箱形梁剪滞效应分析的一维有限元法及其应用

为了分析变截面箱梁及特殊支承连续箱梁等复杂结构的剪滞效应,在引入剪滞广义力矩及翘曲几何特性的基础上,提出一种改进的梁段有限元法。选取控制微分方程的齐次解作为单元位移函数,以各积分常数为中间转换变量,推导箱梁剪滞效应分析的梁段单元刚度矩阵和等效节点力向量的具体表达式,并导出用单元节点力直接计算应力的一般公式。用FORTRAN语言编制箱梁剪滞效应分析的一维有限元电算程序BGAS,对三个有机玻璃箱梁模型进行计算并与实测值比较。结果表明,所提出的梁段单元用于分析复杂箱梁的剪滞效应是可靠的;在竖向荷载作用下,各种箱梁的剪滞力矩与弯矩具有相似的分布规律,而且数值大小也基本接近。     

平面非规则布置隔震结构局部变形的计算研究

本文提出了层单元方法,将楼板视为剪切弯曲深梁,用二次位移函数和一次转角函数描述楼面运动。同时建立了平面非规则房屋隔震结构动力反应的计算模型,用反应谱方法和时程分析方法计算分析了U型和L型平面非规则布置隔震结构局部变形的基本动力性能。     

大截面混凝土箱梁结构的计算方法及其应用

为了用少量单元获得高精度的混凝土箱梁空间应力计算结果,提出考虑截面形状组成并在梁轴方向应用高阶位移插值函数的中厚板梁段结构分析方法。以杭州湾跨海大桥非通航孔桥梁的设计方案为例,与三维实体有限元计算结果的比较表明,该方法在梁纵向只需划分少量单元就可以得到高精度的结果,适用于壁厚变化的大截面混凝土箱梁桥结构的计算分析。     

初始扭转欧拉梁有限元力学模型研究

基于传统欧拉直梁力学模型,对初始扭转欧拉梁有限元模型进行系统的分析与研究。采用2节点12个自由度模型,单元轴向位移插值函数采用2节点拉格朗日插值函数,梁截面横向弯曲位移u,v仍采用三次式位移模式。绕梁轴扭转角位移函数φz同轴向位移函数一样采用2节点拉格朗日插值函数。首先基于作者先前文献中初始扭转梁的弯曲正应变关系,导出初始扭转欧拉梁单元刚度矩阵。最后,通过矩形截面初始扭转悬臂梁算例,并与ANSYS三维实体有限元分析结果进行对比分析,表明建立的初始扭转欧拉梁单元刚度矩阵具有良好的精度。     

用条件极值法求解静不定空间桁架

求静不定空间桁架内力的余能函数取最小值问题,是满足桁架节点平衡方程的条件极值问题,可利用静不定空间桁架的余能函数及节点平衡方程,构造一个新的能量泛函数.把新的能量泛函数对桁架内力求一阶偏导数且令一阶偏导数等于零,可得到桁架的变形协调条件,再结合桁架节点平衡方程,即可求得静不定空间桁架的内力,然后把静不定空间桁架势能函数对作用在桁架节点的外力求一阶偏导数,可以求得该节点的变形位移.     

平面非规则多层房屋结构楼板变形动力性能简化计算研究

本文应用子结构方法,将楼板视为剪切弯曲深梁,用二次位移函数和一次转角函数描述楼面运动,从而建立了平面非规则房屋结构动力反应的简化计算模型。同时用时程分析方法计算分析了T型和U型平面非规则结构的楼板变形动力特性。     

非规则多层建筑楼板变形动力性能分析

应用子结构方法，将楼板视为剪切弯曲深梁，用二次位移函数和一次转角函数描述楼面运动，从而建立了平面非规则房屋结构动力反应的简化计算模型。同时用时程分析方法计算分析了T型和U型平面非规则结构的楼板变形动力特性。     

四节点索单元的悬索结构非线性有限元分析

针对柔性悬索结构几何非线性的特点,提出了一种四节点等参曲线索单元有限元模型,并采用三次多项式作为位移插值函数及单元初形状函数,基于修正的Lagrangian坐标描述法,从虚功原理出发推导出单元基本方程和单元切线刚度矩阵,集成后利用Newton-Raphson法求解并编制了程序进行实例计算。结果表明,本文方法精度很高且收敛速度快,可供悬索及索网等张拉结构分析、设计时采用。     

薄壁曲线箱梁空间分析的梁段单元

广义符拉索夫薄壁梁理论耦合有限元技术 ,推导出一种能模拟拉压、弯曲、扭转、扭翘、剪切和剪力滞效应的薄壁曲线箱梁梁段单元。单元为两节点九自由度 ,除了常规梁单元的六个自由度外 ,还有三个分别考虑扭翘、剪切和剪力滞效应的自由度。利用变分原理在曲线坐标系下推导了单元刚度矩阵的显式及其等效结点荷载列阵。并在推导中考虑了曲线箱梁横截面剪心与形心不重合的影响。算例表明了本单元的有效性和准确性。     

CFRP加固钢筋混凝土梁平面假设的非线性有限元分析

利用大型通用有限元软件ANSYS10.0,对碳纤维片材（CFRP）加固钢筋混凝土梁的平面假设进行了非线性有限元分析。分析包括了各级荷载下纯弯曲梁段和非纯弯曲梁段横截面上的水平位移,其结果表明,平面假设在所有情况下均有效。     

统筹考虑全截面剪切变形能的单剪滞位移参数的薄壁箱梁剪力滞计算方法

从薄壁箱梁弯曲剪应力、剪切变形与截面纵向位移之间的关系入手,推导了箱梁全截面翼板与腹板纵向位移沿箱室周线的分布函数,据此提出优化的 箱梁全截面剪力滞翘曲广义坐标函数。基于能量变分原理建立了综合考虑全截面剪切变形能的单剪滞位移的弯曲剪力滞控制微分方程组。该微分方程与既有 的箱梁剪力滞理论形式上保持一致,而将翼板剪力滞分析与腹板的弯翘分析统一起来。均布荷载作用下的简支梁与悬臂梁算例分析表明,该算法求得的剪力 滞系数和挠度值与块体元模型吻合良好。与不考虑腹板剪切变形的算法比较,该理论计算的剪力滞系数和挠度计算结果误差更小。     

考虑滑移和剪切变形的单箱双室组合箱梁剪力滞效应

为准确分析单箱双室组合箱梁的剪力滞效应,考虑钢混凝土的界面滑移效应和钢腹板的剪切变形,针对顶底板和翼板定义不同的剪力滞翘曲位移函数,基于能量变分法推导出单箱双室组合箱梁剪滞效应的控制微分方程及其闭合解。以单箱双室组合箱梁算例为基础,利用该方法分析其剪力滞效应的规律,结果表明:在同时考虑滑移和剪切变形时,组合箱梁的挠度比初等梁理论解大,且其挠度随界面滑移刚度的增大而减小;组合箱梁在均布荷载作用下,滑移量与荷载值近似成正比关系;在相同条件下,钢箱梁底板的剪力滞效应较混凝土顶板显著。     

单箱三室波形钢腹板悬臂梁扭转与畸变分析及试验研究

为研究单箱三室波形钢腹板箱梁悬臂状态下的扭转与畸变性能,以乌曼斯基第二理论和箱梁理论为基础,考虑了波形钢腹板的褶皱效应对箱梁纵向刚度的影响,推导了单箱三室波形钢腹板悬臂梁扭转与畸变微分方程,并采用初参数法及弹性地基梁比拟法求解了约束扭转和畸变产生的翘曲正应力和剪应力计算式。通过1片单箱三室波形钢腹板双悬臂梁进行了偏载和对称加载试验,验证了扭转与畸变翘曲应力计算公式的正确性。最后,利用推导的理论模型,分析了梁高、箱室宽度及波形钢腹板厚度等参数对偏载作用下单箱三室波形钢腹板组合箱梁截面翘曲应力的影响。研究结果表明：提出的理论计算公式可用于准确计算单箱三室波形钢腹板悬臂梁扭转与畸变效应;悬臂梁翘曲正应力主要由畸变变形引起,而约束扭转主要产生翘曲剪应力,且悬臂梁扭转和畸变产生的翘曲正应力值和剪应力值与弯曲正应力和剪应力的比值较大,因此,单箱三室波形钢腹板悬臂状态下扭转和畸变产生的翘曲正应力和剪应力不可忽略;梁高和箱室宽度对单箱三室波形钢腹板的翘曲应力影响较为显著,波形钢腹板厚度对其几乎没影响。     

剪力滞对斜拉桥中Π形主梁弯曲刚度影响分析

按实际施工动态过程分析剪力滞对Π形结合梁斜拉桥中主梁弯曲刚度的影响。基于能量变分法引入简化的剪力滞翘曲位移函数,导出一种可以考虑剪力滞与Π形结合梁弯曲刚度耦合影响的实用梁单元。该方法每节点采用两个剪力滞自由度,可以处理斜拉桥中集中弯矩引起的剪力滞位移边界条件突变和施工动态过程中荷载和剪力滞位移边界条件不断变化的问题。结合某Π形结合梁斜拉桥进行数值分析并与实测数据比较,验证了本文方法的有效性与准确性。研究表明,剪力滞效应使斜拉桥中主梁的抗弯刚度减小,且在悬臂施工阶段比成桥阶段的影响更大;相对于简支箱梁和连续箱梁而言,剪力滞对Π形结合梁斜拉桥主梁弯曲刚度的影响相对小一些,在悬臂施工阶段其对中跨的影响约为2%~7%,对边跨的影响约为3%~12%。     

单箱双室组合箱梁剪力滞效应分析

通过对组合箱梁底板、混凝土顶板与悬臂翼板引入不同的剪滞翘曲位移函数,利用能量变分法推导出考虑界面相对滑移、钢腹板剪切变形和剪力滞效应的微分方程及均布荷载作用下的解析解。以带有悬臂翼板的单箱双室组合箱梁为例,运用提出的解析法对其剪力滞效应进行分析,并与ANSYS有限元结果对比。结果表明:提出的解析法所得结果与ANSYS空间有限元计算结果吻合良好;界面滑移量和挠度随着滑移刚度的增大而增加,而剪力滞效应则无较明显的变化,因此在一定条件下可忽略滑移刚度对剪力滞效应的影响;混凝土顶板应力随着滑移刚度的增大而增大,且中腹板部位处顶板的剪力滞效应较边腹板部位处大,而钢箱梁底板则与之相反。     

Membrane forces acting on thin-walled box girders considering shear lag effect

A new method for the determination of membrane forces acting on box girder bridges considering shear lag effect is proposed in this paper. A box girder is divided into four thin plate elements: top plate, bottom plate, cantilever and web. Using the equilibrium conditions of the plates, the membrane force equation for each plate element is established. The analytical formulas for calculating the membrane normal, transverse and shear forces of each plate element considering shear lag effect are derived. The proposed method is easy to implement in the design of thin-walled box girders considering shear lag effect.Through examples using the high order finite strip element method and the experiment, the results obtained by the proposed method are examined and the accuracy of the proposed method is verified. The discussions on the shear lag effect on the membrane forces acting on cantilever box girders are given considering the variations of span to width ratio, width to height ratio and various loading conditions.     

A finite segment model for shear lag analysis

A finite segment model is developed to calculate the shear lag effects for box girders with varying depth. Multiple longitudinal displacement functions are used to derive the stiffness matrix and the nodal force vector of the segment element. The shear deformation of the web is taken into consideration. A Perspex glass model of a three-span continuous box girder with varying depth is tested to provide experimental results for verifying the accuracy of the proposed method. The influences of the flange width to span ratio and girder–height ratio upon the shear lag are presented and discussed.     

波形钢腹板组合箱梁桥剪力滞效应研究

波形钢腹板组合箱梁由于其力学性能和经济性能比普通箱梁优越而正被广泛地使用,本文介绍了计算波形钢腹板组合箱梁桥剪力滞系数的能量变分法,用有限元分析软件ANSYS进行了波形钢腹板组合箱梁桥的建模,并采用能量变分法的结果加以验证。结果表明采用有限元法模拟波形钢腹板组合箱梁桥的剪力滞效应效果较好,分析了波形钢腹板组合箱梁桥横桥向和纵桥向剪力滞系数的变化规律。     

曲线箱梁桥结构分析的一种有限元计算方法

本文提出在梁轴向引入高阶位移插值函数的曲线箱梁结构计算方法 ,由于本方法综合考虑了剪力滞、畸变以及大曲率等因素的影响 ,合地反映了箱梁结构的变形特性可用比较少的单元得到良好的计算精度 ,通过与通用程序Ansys6 1的计算结果比较 ,验证了本文方法的计算精度以及在工程设计中的实用价值