带裂缝结构的动力特性分析

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对于钢筋混凝土结构来说,局部的不连续的裂纹的存在都是不可避免的,随着交变应力的作用和时间的增长,这种缺陷裂纹将会不断的扩展直至结构断裂。目前,关于带裂纹结构的动力特性的分析大部分限于线性范围内,故其模型和结论均具有不同程度的局限性。在动力荷载作用下,裂缝面可能发生碰撞,使得带裂缝结构的动力特性分析具有明显的非线性特征,且动力分析是桥梁损伤检测的理论基础,故对结构进行几何非线性动力特性分析是非常合理和必要性的。本文是以标准悬臂梁为例,提出了一种新的计算结构固有频率的方法,进而对多裂纹结构进行了几何非线性分析。通过将裂缝面模拟成三维无厚度的Goodman单元,利用ANSYS有限元分析中的瞬态动力分析进行反算得出结构的固有频率,并定义了共振域和共振幅值的概念以体现裂缝面碰撞对结构动力特性的影响。探讨了在简谐波作用下裂纹结构的动力特性特点和变化规律,找出主控裂缝,为桥梁检测提供了一种有效途径。(1)采用折减模量和直接建立裂缝两种模型对带有裂纹梁结构的几何非线性动力特性进行研究,讨论结构的一阶自振频率随不同的裂纹位置和深度的变化规律,并与实验值进行对比分析,从而得到这两种方法均具有一定的局限性。(2)采用接触面模拟裂缝模型对带裂纹梁结构的动力特性进行分析,结果表明,与实验值较吻合,故本文所提方法是合理的。(3)运用本文所提方法分别对单裂缝、双裂缝、三裂缝结构进行几何非线性分析,得到了不同深度和位置对结构固有频率的影响。并通过共振域的变化量化了裂缝面碰撞对结构动力特性的影响。(4)通过瞬态动力分析得到了多裂纹结构的位移时程曲线,结果表明:结构存在关键部位,且多裂缝情况下,存在主控裂缝,继续开裂的首先是主控裂缝。
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