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学科建设

重点学科

工程力学


2023年06月06日 08:59  点击:[]

校重点学科。


已凝练3个研究方向。


学科方向一:新型箱梁理论与分析方法。在以往对于箱梁的研究中,普遍认为箱梁主要是由顶板、底板、腹板和悬臂板构成的空心薄壁截面,从而利用薄壁杆件理论来进行研究。当箱梁在荷载作用下发生竖向弯曲时,由于其平面内剪切变形的影响,上下翼板的纵向正应力会沿着横向产生不均匀分布的现象,称为剪力滞效应。多室箱梁因为拥有多个腹板的支撑从而可以应用在更宽的桥面设计中,但由于顶板和底板的宽度更宽,其在发生弯曲变形时会存在更加严重的剪力滞效应。传统方法主要是把箱梁简化为空心薄壁结构后,采用薄壁杆件理论来分析。本研究方向主要采用一种新的梁理论(统一分析梁和节线法)来研究箱梁,相对于以往的传统方法,优势和创新点在于:1.统一分析梁模型和节线法不对箱梁的面内变形进行假设,而是用曲面来模拟梁横截面的真实变形情况。因此该理论不仅可以解决薄壁的多室箱梁截面的力学问题外,还可以分析厚壁的多室箱梁截面。2.采用统一分析梁模型分析箱梁问题时,只要被研究的梁能够满足统一分析梁模型的定义,就可以分析其在不同荷载情况下的力学问题,而不必考虑其跨高比或跨宽比的限制,从而将传统的各种梁理论统一起来。3.相对于有限元软件在难以处理多室箱梁边界上的扭矩边界条件,统一分析梁和节线法可以完美地加载多室箱梁边界处的扭矩边界条件。4.采用统一分析梁模型和有限节线法除了可以分析厚壁多室箱梁在受弯和受扭情况下的横截面翘曲情况和应力分布规律,还可以分析其在弯扭组合变形情况的横截面翘曲情况和应力分布规律。在实际工程中还会有更加复杂的横截面、更加复杂的环境以及多种多样的荷载情况,比如曲梁的情况,或者非线性的材料,或者具有圆形或者曲边截面的箱梁等等,这些都需要不断地去完善统一分析梁和节线法的求解程序,来解决这些难度更大的问题。


学科方向二:计算结构力学。为新型结构和新材料结构中出现的复合材料短梁(例如,钢管混凝土、型钢混凝土、钢骨混凝土异形短柱(长细比小于3))构建一种新的理论分析体系,也就是要完善新的梁理论及与其相匹配的数值分析方法—统一分析梁理论与节线法;将统一分析梁理论与节线法推广应用到新型和新材料高层建筑结构的分析计算中,为钢管混凝土、型钢混凝土、钢骨混凝土异形短柱的实际力学行为与性能分析寻找一种新的方法,并用实验方法验证理论分析与计算结果的正确性;建立新材料短构件的单元刚度矩阵,研究新材料结构构件和传统材料结构构件组合而成的高层建筑结构的分析新方法,从而改善我国现有建筑结构的理论分析计算水平滞后于其建造水平的状况。


学科方向三:结构振动控制。现有的结构振动控制思想方法主要是阻尼调节法,最常用的是质量调谐阻尼器(TMD)方法。这种方法有两个缺陷:一是将数个TMD安装在需要控制振动的结构上(原结构与TMD重新组成了一个新的振动系统),遇到振源(或震源)后,结构和阻尼器一起振动,反而改变了原结构的自振频率;二是在通常情况下,TMD的自振周期要比原结构的自振周期长很多,当振源的振动频率比较低时,TMD会先振动,并把它的振动反传回原结构,反而加剧了原结构的振动,并不能起到有效控制原结构振动的效果。近年来,用吸振器吸收结构振动的方法备受青睐。吸振器主要有磁流变吸振器和机械装置吸振器。磁流变吸振器是近10年来研究出来的新型吸振器,主要应用于机械工程中,但在土木工程实际中的应用还不是很成熟。本方向研究用吸振结构吸收工业厂房结构、桥梁结构等由振动设备、或车辆荷载等引起的结构振动控制问题。

 

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