校学制4年的总学时一般控制在2 500学时左右,公共平台课（含公共基础课、专业基础课及人文社科选修课）占教学计划总学时的80%，约2 000学时，基础课和专业基础课的学时较为充裕，能较好地满足土木工程大类专业复合型人才“强基础”的培养要求。国外土木工程大类专业特别注重力学类课程的学习，如：密歇根州立大学力学类课程为17学分，占总学分(128学分)的13%；佛罗里达大学力学类课程26学分，占总学分(131学分)的20%；威斯康星麦迪逊大学力学类课程24学分，占总学分(125学分)的19%；南加利福尼亚大学力学类课程21学分，占总学分(135学分)的16%。力学类课程在总学分中所占的比重高是“强基础”的充分体现［2］。需要强调的是：基础课根据培养目标要求,重在让学生掌握必要的基础理论。基础教学不仅应从专业教育的需要来考虑，还应着眼于学生今后的发展，为“宽专业”的培养目标打下坚实的基础。

结构力学是固体力学的一个分支，主要研究工程结构受力和传力的规律、工程结构的优化等内容。结构力学任务是：研究工程结构在外载荷作用下的应力、应变和位移等规律；分析不同形式和不同材料的工程结构，为工程设计提供分析方法和计算公式；确定工程结构承受和传递外力的能力；研究和发展新型工程结构。作为土木工程大类专业承接专业基础课和专业课的重要课程，结构力学课程历来受到各高校、教学管理部门及专业协会、学会的重视。中国土木工程学会教育工作委员会江苏分会于2011年组织举办了江苏省高校首届土木工程青年教师讲课竞赛，结构力学作为四门竞赛课程之一，江苏省大部分土木工程类院校都安排青年教师参加，是参赛人数最多的课程，充分体现了结构力学课程的重要性。随着科学的发展和技术的进步,以及力学解题方法的增加和计算机的普及,结构力学涉及的内容越来越多。同时,由于中国高校本科专业的调整、压缩,相关课程学时的减少，如何在有限的学时内把结构力学教好,以及如何合理调整教学内容、改进教学方法以适应形势的发展和现实的需要,就显得尤为重要。但目前在“大土木”背景下有关结构力学的教学探讨还不够充分，文章从结构力学的学科体系出发，从课程内容设置、教学方法几个方面探讨了“大土木”背景下结构力学课程的教学工作。

一、结构力学的学科体系

结构力学根据研究性质和对象的不同分为结构静力学，结构动力学，结构稳定理论，结构断裂、疲劳理论，杆系结构理论，薄壁结构理论和整体结构理论等。

结构静力学主要研究工程结构在静载荷作用下的弹塑性变形和应力状态以及结构优化问题，是结构力学其他分支学科的基础。结构动力学是研究工程结构在动载荷作用下的响应和性能的分支学科，由于涉及时间因素，结构动力学的研究内容一般比结构静力学复杂。结构稳定理论是研究工程结构稳定性的分支，主要研究细杆、薄板和薄壳在受压时应力小于屈服极限的情况下发生失稳(皱损或曲屈)的问题。结构断裂和疲劳理论是研究因工程结构内部裂纹在外载荷作用下扩展引起断裂破坏，或在幅值较小的交变载荷作用下引起疲劳破坏的学科。另外在对各种工程结构的理论和实验研究中，针对研究对象的维度差别还形成了杆系结构理论、薄壁结构理论和整体结构理论三类。随着科学技术的不断进展，又涌现出夹层结构和复合材料结构［3］。

结构力学是一门古老且如今发展迅速的学科，新型工程材料和新型工程结构的大量涌现为结构力学提供了新的研究内容并提出了新的要求。同时，计算机技术的发展为结构力学提供了有力的计算工具。结构力学对数学及其他学科的发展起到了很好的推动作用，如有限元法这一数学方法的出现和发展就与结构力学的研究有密切关系。

工程结构分析论文篇9

关键词：工程管理理论 解析 体系 构建

中图分类号：F284 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2015）10-0155-01

随着工程建设的不断发展，工程管理也越来越受到重视，对工程管理理论体系思维相关研究也在进一步深入，工程管理的独立学科地位也开始得到认同。 因此，本文就构建独立的工程管理理论体系，对工程管理理论做出了相关解析。

一、解析工程管理理论体系

工程管理理论体系有着不同于其他工程体系的特点，其特点一般表现在以下几个方面：

1.该体系面向对象是工程技术

工程管理理论体系是工程技术等方面的管理来研究的，在这个研究里，首先要解决的一个问题就是工程技术等方面管理的规范性。由于工程这个行业的特殊性，工程技术的成熟性与规范性都是由工程管理理论来做出指导和规范的，因此，工程管理理论体系的专业性和基础性知识与工程行业特点相辅相成，成为工程管理理论体系的一个重要特点。

2.工程管理学发展理论与应用相互进行

我们在解析工程管理理论体系与方法时，首要考虑的是如何通过对理论的解析而缩短工程时间，提高工程质量以及降低工程成本和费用。工程理论体系在一定程度上就是一种前人留下的经验，而我们在应用的时候就要从理论和实践相互进行中总结经验，发现问题、分析问题、处理问题、解决问题，这样才能在原来的工程管理理论体系的基础上总结出更适合我国工程发展和进步的新的工程管理理论体系，从而使得工程管理理论体系更加丰富和完整，推动我国的工程事业更上一层楼。所以说，我国的工程管理学发展理论与应用相互进行。

3.工程管理体系和项目管理既相互作用又有本质区别

在实际应用中，项目管理正在随着工程管理的发展而发展，但说到底，工程管理体系和项目管理虽然相互作用，两者之间却有着本质的不同――两者的管理对象不一样。工程管理是在工程环境中对整个工程进行全方面的指导与规范，而项目管理则是在整个工程中有特定的目标，对这个目标在指定的范围内进行指导和规划，项目管理不需要有特定的工程环境的，对工程技术也不一定会有所涉及。

二、工程管理体系的科学构建

1.研究工程管理理论体系的必要性

工程管理是一种里程碑式的存在，但是这并不代表工程管理体系的科学性，因为我国很久以来，工程管理都只是按照传统管理的形式存在，随着我国经济快速发展，大规模工程也越来越常见，工程界和理论界都在期待着工程管理的创新。因此，工程界和理论界开始对工程管理展开积极地探索和研究，通过不断努力，新的工程理论体系产生了多种符合我国国情发展的管理理念、模式、方法、手段以及管理平台等理论。目前看来，工程管理理论体系在我国工程中应用还比较多，但是仍然还是一个比较不完整的理论体系。可以明确的一点就是，我国工程管理理论体系特色鲜明，做到了西方工程中所不具有的理论与实际相互结合、相互进行。在一定程度上，工程实践的推动也较好地实现了工程管理理论体系逐步走向成熟和完整。[1]

2.研究过往历史归纳工程管理发展规律

对工程管理在每个历史阶段的不同特点和经验进行研究，并对每个阶段的工程管理每个状态都进行研究，我们不难发现，工程管理体系的根本就是总结工程管理理论在工程实践中的应用的某些规律，这才是构建工程管理体系的历史法的本质，工程管理体系的发展就是其在工程实践中的不断应用及对其成果的总结。

3.使用逻辑方法与实践相互结合

逻辑思维是指在进行或发展某一件事之前就有了推断和应用的某些推理的能力。逻辑思维能够充分地利用大脑考虑工程实践中的各个方面包括所预料到的问题，使用逻辑方法与实践相互结合，构建科学合理的工程管理体系才能保证在工程的进行中时刻为工程的安全保驾护航、保证工程的质量、提高工程效率。工程管理体系是总结历史每一个阶段的状态、从简单到复杂一点一点积累起来的，因此，工程管理体系是依靠不断积累，不断吸取经验而构建起来的。在日常工作中，不断参考成功的方案、总结经验和教训才能不断完善工程管理理论体系，才能使工程管理理论体系实现可持续性发展。[2]

4.针对工程管理体系某些问题的具体分析

工程管理体系存在在我国每个不同的行业里，但在这些行业里的工程管理理论都有一个显著地特点就是工程管理理论与实践是分开而不是共同进行的。一方面是因为我国想要使经济取得快速发展，倡导实践先行；另一方面就是人们还不重视理论的指导作用和规范作用。因此很多行业都存在在工程管理理论的重大错误。在工程管理体系中建构理论体系是相当重要的，因为理论就是一种经验、一种教训的总结，各种经验和教训会让不管是哪一行业都能直面缺点和不足，当我们能够研究行业里存在的问题时，意味着我们正在进步、正在发展。

5.工程管理体系的构建需要结合相应的环境

环境是影响工程管理体系构建的一个最重要的外部因素，因此，构建工程管理体系一定要结合相应的环境。工程管理体系的外部环境在一定程度上决定了工程管理体系构建的基础性因素，只有把握好工程管理体系的外部环境，科学分析其对外部环境的适应性，对外部环境所影响的一系列问题及时进行解决，才能够真正做到合理有效构建工程管理体系，才能对工程管理体系的构建起到积极作用。[3]

综上所述，工程管理理论对我国各行各业的发展存在着极为重要的导向作用和规范作用，同时其对我国经济发展的重要性也不言而喻。而工程管理体系的构建和逐渐完善更是对维护我国经济可持续性发展和稳定起着不可替代的作用，因此，构建科学合理的工程管理体系最关键的一步就是在科学的理论上实践。随着工程建设的发展，工程管理也越来越受到重视，工程管理体系在工程建设中的价值也正在一点一点地体现出来，未来，工程管理体系一定会受到各行各业的承认。

参考文献

[1]何继善，王孟钧，王青娥.工程管理理论解析与体系构建[J]. 科技进步与对策，2009，21：1-4.

工程结构分析论文篇10

中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号：

引言

聊城葫芦岛作为聊城的一个旅游休闲景点，是市政府大力投资开发的重点项目，为了突出葫芦岛的葫芦特色，增强吸引力，更为了表达人们对美好生活的向往，开发商认为“葫芦”的谐音为“福禄”，寓意着富贵吉祥，因此要求在葫芦岛上建立一个葫芦塔，该塔的外型要求必须是葫芦型，外观上有99个大小不同的葫芦组成，以表达对美好生活的向往和寄托，该葫芦外观如图1所示。

图1 葫芦塔外造型

1 结构方案的确定

根据葫芦的外观，初步确定采用钢框架支撑体系，采用内圈五根柱，外圈五根柱，结构平面和立面如图2所示。其中内圈柱为直柱，外圈为弧柱[1-3]，作为内圈柱的支撑，为了增强内圈柱的抗侧刚度，使内圈柱内的旋转楼梯间隔一定的高度与内圈柱通过槽钢相连接。考虑到弧形柱和梁不容易加工和制作，因此梁柱截面均采用工字型，这样翼缘可以采用钢板切割制作。

初步确定柱的截面尺寸为：，梁截面：。

2 CAD三维建模

由于该模型用PKPM不能建模计算，而SAP2000、ETABS、MIDAS等均不容易建模，因此采用CAD进行三维建模，然后将模型导入到MIDAS中，进行构件的布置和截面的指定，然后加荷，指定边界条件，进行计算分析，最后进行结构设计和优化。CAD三维模型和导入MIDAS中的模型如图3所示。

图2 结构方案立面和平面图

(a) CAD三维模型(b)MIDAS三维模型

图3 三维模型

3 计算分析

荷载主要考虑恒荷载、活荷载、风荷载和地震作用，对楼面荷载布置采用MIDAS中的多边形面积的布置方式，其中楼面恒载按1.0（结构自重采用MIDAS自动统计的方法施加），活荷载采用2.5，将荷载施加到结构上后，对模型进行分析，其中梁柱节点均采用刚接，在恒载和活载组合下得出的梁的My结果如图4所示，最大内力在弧梁支座处，最大内力为：3.1可以得出，内力不是很大，初选截面有一定的富裕，结构z向位移如图5所示。最大位移在外圈弧梁的跨中处，最大值为：0.829mm，满足规范[4]要求。由于曲梁的受力比较分析，目前工程应用比较少，而理论研究并未在工程中应用，有兴趣的读者可参考文献[1]的研究成果，本文根据实际工程对该工程中的曲梁进行了局部有限元分析，分析中分考虑和不考虑加劲肋的作用，分析结果表明加劲肋对曲梁跨中位移影响不明显，而对曲梁内力分布影响明显，在不考虑加劲肋作用时，曲梁腹板和翼缘均存在局部应力集中现象，而在考虑加劲肋作用时，曲梁腹板不存在局部应力集中的现象，只在翼缘处存在较小的应力集中现象，分析结果如图6和图7所示。分析结果表明加劲肋能提高曲梁的整体稳定性，避免曲梁局部失稳现象的发生。

图4 梁柱My图图5 梁柱在恒活载组合下的z向位移

图6 不考虑加劲肋作用时M22方向的力

图7 考虑加劲肋作用时M22方向的力

4 结构优化设计

采用MIDAS自带的钢结构优化设计功能对梁柱截面进行优化设计，优化设计采用迭代方式进行，初步设定优化5次，进行优化后的梁柱截面为：。在实际设计中考虑到结构应有一定的安全储备，对梁柱截面均进行了适当加大。

5 节点设计

梁柱节点均采用刚接节点，根据MIDAS的计算结果，利用PKPM工具箱进行节点设计，其主要节点设计如图8所示：

（a）节点1 （b）节点2

图8 主要节点

6结论

本文主要论述了福禄葫芦塔设计的关键环节，从中可以得出如下结论：

结合建筑造型和工程需要，建立确定合理的结构方案。

对于复杂结构模型可以采用接力的方式建模即初步模型由CAD建模，然后导入通用计算程序中进行局部修改，最终建立起合理的结构模型。

本文对曲梁的整体受力进行了局部有限元分析，结果表明加紧肋能起到使曲梁避免应力集中，避免局部失稳现象的发生，且能起到提高曲梁整体稳定性的作用。

对通用程序的计算结果进行合理的利用。

参考文献

1童根树，许强 薄壁曲梁线性和非线性分析理论 科学出版社 2004

2Timoshenko S P,Gere J M. Theory of Elastic Stability.New York:McGraw-Hill CO Inc,1961.