复杂组合板壳结构有限元分析

本文主要论述复杂组合板壳结构有限元分析问题．具体阐述了相对位移一般壳单元以及壳单元和三维单元的罚单元连接方法．     

考虑梁板共同作用的现浇混凝土楼盖分析

现浇混凝土梁板式楼盖体系中,梁与板形成整体,在竖向荷载作用下共同受力.然而传统的简化分析方法很少考虑梁板的共同作用机理.本文在对现浇混凝土梁板式楼盖有限元分析的典型单元类型,即3D梁单元、膜单元、板单元及壳单元作简要概述的基础上,应用三维结构有限元程序SAP2000对典型的现浇混凝土梁板式楼盖进行建模分析,通过与传统简化分析方法的结果比较,对此类楼盖结构的设计提出了一些建议.     

板壳结构屈曲分析的非线性有限元法

为进行板壳结构的屈曲分析.采用三维退化曲壳元离散板壳结构,在 TL 列式下推导了考虑双重非线性的单元切线刚度矩阵,提出采用罚单元法处理结构加载边的位移约束条件.应用所编制的程序,进行了平板、曲壳以及板式门架的双重非线性屈曲分析.对比分析表明了方法的可靠性和有效性.     

子模型技术在混凝土箱梁悬臂板分析中的应用

结合子模型技术,通过大型有限元程序分别建立实体单元模型及板壳单元模型,进行数值仿真分析.研究子模型技术在混凝土箱梁悬臂板实体单元建模分析中的3种方法及实施技巧,考察悬臂板根部内力的影响因素:厚度、长度、箱梁畸变及荷载作用位置.结果表明:子模型区域宽度越接近悬臂板有效分布宽度,子步法和混合网格法计算结果越准确,效率高;对于有效梁段法,3倍于有效分布宽度的梁段为计算精度和计算时效的最佳尺度.实体单元建模综合考虑影响因素,其分析结果相对于板壳单元分析结果及其它算法更接近试验结果,子模型技术适合于混凝土箱梁悬臂板局部精细分析.     

板壳结构屈曲分析的非线性有限元法

为进行板壳结构的屈曲分析。采用三维退化曲壳元离散板壳结构，在TL列式下了考虑双重非线性的单元切线刚度矩阵，提出采用罚单元法处理结构加载边的位移的约束条件。应用所编制的程序，进行了平板、曲壳以及板式门架的双重非线性屈曲分析。对比分析表明了方法的可靠性和有效性。     

波形钢腹板预应力混凝土箱梁结构空间分析方法

为了提高波形钢腹板预应力混凝土箱梁的结构计算精度和适应工程结构空间分析的需要,按板壳有限元计算理论提出了一种新的算法.分别将腹板和翼板模拟成正交异性和正交同性板单元,根据箱梁变形特点用二次和三次形函数模拟板单元的变形,按亚参元计算方法建立单元的刚度方程.若干静力和自振特性分析算例结果表明,新算法得到的计算结果与一般有限元的计算结果相吻合,验证了本算法的计算精度.与现行波形钢腹板箱梁计算理论相比,新算法具有计算精度高、可以考虑空间变形影响的优点,而计算自由度远小于一般板壳有限元算法,是一种实用性较强的分析方法     

板壳结构的三维样条边界元方法

提出了一种板壳型结构弹性静力分析的新方法。该法基于Ｋｅｌｖｉｎ基本解，通过使用奇性校正特解场方法以避开积分奇性和边界层效应的干扰，用三维样条边界元方法对板壳结构进行静力分析。     

悬臂梁不同单元类型计算误差分析

为了研究悬臂梁用不同单元类型计算应力结果与真实测量值的误差和该误差产生的影响因素。首先,用ABAQUS有限元软件对悬臂梁结构进行壳单元建模和实体单元建模,分别计算出Mises应力值,再用经典材料力学方法计算出相同情况下悬臂梁Mises应力值,然后用电阻应变测试法计算出悬臂梁的真实应力值,计算出各种应力计算方法相对于真实测量值的误差。最后,分别计算不同厚度悬臂梁,用壳单元和实体单元分别计算出的Mises应力值,将实体单元计算应力值代替真实测量应力值,得到壳单元计算结果相对于实体单元计算结果的相对误差。研究结果表明,悬臂梁用实体单元计算出的Mises应力值相对于壳单元更加接近于真实测量值。随着悬臂梁厚度的增加,壳单元计算结果的精度越来越小。对于同一厚度的悬臂梁,不同位置处壳单元计算应力值对于真实值的相对误差近似为一常数。     

基于Hoff理论的金属复合屋面板夹层壳单元

针对大跨度建筑屋盖结构常用的聚氨酯泡沫夹芯金属复合屋面板,根据修正后的Hoff型夹层板理论,建立简便、有效的八结点矩形夹层壳单元.以一块矩形屋面板为例,分别采用分层实体单元、夹层体单元和八结点矩形夹层壳单元模拟.数值结果显示,八结点矩形夹层壳单元模拟的屋面板在静荷载作用下的变形形式与精细的分层实体单元模型相同,且两者变形基本接近;基本振型与精细的分层实体单元模型相同,自振频率较接近.表明采用该夹层壳单元能够有效地模拟聚氨酯夹芯金属复合屋面板的静、动力特性.     

多肋式梁桥在全过程中应力重分布研究

为了考察多肋式梁在全过程中受力性能,利用非线性实体退化壳单元理论研究了多肋式梁的应力重分布规律.混凝土和普通钢筋采用分层壳单元模拟,预应力钢筋采用组合壳单元模拟,推导了预应力钢筋对组合壳单元刚度矩阵的贡献和统一的非线性壳单元模式.利用Owen屈服准则、Hinton压碎准则和弹塑性强化模型考虑了混凝土和钢筋的非线性效应,有效模拟了预应力混凝土多肋式梁的开裂、屈服和失效全过程,并编制了相应的三维非线性全过程计算程序.结合破坏性试验资料可知,理论计算结果与试验数据吻合良好,并对预应力钢筋应力发展规律进行研究.结果表明,用实体退化壳单元模拟预应力混凝土多肋式梁是合适的,研制的非线性单元和非线性程序是正确的.     

日照温差引起连续弯板桥温度内力空间分析

本文论述了超静定结构体系连续弯板桥由于日照温差引起的温度内力分析方法,所采用的方法是曲厚板单元空间分析法,该单元不仅适用于厚板而且也适用于薄板的分析.分析结果表明,对于连续弯板桥,日照温差内力相当大,设计时不可忽视。所述方法亦同样可用于不规则板桥及具有不规则支承板桥的温度内力分析.     

双曲拱桥荷载横向分布计算的探讨

阐述了4种双曲拱桥的荷载横向分布系数常用计算方法,即弹性支承连续梁法、弹性支承连续梁法的简化算法、刚性横梁法和有限元法.以一座单跨双曲拱桥为工程背景,采用4种方法计算荷载横向分布系数,并与实测值进行对比分析.研究表明,采用刚性横梁法和有限元法计算的荷载横向分布系数与实测值最为接近,建议对于宽跨比小于0.5的双曲拱桥(窄桥)采用刚性横梁法计算荷载横向分布系数,而有限元法适用于双曲拱桥的精细分析.     

Winkler弹性地基上异形中厚板的应力分析

对于Ｗｉｎｋｌｅｒ地基上的异形中厚板提出了曲厚板单元分析法，分析结果表明，本方法具有收敛速度快，计算精度高，用较少的单元就可获得较好的结果等优点．     

A Method for Elastic Shear Buckling Calculation of Curved Bridge Webs

平钢腹板曲线梁桥腹板弹性剪切屈曲计算

刘素梅,丁汉山

（东南大学 土木工程学院,南京 210096）

创新点说明：

曲线组合梁桥和曲线钢桥在国内外已大量修建,但在曲线桥设计时,平钢腹板的剪切屈曲计算通常采用直桥公式,或仅在直桥公式上新增一个修正系数。本文把曲线桥中的平钢腹板等效为各向同性柱形扁壳,采用满足四边简支边界条件的双重三角级数作为位移函数,利用伽辽金法,推导了曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度计算公式。参数分析表明：曲线桥平钢腹板弹性剪切屈曲系数随着参数 h²/(Rt) 的增大而增大,随着长高比 l/h 的增大而减小。说明曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度高于直桥腹板。对于参数 h²/(Rt) 小于2的曲线桥,平钢腹板的弹性剪切屈曲强度较直桥腹板提高幅度不超过4.5%,此时,曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度可偏保守地采用直桥公式。但是对于参数 h²/(Rt) 较大的曲线桥,平钢腹板弹性剪切屈曲强度采用直桥公式太过保守。本文提出的公式可更好地估算曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度。

研究目的：

得出平钢腹板曲线梁桥腹板弹性剪切屈曲强度计算公式。

研究方法：

把曲线桥中的平钢腹板等效为各向同性柱形扁壳进行剪切屈曲分析;

1）采用满足四边简支边界条件的双重三角级数作为位移函数,利用伽辽金法,推导曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度计算公式。

2）针对实桥,确定参数h²/(Rt)的取值范围。给定参数h²/(Rt)和长高比l/h具体数值,利用Matlab程序计算弹性剪切屈曲系数。

3）对弹性剪切屈曲系数进行拟合,得到曲线桥平钢腹板弹性剪切屈曲系数拟合公式,进而得到曲线桥平钢腹板弹性剪切屈曲强度拟合公式。

研究结果：

1）曲线桥平钢腹板弹性剪切屈曲系数随着参数 h²/(Rt) 的增大而增大,随着长高比 l/h 的增大而减小。说明曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度高于直桥腹板。

2）对于参数 h²/(Rt) 小于2的曲线桥,平钢腹板的弹性剪切屈曲强度较直桥腹板提高幅度不超过4.5%,此时,曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度可偏保守地采用直桥公式。但是对于参数 h²/(Rt) 较大的曲线桥,平钢腹板弹性剪切屈曲强度采用直桥公式太过保守。

结论：

本文提出的公式可更好地估算曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度。

关键词：曲线桥;曲线腹板;剪切屈曲;各向同性壳

     

刚构连续弯板桥空间有限元分析

随着高等级公路的兴建和城市建设的进一步发展,平面曲线桥梁应运而生,刚构连续弯板桥成为有力竞争桥型之一．为了研究刚构连续弯板桥的空间受力特性,本文结合一实例刚构连续弯板桥,针对平面软件分析弯桥的不足,首先利用通用有限元软件ANSYS进行整体建模分析,整体分析中不考虑普通钢筋的建模,接着用专业软件桥梁博士对截面进行计算复核．从实际运营情况看,复核结果是合理的．     

双曲拱桥的缩跨加固方法及应用

提出了一种新的双曲拱桥加固方法，通过缩小跨径，减小拱圈弯矩，达到提高承载能力的目的，分析与工程实践表明，这种方法具有简单有效，经济易行的优点，对于主要以提高承载等级的目的的中小跨径拱桥有较好的适用性。     

弯曲薄壁箱梁桥高阶有限条法分析

推导弯曲薄壁箱梁桥高阶有限条法分析的公式及程序 ,并验证其正确性。在推导公式过程中 ,考虑到部分壳体膜作用和弯曲作用相互耦联 ,利用 NOVOZHIL OV应变一位移关系进行一般分析。高阶有限条采用一根中间辅助结线的条元 ,单元刚度矩阵、荷载向量分别凝聚成凝聚矩阵和凝聚向量。     

曲壳有限元法中曲面交线处位移连续性问题的坐标转换法

提出了在曲壳有限元法中用坐标转移法处理曲面交线处结点位移的连续性问题。该法被编入一个基于修正拉格朗日描述（Ｕ．Ｌ法）的曲壳大线性有限元程序中。对一个直接焊接的钢管节点进行了分析，并讨论了该法的优点．     

单跨混凝土曲线梁桥地震反应简化计算方法

曲线梁桥兼具建筑美学以及能很好地适应地形、地物限制条件的优点,在国内外城市高架桥梁、立交工程及高等级公路中得到了广泛应用.然而,历次破坏性地震中,曲线梁桥屡有出现严重震害甚至垮塌的现象,表明其抗震设计问题迄今未得到很好的解决.本文以公路单跨混凝土曲线梁桥为研究对象,建立基准有限元模型,通过参数分析,系统研究了曲率半径、跨宽比、跨高比和跨径等主要设计参数对单跨曲线梁桥地震反应的影响规律,进而给出单跨曲线梁桥可采用“以直代曲”方法进行地震反应简化计算的条件,并提出适用于不规则单跨曲线梁桥地震反应的简化计算方法.     

曲线箱梁桥均匀温度变化效应分析

温度荷载的作用是造成曲线箱梁桥工程问题的主要原因之一。文章运用曲线梁桥的微分方程,详细分析了混凝土曲线箱梁在均匀温度荷载作用下的效应,推导出了单跨曲线箱梁在径向受到约束时受均匀温度荷载作用产生的支反力及内力计算公式,并利用公式及有限元软件进行实例计算,验证了公式的准确性,得出了曲线箱梁桥在均匀温度荷载作用下,径向反力的大小与桥梁半径的二次方呈反比例关系,与桥梁的刚度、轴线圆心角呈正比例关系,即桥梁的半径越小,桥梁越宽,圆心角越大,桥梁的径向反力越大的结论,为解决曲线箱梁在均匀温度荷载作用下的工程问题提供理论支持。