防屈曲技术在某网架加固工程中的应用

结合工程实践提出了一种基于防屈曲技术的网架杆件加固方案,并进行了理论研究和数值分析。推导了小挠度状态下加固杆件的挠曲微分方程,根据边界条件和节间变形协调条件,得到杆件失稳特征方程的解析表达式。分别采用梁单元和壳单元对加固杆件的欧拉临界力及弹塑性极限承载力进行有限元分析,欧拉临界力理论值与计算值吻合良好,验证了理论公式的正确性。壳单元模型能够更精确地计算杆件在非线性条件下的极限承载力,梁单元模型计算结果则需要进行修正。研究表明提出的加固方案能够有效提高杆件稳定承载力,并且具有施工简便、快速高效等优点。     

外包钢加固简支混凝土柱的屈曲临界荷载计算

为了改善混凝土柱的抗屈曲失稳的受力性能,使其承载力和变形能力得到充分的发挥,将角钢与缀板形成的钢骨架应用于加固混凝土柱是一种有效的加固方法。利用弹性理论,推导外包钢加固简支细长混凝土柱的屈曲临界荷载计算公式,通过有限元分析验证解析公式的正确性;并据此进行了参数化分析,探讨了角钢截面形式、混凝土柱高度以及缀板厚度对加固柱屈曲临界荷载的影响。计算结果表明:在角钢面积固定时,"厚且短"的角钢截面形式更有利于提高屈曲临界承载力;屈曲临界荷载的提高随着缀板厚度的增加也呈线性增加;不同的混凝土柱高度对屈曲临界荷载有显著影响。外包钢加固简支混凝土柱的屈曲临界荷载计算公式具有理论合理性和适用性。     

考虑剪切变形的波形钢腹板组合梁的挠度计算

采用能量变分法,建立了考虑剪切变形影响时波形钢腹板组合梁的挠曲线微分方程。利用此挠曲线微分方程,得到了简支波形钢腹板组合梁在不同荷载作用下由剪切变形产生的跨中挠度的计算公式。通过与空间有限元模型进行对比分析,表明理论计算公式是准确的。     

对广义梁理论中的平面和空间薄壁构件的整体屈曲分析

采用广义梁理论（GBT）对平面和空间薄壁构件进行整体屈曲分析。简要概述主要概念和广义梁理论屈曲分析中所采用的程序。基于广义梁理论的梁有限元分析考虑了4种刚体变形模式,即：i）运动学模型,用于模拟连接2个或更多U型和I型构件节点的翘曲传输作用;ii）采用程序处理构件重心和剪力中心轴（横截面非双向对称）不重合的效应;iii）节点构件的定义,这些节点可提供连接构件的自由度和节点广义位移之间的联系。最后,介绍并讨论数值结果,其可能有助于基于广义梁理论的有限元公式的制定和实施。并将基于GBT分析的结果（临界屈曲载荷和模态）与ANSYS程序中壳单元和梁单元的建模分析结果进行了对比验证。     

薄壁钢管混凝土梁-柱的钢板局部屈曲分析

高强钢和混凝土的应用,使得薄钢板开始应用在填充混凝土的钢管梁柱中。然而,在组合梁柱中薄钢板的应用可能会增加局部屈曲,这将减弱这些构件的强度和延性性能。通过有限元分析方法,分析了在填充混凝土的薄壁钢管梁-柱中钢板的临界局部屈曲和局部屈曲后性能。运用几何和材料非线性分析来研究在压力和平面内弯曲作用下钢板中的临界局部和后张局部屈曲强度。非线性分析中考虑了钢板的初始几何缺陷和残余应力,材料屈服和应变硬化。基于非线性有限元分析结果,本文提出一组设计公式,以确定这种组合梁柱的临界局部屈曲和钢板的极限强度。此外,还提出在不均匀压力作用下,钢板极限强度设计中有效宽度的计算公式。这一组设计公式可以直接用于组合梁-柱的设计和考虑局部屈曲作用后的薄壁钢管混凝土梁-柱分析。     

考虑剪切效应的简支加固梁弯曲性能研究

为研究均布荷载作用下剪切效应对简支加固梁弯曲性能的影响。文中基于材料力学和弹性力学理论,运用解析法得到了均布荷载作用下,简支加固梁弯曲应力方程和挠曲线表达式,并利用ANSYS数值模拟法进行比较验证,同时讨论了剪切效应对加固梁弯曲变形的影响。结果表明文中方法对计算简支加固梁弯曲问题,具有计算简便、精度高等优点,能满足一般工程设计要求。同时,剪切效应对简支加固梁的弯曲变形有着较大的影响,且随着跨高比的减小,影响作用逐渐增加。     

考虑横截面变形的合成桥面桁梁的扭转计算方法

为了分析横向联结系刚度比较弱的合成桥面桁梁在扭转荷载作用下的响应,文章根据等效前后变形相等的原则将空间上离散的桁梁转化为空间上连续分布的薄壁箱梁。在乌曼斯基闭口截面薄壁杆件扭转理论的基础上,考虑横截面的剪切变形,推导变形响应公式,并以杨泗港长江大桥的加劲梁作为实例,采用ANSYS建立精细的板—梁混合单元有限元模型进行求解。与解析法的计算结果进行了对比,解析法具有较好的计算精度,求解效率高。     

双轴对称楔形工字钢梁的弹性弯扭屈曲

本文利用基于板壳屈曲理论的有限元方法对楔形薄壁构件的弯扭屈曲进行了分析,对两种基于薄壁杆件理论的楔形工字钢梁弯扭屈曲分析方法进行了对比。基于较精确的楔形薄壁构件屈曲理论,对承受线性变化端弯矩作用的楔形梁的弯扭屈曲进行了大量分析,并提出了新的楔形工字钢梁临界弯矩计算公式。该公式形式与等截面梁的相同,便于工程应用。     

薄壁钢梁稳定性计算的争议及其解决

在规范修订过程中,对钢梁的整体稳定性计算,有学者对《钢结构设计规范》(GBJ17—88)所依据的临界弯矩计算公式提出了质疑,并提出了新的计算公式。本文对规范所依据的公式和新提出的公式所依据的理论进行了对比,对新公式所依据的理论提出了疑问。为避免薄壁构件理论引入的各种假设带来思辨上难以解决的争议,本文采用ANSYS通用有限元程序的三维板壳单元SHELL63进行了6组共36根梁的整体失稳分析。有限元分析结果表明,采用板稳定理论求得的梁临界弯矩与《钢结构设计规范》(GBJ17—88)所依据的公式符合较好,而与新提出的公式比较相差较大。本文根据薄壁梁弯扭稳定理论,推导了考虑非线性正应变和剪应变的梁失稳过程应变能的变化公式,从而解释了考虑非线性剪应变的理论与ANSYS分析结果不符的原因,并对传统的稳定理论得到的结果进行了肯定。     

基于Timoshenko与高阶剪切变形梁理论的RC梁极限承载力分析

分别应用Timoshenko和高阶剪切变形梁理论,推导出能够考虑剪切变形的钢筋混凝土梁柱截面非线性分析模型,并提出应用横向正应变和剪应变的关系系数来计算混凝土开裂后的截面高度变形,采用基于修正斜压场理论的Stevens等的本构模型以避免混凝土的裂缝验算;数值模拟了正截面破坏以及集中荷载作用下有腹筋和无腹筋RC梁的极限承载力。结果表明:按2种理论计算的结果与试验数据吻合良好;基于Timoshenko梁理论的分析模型的结果更接近试验数据,收敛性也更好。     

基于瑞利-里兹法的预应力张弦梁变形与内力分析

预应力张弦梁在大跨度结构中得到了越来越广泛的应用,而我国尚未制订关于该结构的设计规范.针对工程中常见的圆弧线型预应力张弦梁,采用瑞利一里兹法分别推导了结构在荷载态与张拉状态下的变形与内力的计算公式,并通过三榀预应力张弦梁模型的张拉与加载试验对本文公式进行了验证.结果表明,本文公式得出的解析解与试验结果以及基于ANSYS的有限元计算值均吻合较好.     

钢框架圆管柱梁节点域的抗剪承载力

本文根据薄壁杆结构理论对钢框架圆管柱梁节点域的应力分布规律进行了分析,并利用有限元软件对理论分析结果做了验证。推导了此类节点的节点域剪切屈服承载力和极限承载力的计算公式。以左右两侧工字形梁截面同高的平面框架节点为基本模型,推广了左右梁截面不等高的平面框架节点、两框架方向垂直且各梁截面等高的空间框架节点、两框架方向不垂直或框架方向多于两个的空间框架节点以及各梁截面不等高的空间框架节点等多种情况下的节点域承载力验算公式。公式经简单的调整后同样可适用于相同类型的工字形、箱形和十字形柱钢框架节点。     

偏心受压波浪腹板阶形柱稳定性与侧移计算

首先分析波浪腹板阶形柱计算长度系数计算的相关问题,理论推导过程中考虑剪切变形对其稳定性的影响,得到考虑剪切变形时计算长度系数计算的精确公式,并与不考虑剪切变形的计算公式(GB50017—2003《钢结构设计规范》)以及有限元计算结果进行对比,从而得出了CECS 290∶2011《波浪腹板钢结构技术规程》中对于波浪腹板阶形柱计算长度系数计算的取值原则。其次,对波浪腹板阶形柱在侧向荷载作用下的变形进行分析,得到计算波浪腹板阶形柱侧向变形的计算公式。另外,根据波浪腹板阶形柱的特殊性,对波浪腹板阶形柱连接处的肩梁构造与计算方法进行阐述。     

钢筋混凝土筒体结构弹塑性地震反应分析

本文提出了一种用于筒体高层结构弹塑性地震反应分析的杆系——柱壳计算模型。应用样条函数对薄壁筒子结构进行分析,根据增量理论,推导了薄壁筒子结构的弹塑性矩阵及刚度矩阵。推出了框架筒中空间杆件考虑剪切变形、几何非线性和材料非线性的单元刚度矩阵。编制了计算程序,通过计算例题,验证了方法的可行性及正确性。     

基于空间受力性能最优化的箱梁带斜梁空间刚架模型

提出一种新型的带斜梁空间刚架模型，可用于混凝土箱梁结构在线弹性阶段的空间受力分析。以带斜梁空间刚架模型和真实平板在面内轴压、面内纯剪、面外纯弯这三种基本荷载作用下变形的相对误差绝对值作为目标函数，以该模型中纵横梁和斜梁的截面特性作为可变参数，以目标函数达到最小值作为优化目标，通过求解该最优化问题，建立空间性能最优化的带斜梁空间刚架模型。采用集中荷载下的悬臂梁和均布荷载下的简支箱梁作为示例，对提出的模型进行了验证，结果表明：带斜梁空间刚架模型不受平截面假定的限制，可较准确地模拟空间结构的弯曲刚度和面内剪切刚度，其变形计算结果和计入剪切变形的材料力学理论解、实体模型结果基本吻合。     

C形截面檩条在风吸力作用下的整体稳定分析

采用开口薄壁构件理论,推导了上翼缘受约束的C形截面简支檩条在风吸力作用下发生弯扭屈曲的总势能,提出无拉条檩条的临界弯矩表达式,并与采用ANSYS板壳单元建模的结果进行对比。给出了不考虑屈曲前变形影响的临界弯矩公式,将其与EC3方法及试验结果对比,表明EC3的方法偏保守,而所提公式简单,计算长度系数比EC3的小10%,承载约高20%。     

均布压力下单阶柱屈曲临界荷载算法

为推导单阶柱在均布压力下的屈曲临界荷载计算公式,文章根据单阶柱的边界条件和屈曲模态,首先,选取了横向均布荷载作用下的变形曲线和余弦函数分别作为试验函数,用能量法推导了单阶柱的纯弯曲屈曲临界荷载计算公式;其次,考虑剪切变形的影响,用正弦函数描述剪切分量,余弦函数描述弯曲分量,推导了单阶柱的弯剪型屈曲临界荷载计算公式。对所得公式进行了有限元验证,结果表明,所得公式具有很好的精度。在公式的适用范围内,可以应用于竖向荷载作用下高层建筑的稳定性近似计算。     

薄壁梁在剪切变形下的扭转分析

第一部分针对剪切变形下的薄壁梁提出扭转分析理论。采用Vlasov薄壁梁理论假定梁截面的静许用应力区,采用能量补充原则表达假定应力场下的控制区相容条件。依靠自然边界条件将扭曲变形与内力联系起来。文中采用新理论分析了一个扭转梁的例子,旨在阐明其对实际问题的应用性。第二部分采用基于力的有限元方法分析该解决方案,假设两个分别具有线性和双曲线复合力矩的有限元模型。相比基于动力学假定的传统梁理论计算结果,有限元分析结果提供的刚度更低。     

关于剪切变形对等截面梁临界载荷影响的讨论

采用平面问题的剪应变与位移分量的几何方程以及材料力学给出的等截面梁剪应力公式,得到了严格满足表面切应力边界条件的轴向位移表达式,推导了等截面梁屈曲时的微分方程,得到了计算等截面梁屈曲时的临界载荷特征方程.研究结果表明剪切变形对等截面梁临界载荷有一定影响.考虑剪切变形的影响时,等截面梁的临界载荷将变小.对于弹性支承圆形空心压杆,当扭簧刚度不十分大时,可以把圆形空心压杆作为简支梁来计算.     

基于结构精细化模拟分析平台的弯剪纤维单元模型

为模拟钢筋混凝土柱在轴力、剪力和弯矩耦合作用下的非线性滞回特性,利用显式中心差分法,建立一种基于显式算法的弯剪纤维单元模型,并引入到结构精细化模拟分析（RSAPS）平台中。该模型基于Timoshenko梁理论,材料模型选用基于修正斜压场理论（MCFT）的二维钢筋混凝土本构模型。应用RSAPS平台分别模拟往复荷载作用下发生弯曲、弯剪和剪切破坏的钢筋混凝土柱的滞回性能,并将分析结果与试验和未考虑剪切变形的纤维单元模型模拟结果进行对比。结果表明：对于发生弯曲破坏的构件,由于剪切变形较小,未考虑剪切变形的纤维单元和弯剪纤维单元均可以较好地模拟构件的滞回性能;而对于发生弯剪破坏和剪切破坏的构件,采用未考虑剪切变形的纤维单元模型,会高估构件的初始刚度和耗能能力,也会高估其受剪承载力;而所提出的弯剪纤维单元模型能较好地模拟构件的刚度和承载力退化,同时,也能较好地模拟滞回曲线中的捏缩现象,模拟结果与试验结果吻合较好。