非圆弧深拱稳定承载力的随机性研究
批准号:
51568020
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
40.0 万元
负责人:
胡常福
依托单位:
学科分类:
工程材料
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘旭政、杜任远、李锦华、俞坚扬、程坤
中文摘要
受参数随机性的影响,拱结构的稳定承载力也具有随机性。蒙特卡洛方法是承载力随机分析的可靠方法,但计算量巨大,选取合适的数学模型替代耗时的稳定承载力有限元模型,是降低计算成本的关键。解析解是最优的替代模型,但拱结构稳定解析解研究主要集中于圆弧拱与抛物线浅拱,而拱桥中常用的抛物线、悬链线等非圆弧深拱的研究未见报道,该问题是稳定理论由裸拱向拱桥发展的瓶颈。本项目以非圆弧深拱为研究对象,提出屈曲实用解析解的近似曲线积分法、极限承载力实用表达式的特殊响应面法,将得到的实用公式用以替代有限元模型并进行随机分析;提出统计特征参数响应面法,回归承载力的均值方差表达式;最后,通过稳定承载力随机性的模型试验,来验证理论研究的成果。通过本项目的研究,能得到非圆弧深拱稳定承载力的近似解、均值方差的实用公式,研究成果可用于实际拱桥承载力评估,所用方法可推广至一般裸拱和拱桥稳定分析,具有较大的理论意义与工程实用价值。
英文摘要
Because it has stochasticity in arch structure parameters, its buckling and ultimate load carrying capacity also has some randomness. The reliable method of stochastic analysis was Monte Carlo simulation method, but it need high calculation cost, so, using appropriate mathematical model to replace the time-consuming finite element model became the key technology. The best mathematical model was analytical solution, but only circular and parabolic shallow arch analytical solution was researched, non-circular deep arch fruits was not published until now, though it was most used in arch bridge and a bottleneck problems from arch structure to arch bridge stability theory. It takes non-circular deep arch as research object in this project, and proposes an approximate curve integration method for practical buckling analytical solution, a special response surface method for load carrying capacity practical expression; These practical expressions will replace finite element model in stochastic analysis, and a basic statistical characteristic response surface method will proposed for mean and variance practical expression regression; In the end, a non-circular deep arch stochastic model test will be done for verify theoretical stochastic analysis fruits. Through this project, it can obtain buckling and ultimate load carrying capacity approximate expression, mean and variance practical expression in non-circular deep arch, the research fruits can be applied to actual arch bridge load carrying capacity assessment, the research methods can be used in normal arch structure and arch bridge stability analysis, in this mean, the project has both significant theoretical value and engineering application value.
拱结构是重要的桥梁工程结构类型,其稳定承载力深受随机性的影响。在稳定承载力的随机性分析中,近似解析有着较大的优势。然而,拱结构非线性稳定的解析工作,主要集中在圆弧拱与矢跨比小于1/12.5的抛物线浅拱,与桥梁实际工程中常用的拱结构有着较大的区别。为此,本项目以抛物线、悬链线等非圆弧深拱为研究对象,着重解决其随机性分析中的近似解析与特殊响应面替代模型问题,主要研究工作与成果有:(1)提出了适合笛卡尔直角坐标系下非圆弧深拱的非线性应变表达式及近似曲线积分方法,因此具有普适性进而基于此推演得到了抛物线深拱非线性稳定近似解析、多种荷载作用下深拱非线性稳定近似解析、任意孔连拱非线性稳定近似解析;(2)提出高阶多项式响应面的项数调整方法,并基于此得到了钢管混凝土抛物线拱极限承载力的实用表达式;(3)提出以参数均值与方差作为输入的统计特征参数响应面,并在此基础上得到了抛物线拱承载力不确定性的均值与方差的实用表达式;(4)开展抛物线拱非线性稳定承载力的模型试验,验证了理论研究的成果。通过上述研究,本项目系统的提出了非圆弧深拱稳定承载力随机性研究的理论方法,其中在非圆弧非线性应变位移表达式、连拱结构非线性稳定理论、多种荷载作用下拱结构的非线性稳定等方面,在国际上具有先进性。项目研究的成果,均为数学和力学基本方法,具有很好的普适性,可以应用至所有笛卡尔直角坐标系下非圆弧深拱稳定承载力的研究,为国家和社会发展创造了良好的社会经济效益。
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DOI:
10.1016/j.engstruct.2019.04.013
发表时间:
2019-07
期刊:
Engineering Structures
影响因子:
5.5
作者:
[Chang-Fu Hu;Yan Huang]
通讯作者:
Chang-Fu Hu;Yan Huang
An interploating element-free Galerkin scaled boundary method applied to structural dynamics analysis
应用于结构动力学分析的插值无单元伽辽金标度边界法
DOI:
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发表时间:
2019
期刊:
Applied Mathmeatical Modelling
影响因子:
--
作者:
[Shenshen Chen, Wei Wang, Xiushao Zhao]
通讯作者:
Xiushao Zhao
DOI:
--
发表时间:
2018
期刊:
Thin-Walled Structures
影响因子:
6.4
作者:
[Chang-Fu Hu, Yong-Lin Pi, Wei Gao, Li Li]
通讯作者:
Li Li
DOI:
--
发表时间:
2018
期刊:
中南大学学报(自然科学版)
影响因子:
--
作者:
[胡常福, 何兵兵, 石萃佳, 任伟新]
通讯作者:
任伟新
DOI:
10.16749/j.cnki.jecjtu.2018.02.007
发表时间:
2018
期刊:
华东交通大学学报
影响因子:
--
作者:
[胡常福, 廖妙星]
通讯作者:
廖妙星
超级高铁真空管道桥梁温度—气压—荷载耦合非线性失效理论及防治技术研究
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批准号:52568023
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:34.00万元
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批准年份:2025
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负责人:胡常福
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依托单位:
微缺陷微损伤连拱结构非线性行为研究
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批准号:52168017
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:34万元
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批准年份:2021
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负责人:胡常福
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依托单位:
国内基金
海外基金