超高层建筑空间巨型框架自由振动计算的新方法

该文是在前一个简化计算模型的基础上(即将空间巨型框架简化为巨型柱和弹性地基上的巨型梁的组合,二级框架柱考虑其轴向变形作为巨型梁的Winkler弹性地基,按空间刚架进行刚度分析,建筑物的质量集中于巨型梁的楼层,按空间杆系-层模型进行振动计算),进一步将巨型框架柱考虑为剪切型弹性地基上的巨型柱(二级框架梁、柱考虑其弯曲变形作为巨型柱的剪切型弹性地基),使简化振动模型更为合理,极大地提高了计算的精确度,为超高层建筑空间巨型框架的振动分析提供一个合理可行的算法。     

弹性地基上空间巨型框架结构的简化振动分析

对软土地基上的超高层建筑空间巨型框架的振动分析建立了一种新的简化分析模型,即弹性地基—空间杆系—层模型。也就是将空间巨型框架中的辅助框架柱只考虑其轴向刚度,沿巨型框架梁的轴线方向连续化后,作为巨型梁单元的文克弹性地基,把巨型梁按照文克弹性地基梁来处理,然后将巨型柱和巨型文克弹性地基梁组成空间巨型框架,在考虑了地基(半无限大弹性地基)的弹性变形后,按空间刚架进行刚度分析;将建筑物的质量集中于巨型梁的楼层,进行自由振动分析。算例计算结果表明,新的简化模型是合理的、可行的。     

超高层建筑空间巨型框架的稳定计算

对超高层建筑空间巨型框架的稳定计算提出了一个新的简化计算模型,将空间巨型框架简化为巨型柱和弹性地基上的巨型梁的组合,二级框架柱考虑其轴向变形作为巨型梁的弹性地基,按空间刚架进行稳定计算。由算例的计算结果来看,简化模型及其分析方法是合理的,为超高层建筑空间巨型框架结构的整体稳定计算提供了一个合理可行的简化计算方法。     

超高层建筑空间巨型框架与其基础地基共同工作的简化分析新方法

对超高层建筑空间巨型框架的结构分析提供了一种新的简化分析模型(二级框架柱考虑其轴向刚度作为巨型梁的文克勒弹性地基),利用这种模型分析了上部结构、基础、地基的共同工作。又对二级框架梁、柱考虑其弯曲刚度作为巨型柱的剪切型弹性地基得出了改进的简化分析模型,其计算精度与精确解很接近。在此基础上考虑了基础结构,并考虑了地基的弹性变形,建立了由巨型文克勒弹性地基梁和巨型剪切型弹性地基柱组成的空间巨型框架与其基础、地基共同工作的模型,并通过算例进行分析计算。计算结果表明:共同工作的分析模型是合理的、可行的,从而为超高层建筑巨型框架与其基础地基的整体共同工作分析提供了一种可行的简化方法,并给出了几点对此类结构的初步设计有指导意义的结论。     

两种新型的弹性地基梁单元及其在超高层建筑结构简化分析中的应用

将超高层建筑空间巨型框架的巨型柱和梁分别简化成剪切型弹性地基梁和广义Winkler弹性地基梁单元,导出其单元刚度矩阵后,再按空间刚架分析计算,得到一种简化分析方法。简化巨型框架柱时,考虑与其相连的二级框架梁、柱的弯曲刚度,并将其作为巨型柱的剪切型弹性地基,构造出剪切型巨型弹性地基梁单元;简化巨型框架梁时,只考虑与其相连的二级框架柱的轴向刚度,并将其作为巨型梁的Winkler弹性地基,构造出广义Winkler巨型弹性地基梁单元。算例表明:简化计算的模型不仅是合理的、有效的,而且其计算结果的精度几乎与精确解有同级的精度。     

考虑地基弹性抗力的箱形框架内力分析

本文从弹性地基梁的挠曲线微分方程出发,考虑地基的弹性抗力,用有限单元法的矩阵变换,推导出地基梁单元的刚度矩阵,用于求解地上或地下箱形框架内力的分析计算。     

解析型Winkler弹性地基梁单元构造

该文采用Winkler弹性地基梁理论确定了弹性地基梁的挠度方程解析通解; 根据最小势能原理建立了解析型Winkler弹性地基欧拉梁及铁摩辛柯梁的单元刚度及等效节点荷载; 得到了解析型弹性地基欧拉梁单元AWFB-E及铁摩辛柯梁单元AWFB-T。同时,论文还采用传统里兹法求得了相应的Winkler弹性地基欧拉梁及铁摩辛柯梁单元刚度矩阵,得到了里兹法弹性地基欧拉梁单元RWFB-E及铁摩辛柯梁单元RWFB-T。对该文构建的两类单元与一般梁-基体系有限元分析结果及理论解析解进行了对比。对比结果表明,传统里兹法由于其多项式形函数无法精确模拟弹性地基梁变形,因此其结果与理论解析解有误差,但随着单元数量增多其误差减小; 采用解析型单元进行计算时,无论单元数量多少,得到的均为“真实”解,说明解析试函数法求得的位移形函数比一般的多项式形函数精确,得到的弹性地基梁单元具备解析型、精确性的特点,可应用于解决实际工程问题。     

Winkler地基上修正Timoshenko梁振动分析

利用Bernoulli-Euler梁理论建立的弹性地基梁模型应用广泛,但其在高阶频率及深梁计算中误差较大,利用修正的Timoshenko梁理论建立新的弹性地基梁振动微分方程,由于其在Timoshenko梁的基础上考虑了剪切变形所引起的转动惯量,因而具有更好的精确度。利用ANAYS beam54梁单元进行振动模态的有限元计算,所求结果与理论基本无误差,从而验证了该理论的正确性。基于修正Timoshenko梁振动理论推导出了弹性地基梁双端自由-自由、简支-简支、简支-自由、固支-固支等多种边界条件下的频率超越方程及模态函数。分析了弹性地基梁在不同理论下不同约束条件及不同高跨比情况下的计算结果,从而论证了该理论计算弹性地基梁的适用性。分析了不同弹性地基梁理论下波速、群速度与波数的关系。得到了约束条件和梁长对振动模态及地基刚度对振动频率有重要影响等结论。     

考虑水平摩阻力的弹性地基梁大变形弯曲分析

设水平摩阻力与垂直支承反力成正比,建立了任意对称荷载作用下有限长弹性地基梁大变形的平衡微分方程式.进行了合理的位移形函数假设,利用Galerkin方法建立非线性代数方程组,采用迭代法进行求解,得到了弹性地基梁的位移和内力解.通过实例计算可知,水平摩阻力对弹性地基梁的挠度和剪力影响很小,而对弯矩和轴力影响很大.当要考虑弹...     

基于Winkler弹性地基梁模型的半刚性轻钢柱脚底板受力分析

为建立半刚性轻钢柱脚底板压力分布计算模型, 基于Winkler弹性地基梁模型及其变形和内力初参数表达式, 给定边界条件, 利用Maple软件, 获得了两端自由弹性地基梁在任意集中力和任意梯形线荷载作用下的挠度解析公式, 将半刚性方钢管柱脚底板简化为支承在混凝土基础上的弹性地基梁, 根据力的等效原则, 建立了偏心受压时柱脚底板受力模型, 得到了柱脚底板压力分布解析解, 通过算例与数值摸拟结果对比, 结果表明二者吻合较好, 且半刚性轻钢柱脚底板压力分布与常用线性压力分布模型差别较大, 采用线性压力分布模型将过高估计柱脚刚度。研究成果为半刚性轻钢柱脚设计提供理论参考。     

任意荷载作用下层状横观各向同性弹性地基的直角坐标解

首次建立了在直角坐标系下层状地基力学问题的通用解法,改变了过去仅能在柱坐标系下进行求解此类的状况。首先将坐标系的原点选在荷载影响范围以外足够远处,从直角坐标系下的横观各向同性弹性问题的基本方程出发,利用Laplace变换及其微分性质,建立了单层横观各向同性弹性地基的状态控制方程,并利用状态空间理论给出了单层地基的解答。然后再利用传递矩阵技术,给出了任意荷载作用下的层状横观各向同性弹性地基的解析解。用提供的方法求解层状横观各向同性地基的非轴对称问题比在极坐标下求解简单、快捷。     

A simple finite element for beams on elastic foundations

A simple "routine" beam on elastic foundation finite element using a polynomial displacement function has been developed which yields acceptably accurate deflection, shear and bending moment values for prismatic or non-prismatic beams of elastic material resting on foundations with varying or nonlinear subgrade reactions. Limited extension of the formulation to an "exact" finite element using the exact displacement function of a beam on elastic foundation has also been carried out. The subgrade is represented by a non-homogeneous solid medium to include nonlinear parameters if required. The iterative solution is extended to cases where the beam may uplift because the foundation is a no tension material. The model is also suitable for calculating the elastic deflections, membrane. and bending stress resultants for axisymmetrically loaded variable thickness shells of revolution. A computer program called FEBEF [finite element: beam on elastic foundation] incorporating the routine finite element has been prepared for the solution of beams on elastic foundations and axi symmetrically loaded shells of revolution.     

半无限大弹性地基上变截面筒中筒高层建筑结构的自由振动

本文以变截面筒中筒结构为例建立了地基、基础与上部结构共同工作的自由振动模型;导出了计算储存在半无限弹性地基中弹性变形能所需的各种地基刚度。通过对广东国际大厦所采用的筒中筒结构的自由振动分析,得出了一些令人满意的比较切合实际的结论。     

Effect of subgrade on piezoelectric energy harvesting under traffic loads

Piezoelectric energy harvesting in roads generated by traffic loads was theoretically and experimentally investigated, and an indoor model of a layered road for piezoelectric transformation was developed using the traffic load model groove. Elastic double-layer beams resting on the subgrade soil were used to consider piezoelectric energy harvesting under traffic loads. Based on the vibration differential equations of elastic double-layer beams, the electromechanical equation was obtained using the Fourier transform. The experimental results of the piezoelectric energy harvesting were close to the theoretical ones, which indicated that the proposed method was useful in predicting piezoelectric energy harvesting from roads under traffic loads. The results also show that the influence of the transducer position on the output voltage and power should be considered, and that the thickness of the concrete panel and the condition of the subgrade soil can affect the output voltage and output power of the piezoelectric transducer. Moreover, the electrical energy was proportional to the vibration frequency and the excitation load.     

超高层建筑巨型框架-核心筒结构体系的三维半解析分析模型及其应用

将超高层建筑空间巨型框架-核心筒结构体系与其基础等效连续化为一个支撑在半无限大弹性体上的加劲薄壁筒组合体,建立了集地基、基础、上部结构为一体的三维共同工作分析模型;并以此模型,利用半解析方法讨论了该结构体系的共同工作特性。分析计算结果表明:模型的简化是合理的、可行的。     

初始几何缺陷对非强支撑钢框架柱性能的影响

在钢框架二阶弹性分析中,结构整体初始几何缺陷和构件的初始几何缺陷是实际存在的,其影响不应忽略。基于由单根柱和梁组成的框架子结构模型,通过引入以上两种几何缺陷,得出了考虑初始几何缺陷影响的框架柱位移与内力的理论公式。利用该理论模型,可以较准确地分析框架结构整体几何缺陷与构件几何缺陷对二阶弹性弯矩的影响。参数分析结果表明:对于钢框架柱,结构的整体几何缺陷和构件几何缺陷对弯矩的影响均可以等效为作用于楼层处的假想水平力,而假想水平力的大小与作用于该楼层的竖向荷载有关。