半穿式应急钢桁梁上弦杆面外屈曲临界力研究EI北大核心CSCD

根据半穿式应急钢桁梁的结构特点和屈曲特征,将其上弦杆简化为侧向弹性支撑下的连续梁,考虑轴力分布、支撑条件及挠曲线形式建立四种平面模型,采用能量法推导其面外屈曲临界力解析解,并建立不同跨径半穿式应急钢桁梁整体模型,通过理论结果与仿真结果的对比分析,探讨各平面模型的优缺点及其适用性,旨在提出便于工程应用的屈曲临界力计算方法。研究结果表明:四种平面模型的稳定方程和屈曲临界力解析解形式各不相同;基于给出的临界刚度计算公式,结合实际支撑刚度和临界刚度的关系,可初步确定屈曲半波数;半穿式应急钢桁梁稳定性与跨径密切相关,线弹性稳定系数随跨径增大逐渐减小,且屈曲模态半波数有所增加,但失稳时上弦杆最大轴力基本保持不变;相比整体模型和文献算法,模型Ⅰ、Ⅱ结果过于保守不宜直接采用,模型Ⅲ、Ⅳ计算误差较小,由于模型Ⅳ计算过程繁复,而模型Ⅲ简单实用,综合考虑准确度和实用性,建议采用模型Ⅲ作为屈曲临界力计算的首选方法。     

无背索斜拉桥稳定分析的能量法

无背索斜拉桥在理想的成桥状态下,面内失稳模态为主梁屈曲。将主梁简化成弹性地基梁计算模型,选用正弦级数作位移函数,运用能量方法,提出了主梁屈曲临界荷载的计算公式。结合该类桥梁的结构布置特点,用简洁的连续函数描述主梁轴压力和拉索弹性支承刚度的变化,同时用简单的线形折减系数反映斜塔变形对拉索弹性支承刚度的影响。最后以长沙市洪山大桥为例,用该方法计算了其成桥状态屈曲临界荷载,其结果与有限元解对比具有很好的精度。     

设有单根拉条滑动座连接檩条的稳定性分析

采用精确解析解方法研究了跨中设有拉条、与屋面板采用滑动座连接的檩条承受纯弯矩时的弯扭屈曲,檩条两端简支,屋面板对檩条提供均布弹性扭转约束,拉条提供侧向弹性支撑。求解得到了解析解,给出了檩条由对称屈曲转变为非对称屈曲对应的拉条门槛刚度的表达式,并讨论了檩条截面、跨度、扭转约束刚度大小、拉条刚度大小及拉条作用点高度等因素对门槛刚度和临界弯矩的影响。经过全范围算例计算,给出了临界弯矩简化表达式。研究发现,无论均布扭转约束多大,无拉条时檩条总是以一个正弦半波屈曲,从而呈现出与均布弹性地基上压杆的屈曲不一样的性质。     

板件中间V形加劲复杂卷边槽钢轴压构件的稳定性能研究

分别采用有限条数值解法和手算方法对16根轴压简支试件的弹性局部、畸变屈曲临界应力进行了计算,对比了数值解法与手算方法的计算结果,验证了手算方法求解弹性稳定临界应力的有效性。研究了V形加劲复杂卷边槽钢轴压构件的弹性稳定性能。研究表明:V形加劲肋的存在对轴压试件的弹性局部屈曲临界应力影响显著,但对弹性畸变屈曲临界应力影响较小,减小翼缘板件的宽厚比能明显提高截面的弹性畸变屈曲临界应力。     

Bernoulli-Euler梁横向振动固有频率的轴力影响系数

给出了考虑轴力对于Bernoulli-Euler梁横向振动固有频率影响系数的高精度表达式。与动力刚度法推导等截面梁自由振动分析的动态刚度阵不同,首先获得承受常轴力的Bernoulli-Euler梁横向自由振动微分方程的通解,并通过位移边界条件消去待定常数,得到精确形函数;使用有限元方法,建立了使用精确形函数表达等截面Bernoulli-Euler梁动态刚度阵的微分格式,该微分格式精确刚度阵与动力刚度法得到的刚度阵完全一致。仿照Timoshenko对压弯梁静态挠度表达中取用轴力影响因子的方法,提出了Bernoulli-Euler梁横向振动固有频率的轴力影响系数表达式,结合Wittrick-Williams算法和动态刚度阵证明了当轴力在±0.5倍第1阶欧拉临界力之间变化时,轴力影响系数表达式最大误差不超过2%,且随固有频率阶次的提高,误差越来越小。     

带有任意弹性支撑的大型有面外支撑杆X撑结构屈曲分析

X型支撑结构已广泛应用于大型海洋工程主要支撑结构设计中，如设计使用不当，将有可能发生由支撑杆的屈曲失稳而引发的结构坍塌变形。在极限荷载下，X撑杆的屈曲失稳本质上属于典型的多跨压杆稳定问题，其极限承载力与撑杆的结构组成、几何参数以及端部约束密切相关。该文主要研究有(无)面外支撑的非对称交叉支撑体系在任意弹性支撑下X撑结构屈曲特性，侧重于考察端部约束、受力形式、面外支撑刚度等因素的影响。首先基于线弹性理论框架，建立了双跨受压杆件平衡方程，利用牛顿迭代算法进行屈曲载荷计算，从而得到跨中连续的非对称交叉支撑杆的有效长度因子数值解，并对端点支撑刚度和跨中支撑刚度进行了敏感性分析。结合工程实践，给出了杆件屈曲长度系数和刚度约束条件关键设计参数。     

翼缘削弱型钢梁的整体稳定性分析

针对钢框架梁翼缘削弱式(RBS)节点梁的整体稳定性能进行了分析。采用能量法研究了不同荷载作用下RBS 梁的整体稳定性能, 将梁翼缘削弱段刚度采用等效折减刚度进行分析, 得到RBS 梁侧向弯扭失稳的临界荷载, 并与等截面梁临界荷载进行对比。讨论了不同削弱参数下RBS 梁的临界弯矩变化规律, 并通过有限元数值计算验证了削弱参数对RBS 梁弯扭失稳临界弯矩的影响。研究结果表明:RBS 梁削弱参数整体对侧向弯扭失稳影响明显, 其临界弯矩值较同尺寸的普通钢梁明显降低, 工程设计中应考虑其不利影响;RBS随梁跨度的增加, 削弱段局部刚度对整段梁的刚度影响作用减弱, 当RBS梁的高跨比较小时, 可以忽略削弱参数对临界弯矩的影响。     

线弹性土壤中埋设悬跨管道的屈曲分析

建立了两端埋设在线弹性土壤中的悬跨管道的屈曲方程。利用细长梁小挠度理论,建立了含有轴向压力的悬跨段和埋设段管道的弯曲控制方程。基于埋设段管道的刚度和变形特性,建立了符合悬跨段管道实际情况的边界条件。导出了悬跨段管道对称屈曲和反对称屈曲的屈曲载荷方程,通过数值求解给出了不同土壤刚度系数条件下悬跨段管道屈曲载荷。研究表明:悬跨段管道的屈曲载荷系数依赖于土壤刚度系数,简支梁模型只在特定的土壤刚度系数下适用于悬跨管道;在土壤刚度系数很大时,两端固支梁模型才能反映悬跨管道的屈曲特性。建议采用该方法进行埋设悬跨管道的屈曲分析。     

基于弹性基础梁理论的复合材料薄壁圆柱壳屈曲承载力模型

提出一种复合材料薄壁圆柱壳轴压局部屈曲承载力计算模型。在梁弯曲变形平截面假定和小变形假定的基础上,提出复合材料层合梁抗弯刚度的计算方法;根据轴压下圆柱壳的几何对称性及受力对称性,将圆柱壳局部屈曲问题转化为轴向和环向壳带的弯曲变形问题。依据薄壳稳定理论,建立弹性基础上纵向壳带局部屈曲模型,得到了复合材料圆柱壳屈曲承载力解析公式。理论计算公式与经验工程计算公式相比,具有形式上的相似性,且得到的计算系数可直接求出,而非经验范围选取。对三种铺层的复合材料薄壁圆柱壳进行了轴压试验,结合文献试验数据对比,试验结果与理论预测值基本一致,满足工程精度要求,验证了模型的正确性。     

带肋局部双层网壳的失稳特征研究

应用几何非线性有限元理论,考虑大位移和轴力对刚度的影响,采用广义增量法,建立杆、梁、特殊梁(一端刚接一端铰接)组合适宜局部双层网壳构造特点的数值分析方法。对带肋局部双层网壳的稳定性状进行了深入分析,研究了刚度矩阵特征值、增广平衡矩阵最小奇异值、广义载荷等结构特征参数在第一临界点和后屈曲路径的变化特点,同时分析了结构参数、边界条件、解析模型的影响。根据分析结果,可得到对工程应用有指导意义的结论。     

Q460高强钢焊接工字形截面单伸臂梁整体稳定性能与设计方法研究

为研究Q460高强钢焊接工字形截面单伸臂梁的整体稳定性能以及完善规范中关于此类构件的设计方法,进行了6根集中荷载作用下Q460高强钢焊接工字形截面单伸臂梁的整体稳定性能试验,测量了试件的初始几何缺陷和截面残余应力。试验结果表明：当单伸臂梁整体失稳的控制梁段位于简支跨时,单伸臂梁的整体稳定承载力随伸臂长度比的增大而减小,截面高宽比较伸臂长度比对单伸臂梁整体稳定承载力的影响更大。在试验基础上,运用有限元程序创建考虑初始几何缺陷和残余应力的有限元模型对试验进行模拟,模拟结果与试验结果吻合良好;基于试验验证的有限元模型,分析荷载形式、荷载比例、简支跨长度、伸臂跨长度和截面高宽比等因素对Q460高强钢焊接工字形截面单伸臂梁整体稳定承载力的影响规律。基于特征值屈曲分析结果,回归出单伸臂梁的弹性屈曲临界弯矩计算公式,并通过对试验结果和有限元参数分析结果的回归提出了Q460高强钢焊接工字形截面单伸臂梁的极限弯矩计算公式。     

转速数对滑动轴承动力学系数影响研究

本文建立了滑动轴承的基于短轴承非线性油膜力模型,通过转速对轴承动力学特性的影响研究,得到了偏心率、最小油膜厚度、最大油膜压力、摩擦功耗、温升、临界轴颈质量、刚度系数、阻尼系数、二维和三维油膜压力的影响因素研究;在对三维油膜压力分析时发现存转速存在在一个临界值,当转速低于这个临界值时,转速对最大油膜压力影响较大,当转速高于这个临界值时,转速对最大油膜压力影响不大。     

联肢剪力墙的刚度、稳定性以及二阶效应

该文采用连续化模型,对双肢剪力墙结构平面内稳定性进行了研究,求得了顶部作用集中压力时临界荷载的精确显式表达式和显式屈曲波形。这个临界荷载公式表明,联肢剪力墙是一种双重抗侧力结构,并且可以采用串并联电路模型来表示两者之间的相互作用。串并联模型推广到线性分析的情况,得到顶部抗侧刚度的显式表达式,与精确解进行了比较。推导了顶部作用竖向集中荷载时,在不同水平荷载作用下结构的侧移、墙肢弯矩、墙肢轴力和连梁弯矩放大系数,并提供了近似计算公式。     

初始扭转轴压杆弹性弯扭屈曲性能研究

根据初始扭转轴压杆的变形规律导出了相应的弹性弯扭屈曲方程。方程表明:由于初始扭转角的存在,两抗弯主轴方向上的弯曲屈曲变形相互耦合;且由于截面剪心和形心不重合,弯曲屈曲变形与扭转屈曲变形也相互耦合。而对于具有双轴对称截面的初始扭转轴压杆,弯曲屈曲变形与扭转屈曲变形相互独立。同时,对不同初始扭转角的轴压杆进行有限元分析,指出Frisch-FayR错误的分析假定,验证了双轴对称截面的初始扭转轴压杆弹性弯曲屈曲变形曲线是一条空间曲线,且随着初始扭转角的增加,该曲线对平面曲线的偏离变大。最后,进行了初始扭转杆的有限元参数分析,得出初始扭转轴压杆弹性弯曲屈曲承载力与初始扭转角和截面抗弯刚度比参数的变化关系。初始扭转角的存在使强轴对压杆绕弱轴的屈曲位移产生"抵抗"作用,从而提高了杆的弹性弯曲屈曲临界承载力;截面抗弯刚度比μ越大,初始扭转角使这种"抵抗"作用越强,弹性屈曲承载力越高。     

无背索斜拉桥竖弯刚度评估模型与方法研究

基于斜拉桥中拉索对桥面梁起弹性支撑作用的受力特点,针对无背索斜塔斜拉桥提出一个新的双梁离散弹簧动力学模型。该模型将斜拉索简化为无质量弹簧,将桥塔和桥面梁视为考虑轴力影响的欧拉柏努利梁。然后基于传递矩阵法基本原理,推导得到了无背索斜塔斜拉桥成桥状态竖弯刚度评估方法的基本理论。最后以长沙市洪山大桥为算例,计算了其成桥状态时的自振频率和模态,并对普通钢索被替换为CFRP斜拉索后对桥梁整体竖弯刚度的影响进行了研究分析。结果表明,提出的模型能很好地评估无背索斜塔斜拉桥的竖弯刚度。另外,相比于传统钢拉索,CFRP斜拉索能不同程度地增加无背索斜塔斜拉桥的整体竖弯刚度。     

弹性约束下Timoshenko夹层梁的热屈曲行为研究

综合考虑构件轴线伸长和1阶横向剪切变形等条件下,建立横向受热作用且周围有弹性支承约束的夹层梁几何非线性精确数学模型。利用打靶法数值方法获得了两端转角弹簧与横向弹性地基共同约束时夹层梁的静态热过屈曲数值解。改变梁端转角弹簧刚度,获得不同的临界屈曲温度;当改变夹层梁物性参数时,给出平均升温参数与水平轴向压力之间的关系曲线;当两端转角弹簧刚度和弹性地基刚度同时给定时,分析非均匀升温参数与夹层梁热过屈曲和热弯曲组合变形之间的关系。     

对角槽钢加劲钢板剪力墙抗震性能试验研究

为研究大跨高比的对角槽钢加劲钢板墙结构,该文对3个1/3缩尺的钢板剪力墙试件进行了拟静力试验研究,包括一个拼接式钢板剪力墙和2个拼接式-对角槽钢加劲钢板剪力墙。试验结果表明钢板剪力墙有良好的耗能能力,对角加劲钢板墙滞回曲线饱满呈梭形。槽钢的两个翼缘与钢板连接,形成具有更大抗扭刚度闭口截面,在加载过程中避免了加劲肋的扭转而导致加劲效果降低。对角布置的槽钢加劲肋具有较大的抗弯刚度,在弹性阶段提高钢板的弹性屈曲荷载,限制钢板平面外变形;在弹塑性阶段能起到增大拉力带的作用,提高结构承载力。推导了框架柱的剪力、轴力和弯矩计算公式,结果表明对角槽钢加劲形式对边缘构件的附加轴力和剪力作用较大,因此在设计时应考虑加劲肋的支撑作用。     

多跨弹性支承连续矩形薄板屈曲分析

针对钢箱梁和混凝土薄壁箱梁受压翼缘的稳定问题,基于状态-空间向量法,提出了一种用于弹性支承连续矩形薄板弹性屈曲分析的计算方法。与有限条法结果对比,验证了该方法的可靠性。分析了跨间弹性支承刚度和布置以及荷载参数对屈曲的影响,结果表明:跨间弹性支承对连续矩形薄板屈曲影响明显,屈曲系数随着弹性支承刚度的增大呈非线性增长;等间距、等刚度布置弹性支承有利于板的稳定性,弹性支承的刚度或间距差别越大,对板的稳定性越不利;不同荷载工况下,弹性支承刚度-屈曲系数关系曲线的变化规律基本相同,弹性支承刚度较小时,荷载参数对屈曲系数影响显著,单向受压的屈曲系数可达双向等值受压的两倍。     

轴向力作用下埋设于线弹性土壤中的悬跨管道振动分析

利用细长梁的小挠度理论,建立了两端埋设在线弹性土壤中的含轴向力的悬跨管道自由振动方程。基于埋设段的刚度约束特性,建立了悬跨段管道的边界条件。解析求解得到了悬跨段管道频率方程,数值求解了不同土壤刚度和轴向力条件下悬跨段管道的固有频率。研究表明:悬跨段管道振动特性取决于轴向力系数和土壤刚度系数,工程上推荐使用的简支梁和两端固支梁模型只在几个特殊参数点上适用,建议采用该方法进行悬跨管道振动分析。     

张弦梁平面外弹性稳定性能研究

无平面外支撑的张弦梁在平面内受荷过程中可能发生平面外失稳。该文首先将张弦梁的平面外失稳分为索撑体系的失稳和张弦梁整体失稳,并采用平衡法和能量法对索撑体系的稳定性进行研究;其次对于张弦梁平面外整体失稳,指出将撑杆和拉索的作用等效为集中力、提取钢梁进行稳定设计的方法并不安全;该文采用Ritz法建立张弦梁的势能方程,结合势能驻值原理,得到张弦梁在全跨均布荷载和纯弯荷载下的平面外弹性屈曲荷载,结果与有限元吻合较好。该文得到的张弦梁平面外屈曲荷载计算公式对其平面外稳定设计具有参考作用。