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。     

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。     

弹性支承上边界转动约束矩形板屈曲分析

随着工程结构的轻型化、薄壁化,薄板结构稳定问题越来越受到重视,针对不同条件下薄板屈曲问题开展了大量研究。弹性支承上的薄板屈曲、边界弹性转动约束的薄板屈曲和刚性支承上边界转动约束的薄板屈曲问题已有相关文献,关于非加载边弹性转动约束、弹性支承上薄板屈曲问题的研究尚不充分。该文研究了非加载边弹性转动约束、均匀受压弹性支承矩形薄板弹性屈曲问题。由Ritz能量变分法得到了临界载荷计算公式,应用有限元分析证实了理论解的适用性。得到了屈曲半波数与板的纵横比、边界转动约束系数及支承刚度之间的关系式,支承刚度增加使屈曲半波数和屈曲系数增大。     

中间支撑刚度对双跨梁屈曲稳定性的影响EI北大核心CSCD

研究了中间弹性支撑对受轴向压力的双跨梁屈曲稳定性的影响。分别采用整体以及分段方式建立了带中间弹性支撑的双跨梁模型,通过计算固有频率以及临界屈曲压力,相互验证了两种模型,并得到临界轴力随中间支撑刚度的变化规律。在此基础上,用整体梁模型分析双跨梁的静力学屈曲分岔现象,着重讨论了中间约束刚度对屈曲位形的影响。研究发现,在中间支撑刚度小于一个临界值时,随着支撑刚度的增加,虽然一阶屈曲位形逐渐远离简支屈曲梁的半周期正弦位形,但依然是稳定的;只是需要越来越高阶的截断,才能得到收敛的屈曲位形。而当中间支撑刚度超过临界值后,二阶位形变得稳定;仅采用单周期的正弦函数就能足够精确地描述屈曲位形,并且中间支撑刚度对临界轴力不再产生影响。该研究将为带中间支撑的梁或者管道设计提供理论指导。     

弹性支承曲线梁在移动荷载作用下动力响应研究

为探究弹性类支座对桥梁结构振动机理的影响及进一步发展曲线梁的车致振动理论,提出一种将弹性支承曲线梁振动形式考虑为弯曲变形和刚体位移组合的方法,建立简化计算模型,利用Garlekin 法和积分变换法推导移动荷载作用下弹性支承曲线梁的动力响应解析解,并验证本文方法的正确性。通过数值算例分析弹性支承曲线梁在移动荷载作用下的振动机理,以及支座刚度、曲率半径等相关参数对弹性支承曲线梁动力响应的影响规律。研究表明：曲线梁的支座约束情况发生变化会对桥梁结构的动力特性和动力响应造成差异明显的非线性影响,其支座竖向刚度越小,桥梁动力响应越大,不可直接将其简化为刚性支承梁;小半径弹性支承曲线梁与直线梁相比,其曲率半径对桥梁动力响应的放大效应十分显著,同样不可忽略。     

多索-梁结构固有振动特性分析

进行了单索-梁结构和二索-梁结构模型固有振动试验,采用斜拉桥整体动力分析有限元方法建立了索梁结构有限元模型,与试验结果进行的比较验证了所建有限元模型的正确性。通过对单索-梁结构至四索-梁结构的固有振动特性的有限元分析表明,斜拉索的存在和数量对索梁结构的面内固有频率影响较大,对面外固有频率影响很小;斜拉索的增加使索梁结构面内振动频率增大的主要原因是斜拉索对主梁起到竖向支承的作用。将斜拉索竖向支承作用简化为弹性支撑,考虑斜拉索水平分力对主梁轴力的影响,推导得到了多索-梁结构面内固有振动的频率方程和振型函数,与有限元计算结果进行的对比说明了所得简化公式的正确性和适用性。     

基于矩阵位移法的桩锚结构分析方法

采用将桩锚结构视为荷载作用-侧向弹簧支承的连续梁模型,支护桩为直立的弹性地基梁,主动土体转换为土压力,锚杆简化成为可逐步施加的弹簧支承,而被动土体则用侧向支承的土体弹簧替代.土体弹簧的刚度K是通过半无限大弹性空间内部水平荷载作用下的Mindlin 解来确定,这种方法降低了因深度加深而带来弹簧刚度的增长率,更加符合实际情况.针对这种弹性地基梁模型,提出了以矩阵分析为手段的计算方法,该法优点在于将桩锚视为桩-锚-土三者协同作用的支护结构,同时在计算过程中充分考虑了基坑分步开挖的施工过程对支护桩、锚杆以及被动土体的变形影响.通过实例分析表明:矩阵位移法为桩锚结构设计提供了一种合理、有效的计算方法.     

弹性支承输流管道在分布随从力作用下的稳定性

以两端弹性支承梁的振型函数为试函数,采用Galerkin法对在流动流体和分布随从力共同作用下管道的运动微分方程进行离散。通过求特征值,研究了两端弹性支承输流管道在分布随从力作用下复频率的变化以及失稳时的临界流速。分析了支承刚度、分布随从力、流速、质量比对输流管道振动与稳定性的影响。数值计算结果表明,支承刚度的变化对临界流速有较大的影响,支承刚度的变化和分布随从力的大小及方向会影响输流管道失稳类型。     

任意弹性支承张拉预应力钢桁架内力综合显式表示与敏度分析

本文通过引入一粗弹性约束，建立了任意弹性支承张拉预应力钢桁架计算模型。给出了桁架单元内力随弹性支承刚度参数及拉索刚度参数变化的综合显式表达式，并就这些参数对桁架内的影响进行了敏度分析。     

多跨高墩变截面梁桥的动力学特性研究

研究多跨高墩变截面梁桥的自由振动特性。计算主梁截面等效面积和等效惯性矩,将桥墩简化成弹性支承,基于Euler-Bernoulli梁理论建立了一个带有多个弹性支承的多跨高墩桥梁分析模型。将弹性支承反力看作是梁上的未知外力,计算主梁固有频率及振型,计算结果与有限元结果具有很好的一致性。分析了主梁截面变化率与桥墩高度对主梁固有频率以及振型的影响,研究结果可为多跨高墩变截面梁桥的合理设计提供参考。     

基于悬吊系统的钢-混凝土组合桥面系试验

新型抗拔不抗剪T型连接件（T型连接件）能有效改善组合梁负弯矩区混凝土的抗裂性能。为研究悬索桥桥面系受力状态,同时探究T型连接件对组合桥面系力学性能的影响,该文开展了钢-混凝土组合桥面系的悬吊试验研究,并建立了ANSYS有限元模型对试验结果展开分析。构件采用工字型截面,在构件北侧南侧分别设置T型连接件和栓钉。试验中采用悬吊装置将构件吊起,加载方案包括弹性工况、扭转工况及极限工况加载。研究结果表明T型连接件能有效降低混凝土拉应力。在正常使用阶段T型连接件对桥面系刚度影响较小,在屈服荷载后才会因显著的界面滑移导致刚度下降;此外T型连接件也会一定程度降低桥面系扭转刚度。T型连接件的使用会增大钢结构压应力,设计时需注意钢结构的防屈曲设计。为充分释放钢-混凝土界面剪力,T型连接件在设计时塑料泡棉的厚度应满足正常使用阶段界面最大滑移量的要求。此外,试验结果也体现出悬索桥桥面系与连续梁受力状态的差异。该文研究成果能为T型连接件的后续理论分析及工程应用提供支撑,基于悬吊系统的试验方法可为悬索桥试验研究提供借鉴。     

Buckling analysis of embedded nanotubes using gradient continuum theory

The buckling of nanotubes embedded in an elastic matrix is modeled within the framework of Timoshenko beams. Both a stress gradient and a strain gradient approach are considered. The energy variational approach is adopted to obtain the critical buckling loads. The dependences of the buckling load on the nonlocal parameter, the stiffness of the surrounding elastic matrix, and the transverse shear stiffness of the nanotubes are obtained. The results show a significant dependence of critical buckling load on the nonlocal parameter and the stiffness of the surround matrix. The Euler beam model, which neglects the shear stiffness of the nanotubes, over-predicts the critical buckling load. It is also found that the strain gradient model provides the lower bound and the stress gradient model provides the upper bound for the critical buckling load of nanotubes. In addition to mechanical buckling, thermally induced buckling of the nanotubes embedded in an elastic matrix is also studied. All results are expressed in closed-form and therefore are easy to use by materials scientists and engineers for the design of nanotubes and their composites.     

Influence of the prebuckling stress-field on the critical loads of inhomogeneous composite laminates

The paper studies the uniaxial buckling behavior of composite laminates in which preselected variations of fiber spacing in the constituent laminae are adopted. Such laminates are referred to as inhomogeneous laminates because of the variable elastic stiffness along the coordinate axes. A non-uniform prebuckling stress state observed even under constant uniaxial compression has a pronounced influence on the buckling behaviour of an inhomogeneous laminate. A procedure is summarized for computing the critical load of a laminate using the Ritz method which exploits an analogy between the bending and stretching formulations and utilizes Gram-Schmidt orthogonal polynomials. The paper illustrates that the variation in fiber spacing is an innovative way of increasing the critical load for a prescribed amount of fiber and highlights its remarkable sensitivity to the nature of fiber spacing, in-plane and out-of-plane boundary conditions, fiber type and the aspect ratio of the laminate.     

加劲钢板剪力墙弹性抗剪屈曲性能研究

系统地分析了三个主要参数(板高厚比λ、肋板刚度比η和柱刚度β)对钢板剪力墙弹性屈曲性能的影响;提出了钢板剪力墙的三种弹性屈曲形式(局部屈曲、整体屈曲和相关屈曲),指出肋板刚度比η=40时(相当于I s=3.7bt3)能保证十字加劲板发生小区格板的局部屈曲或整块板的相关屈曲;指出现行高层建筑钢结构规范用于纵横加劲板局部屈曲荷载的设计表达式仅适用于η≥40的条件,而在η<40范围内,其计算结果偏于不安全;研究了交叉加劲板的弹性屈曲荷载,并与非加劲板和十字加劲板的屈曲性能进行了比较;最终给出了柱刚度对弹性屈曲荷载的修正系数,提出了交叉加劲板弹性屈曲荷载的简化计算公式。     

弹性地基上加热弹性圆板的热过屈曲及临界屈曲模态跃迁

基于von Kármán薄板理论建立了Winkler弹性基础上弹性圆板在均匀升温下的轴对称热过屈曲控制方程。这是一组以中面位移为基本未知量的非线性常微分方程,其中包含了温度载荷和弹性地基刚度两个参数。采用打靶法数值求解相应的非线性两点边值问题,获得了周边不可移简支圆板的热屈曲及热过屈曲响应。绘出了前三阶屈曲模态对应的临界温度载荷随地基参数连续变化的特性曲线,获得了反映临界热屈曲模态跃迁特性的地基参数值。给出了弹性圆板按一阶模态失稳后的热过屈曲平衡路径和平衡构形,分析了地基刚度参数对临界屈曲温度载荷以及过屈曲平衡构形的影响。     

土-钢共同作用下大跨度波纹钢板管廊结构局部屈曲分析

对于采用深波和大波波形的大跨度波纹钢板综合管廊,其截面平直段在结构整体达到极限承载力之前可能发生局部屈曲。采用Rayleigh-Ritz法对大跨度综合管廊结构中波纹钢板平直段的局部屈曲进行分析。将波纹段考虑为平直段的弹性约束,土体作用考虑为只能承受压力的弹性基底,根据环压理论,得到了钢板平直段在环向均布压力作用下屈曲半波数分别为偶数和奇数时的屈曲荷载理论解。讨论了转动弹簧约束系数对临界屈曲系数的影响,得出非加载边波纹段对平直段的约束作用可视为简支或固支的转动约束系数值;得到了土体弹簧刚度与屈曲荷载间呈线性关系;讨论了板件纵横比与临界屈曲系数间的关系,得到了临界屈曲系数趋于定值时相应的板件纵横比,给出了简化公式。通过有限元值、简化公式值与理论值的对比,证实了简化公式的适用性。最后,根据屈服准则和等稳准则,提出相应的防止大跨径波纹钢板局部屈曲的宽厚比限值的计算公式,可为实际工程提供参考。     

冷轧薄宽带钢局部型中浪瓢曲变形行为研究

针对薄宽带钢冷轧过程中易发多发的局部型中浪瓢曲缺陷,引入非均匀载荷宽度、弹性约束系数及平均张应力建立了屈曲变形的解析计算模型。应用能量最低原理对屈曲变形区域进行搜索求解,得到了局部型中浪屈曲临界条件(包括临界应力、屈曲波长和屈曲波宽),获得了其与非均匀载荷宽度、弹性约束系数、平均张应力的关系,并发现平均张应力是产生局部型中浪的重要影响因素。应用样条有限元方法对局部型中浪进行数值仿真分析,验证了屈曲解析计算方法的正确性。在实验轧机上进行了轧制研究,通过轧制获得了局部型中浪屈曲模态,对实验结果分析得到了相对应的屈曲临界条件,与解析法和样条有限元法结果基本吻合,证明了样条有限元计算方法与解析计算方法的正确性及其工程应用价值。     

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。     

隔震曲线连续梁桥铅芯橡胶支座参数优化

为了提升铅芯橡胶支座（LRB）在隔震曲线梁桥中的减隔震效果,该文对LRB力学性能参数进行了优化分析。首先,采用ANSYS建立了某三跨隔震曲线梁桥有限元模型,考虑LRB屈服力、初始刚度及屈服后刚度等性能参数的影响,对该桥进行非线性时程分析,得到了结构关键地震响应随支座力学性能参数的变化规律,并确定了支座参数的合理取值范围。在该支座参数区间内,又以墩底剪力之和为目标函数,基于零阶优化算法,对LRB力学性能参数进行了优化。结果表明:屈服力、初始刚度及屈服后刚度对隔震连续梁桥地震响应有显著影响;隔震支座参数优化后,使得隔震支座峰值位移得到了有效控制,同时不显著增大墩底剪力,且边墩与中墩墩底剪力差值明显缩小,各墩受力更趋均衡。