水工鋼閘門結(jié)構(gòu)非線性分析理論與方法

目錄
前言
第1章　緒論　1　
1.1　研究背景　1　
1.2　水工鋼閘門的結(jié)構(gòu)特征、應(yīng)用與發(fā)展　2　
1.2.1　水工鋼閘門的結(jié)構(gòu)特征及應(yīng)用　2　
1.2.2　水工鋼閘門的發(fā)展　4　
1.3　水工鋼閘門的研究進展　6　
1.4　水工鋼閘門的發(fā)展趨勢　17　
1.5　本章小結(jié)　18
參考文獻　18　
第2章　水工鋼閘門結(jié)構(gòu)選型及合理布置　22　
2.1　概述　22　
2.2　水工鋼閘門的分類　22　
2.3　典型水工鋼閘門適用性評價　27　
2.4　水工鋼閘門結(jié)構(gòu)選型　35　
2.5　水工鋼閘門設(shè)計規(guī)范的結(jié)構(gòu)布置方法　37　
2.5.1　結(jié)構(gòu)布置構(gòu)造要求　37　
2.5.2　平面鋼閘門結(jié)構(gòu)布置方法　40　
2.5.3　水工弧形鋼閘門結(jié)構(gòu)布置方法　43　
2.6　水工弧形鋼閘門結(jié)構(gòu)合理布置　46　
2.6.1　水工弧形鋼閘門結(jié)構(gòu)布置研究現(xiàn)狀　46　
2.6.2　橫向主梁合理懸臂端長度分析　48　
2.6.3　表孔閘門縱向主梁及二支臂合理布置　49　
2.6.4　潛孔閘門縱向主梁及二支臂合理布置　51　
2.6.5　三支臂表孔水工弧形鋼閘門合理布置　55　
2.6.6　主梁合理懸臂端長度適用性論證　56　
2.7　本章小結(jié)　57
參考文獻　57　
第3章　水工鋼閘門結(jié)構(gòu)有限元分析　59　
3.1　概述　59　
3.2　基本理論與方法　60　
3.2.1　彈性力學(xué)基本理論　60　
3.2.2　有限元法的基本方法　64　
3.3　水工弧形鋼閘門結(jié)構(gòu)有限元分析　82　
3.3.1　結(jié)構(gòu)有限元分析前后處理　82　
3.3.2　水工弧形鋼閘門結(jié)構(gòu)有限元分析案例　84　
3.4　水工鋼閘門閘壩一體化有限元分析　92　
3.4.1　有限元模型　92　
3.4.2　計算條件及參數(shù)　94　
3.4.3　有限元結(jié)果與分析　94　
3.5　水工鋼閘門P型止水非線性有限元分析　97　
3.5.1　P型止水的非線性分析內(nèi)容　97　
3.5.2　力學(xué)模型簡化　98　
3.6　本章小結(jié)　100
參考文獻　101　
第4章　水工鋼閘門面板彈塑性分析　102　
4.1　概述　102　
4.2　水工鋼閘門面板與主梁協(xié)同工作機制　102　
4.2.1　面板與主梁協(xié)同工作的試驗　102　
4.2.2　面板參與主梁整體工作機制　106　
4.3　彈性薄板小撓度理論　110　
4.4　彈性薄板大撓度理論　119　
4.5　薄板的塑性極限分析　123　
4.6　基于小撓度理論的面板彈塑性極限荷載　126　
4.6.1　薄板彈性極限荷載　126　
4.6.2　薄板塑性極限荷載　128　
4.7　基于大撓度理論的面板彈塑性極限荷載　129　
4.7.1　大撓度理論面板彈性極限荷載　129　
4.7.2　大撓度理論面板塑性極限荷載　130　
4.8　水工鋼閘門面板彈塑性調(diào)整系數(shù)　133　
4.8.1　基于非線性理論確定面板彈塑性調(diào)整系數(shù)　133　
4.8.2　基于現(xiàn)行規(guī)范屈服狀態(tài)的面板彈塑性調(diào)整系數(shù)　135　
4.9　水工鋼閘門面板厚度計算方法探討　140　
4.10　本章小結(jié)　141
參考文獻　142　
第5章　高水頭水工鋼閘門主梁非線性分析　143　
5.1　概述　143　
5.2　細長梁理論　144　
5.2.1　純彎曲時梁橫截面上的正應(yīng)力分析　144　
5.2.2　梁的位移分析　148　
5.3　基于鐵摩辛柯梁理論的水工鋼閘門主梁應(yīng)力及變形計算　150　
5.3.1　鐵摩辛柯梁理論　150　
5.3.2　工字形組合梁橫力彎曲微分方程　153　
5.3.3　深孔水工平面鋼閘門簡支主梁橫力彎曲正應(yīng)力及撓度計算　155　
5.3.4　深孔水工弧形鋼閘門雙懸臂主梁橫力彎曲正應(yīng)力及撓度計算　157　
5.3.5　應(yīng)用實例　160　
5.4　基于彈性力學(xué)理論的水工鋼閘門主梁應(yīng)力及變形計算　161　
5.4.1　矩形梁的純彎曲　161　
5.4.2　矩形梁的橫力彎曲　163　
5.4.3　均布荷載作用下主梁的應(yīng)力與變形　167　
5.4.4　集中荷載作用下主梁的應(yīng)力　172　
5.5　考慮全截面剪滯的水工鋼閘門主梁應(yīng)力計算　179　
5.5.1　彎曲正應(yīng)力解析計算方法　180　
5.5.2　主梁非線性分析與傳統(tǒng)分析方法的對比　182　
5.6　本章小結(jié)　184
參考文獻　185　
第6章　水工弧形鋼閘門主框架靜力穩(wěn)定性分析　187　
6.1　概述　187　
6.2　水工弧形鋼閘門主框架的靜力穩(wěn)定性　188　
6.2.1　靜力穩(wěn)定性分析理論　188　
6.2.2　計算假定及計算模型　197　
6.3　水工弧形鋼閘門橫向框架靜力穩(wěn)定性分析　200　
6.3.1　主橫梁式門式框架靜力穩(wěn)定性分析　200　
6.3.2　水工弧形鋼閘門主框架柱的計算長度系數(shù)　204　
6.3.3　主橫梁式梯形框架靜力穩(wěn)定性數(shù)值分析　208　
6.4　水工弧形鋼閘門縱向框架靜力穩(wěn)定性分析　209　
6.4.1　多層三角形框架靜力穩(wěn)定性分析　209　
6.4.2　縱向框架穩(wěn)定性的二階分析方法　212　
6.5　水工弧形鋼閘門樹狀支臂結(jié)構(gòu)靜力穩(wěn)定性分析　214　
6.5.1　樹狀支臂靜力穩(wěn)定性分析模型與屈曲模態(tài)　215　
6.5.2　樹狀支臂靜力穩(wěn)定性分析　218　
6.5.3　樹狀支臂臨界荷載分析　222　
6.5.4　有限元分析及工程案例　226　
6.6　本章小結(jié)　233
參考文獻　234　
第7章　水工鋼閘門流固耦合作用分析　236　
7.1　概述　236　
7.2　基本理論與方法　238　
7.2.1　流固耦合基本理論方法及控制方程　238　
7.2.2　數(shù)值分析方法　244　
7.2.3　水工鋼閘門流固耦合分析的基本步驟　246　
7.3　二維閘后水躍數(shù)值模擬　247　
7.3.1　水躍數(shù)值模擬　248　
7.3.2　模型驗證　251　
7.3.3　底緣結(jié)構(gòu)型式對閘后水躍影響的模擬分析　253　
7.4　水流-閘門流固耦合數(shù)值模擬實例分析　256　
7.4.1　基本資料　256　
7.4.2　計算模型　258　
7.4.3　結(jié)果分析　260　
7.4.4　底緣型式對閘門自振特性的影響　263　
7.4.5　深孔水工鋼閘門泄流水動力結(jié)構(gòu)響應(yīng)　269　
7.5　本章小結(jié)　276
參考文獻　277　
第8章　水工弧形鋼閘門結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性分析　279　
8.1　概述　279　
8.2　結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性理論與分析方法　281　
8.2.1　結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性理論　282　
8.2.2　結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性分析方法　286　
8.3　水工弧形鋼閘門主框架動力穩(wěn)定性分析　294　
8.3.1　水工弧形鋼閘門結(jié)構(gòu)動力不穩(wěn)定區(qū)域的確定　294　
8.3.2　水工弧形鋼閘門框架結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性分析的有限元法　297　
8.3.3　高水頭水工弧形鋼閘門空間框架的動力穩(wěn)定性分析　309　
8.4　水工弧形鋼閘門樹狀支臂動力穩(wěn)定性分析　314　
8.4.1　水工弧形鋼閘門支臂動能與勢能　315　
8.4.2　水工弧形鋼閘門支臂動力不穩(wěn)定區(qū)域的確定　316　
8.4.3　水工弧形鋼閘門樹狀支臂設(shè)計參數(shù)的影響　319　
8.4.4　工程算例分析　321　
8.5　水工弧形鋼閘門減振控制系統(tǒng)　323　
8.5.1　水工弧形鋼閘門振動控制方程　324　
8.5.2　水工弧形鋼閘門-MTMD振動控制優(yōu)化設(shè)計方法　325　
8.5.3　水工弧形鋼閘門振動控制減振效果　330　
8.6　本章小結(jié)　331
參考文獻　332　
第9章　水工鋼閘門結(jié)構(gòu)優(yōu)化　334　
9.1　概述　334　
9.2　拓撲優(yōu)化法簡介　　336　
9.2.1　常見的拓撲優(yōu)化模型　336　
9.2.2　拓撲優(yōu)化數(shù)學(xué)模型　337　
9.2.3　拓撲優(yōu)化設(shè)計方法　339　
9.3　水工弧形鋼閘門拓撲優(yōu)化　347　
9.3.1　考慮強度和剛度的水工弧形鋼閘門拓撲優(yōu)化　347　
9.3.2　輕型穩(wěn)定樹狀支臂結(jié)構(gòu)樹形優(yōu)化分析　349　
9.3.3　考慮支臂結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的水工弧形鋼閘門拓撲優(yōu)化　351　
9.4　水工弧形鋼閘門結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計　356　
9.4.1　水工弧形鋼閘門空間框架優(yōu)化模型　356　
9.4.2　水工弧形鋼閘門空間框架合理布置優(yōu)化　361　
9.4.3　表孔水工弧形鋼閘門的尺寸優(yōu)化　363　
9.5　水工弧形鋼閘門主橫梁與支臂單位剛度比優(yōu)化　364　
9.5.1　單位剛度比與主框架經(jīng)濟性的關(guān)系　365　
9.5.2　優(yōu)化研究結(jié)果　366　
9.6　本章小結(jié)　368
參考文獻　369　
第10章　水工鋼閘門結(jié)構(gòu)可靠度分析　371　
10.1　概述　371　
10.2　結(jié)構(gòu)可靠度分析基本方法　375　
10.2.1　結(jié)構(gòu)的功能要求與結(jié)構(gòu)功能函數(shù)　375　
10.2.2　結(jié)構(gòu)極限荷載　375　
10.2.3　結(jié)構(gòu)可靠度　376　
10.2.4　結(jié)構(gòu)可靠指標　377　
10.2.5　結(jié)構(gòu)可靠度計算方法　378　
10.2.6　結(jié)構(gòu)體系可靠度　383　
10.3　水工鋼閘門結(jié)構(gòu)體系可靠度分析基本內(nèi)容　385　
10.3.1　荷載統(tǒng)計參數(shù)分析及自重荷載效應(yīng)　385　
10.3.2　抗力統(tǒng)計參數(shù)分析　387　
10.3.3　閘門結(jié)構(gòu)體系及構(gòu)件可靠度分析　387　
10.4　水工鋼閘門面板可靠度分析　388　
10.4.1　極限狀態(tài)方程的建立　388　
10.4.2　基本統(tǒng)計數(shù)據(jù)　389　
10.4.3　閘門面板可靠指標校準分析　391　
10.5　水工平面鋼閘門主梁的可靠度分析　393　
10.5.1　結(jié)構(gòu)計算　394　
10.5.2　彈性固定支座合理轉(zhuǎn)角的確定　396　
10.5.3　可靠度分析　397　
10.6　水工弧形鋼閘門平面框架可靠度分析　401　
10.6.1　主框架分析模型　401　
10.6.2　平面框架可靠指標計算方法　403　
10.6.3　實例分析　404　
10.7　水工弧形鋼閘門空間框架體系可靠度分析　404　
10.7.1　空間框架體系模型　404　
10.7.2　空間框架體系可靠度計算方法　405　
10.7.3　實例分析　406　
10.8　本章小結(jié)　409
參考文獻　410
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