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。     

简支超静定梯形斜梁桥变形的分析计算及其参数研究

本文用斜梁挠曲扭转微分方程，导出了简支超静定单梯形斜梁在常见荷载下的变形计算公式，并就其弯曲扭刚度比Ｋ，斜交角Φ，荷载型式及平面型式等参数对变形特性的影响进行了分析讨论，可供设计部门参考。     

半开式桁架桥结构稳定性分析

半开式桁架桥无上部联系,其上弦杆易发生平面外屈曲。在上弦杆屈曲后的整桥体失稳模态中,存在明显的横向弯曲与扭转变形,上弦杆屈曲临界力和屈曲模态与理论结果有一定差异。该文使用有限元软件对一定数量的半开式桁架桥进行分析,通过有限元结果对影响桁架桥稳定性的因素进行了探讨,发现影响半开式桁架桥稳定性的尺寸参数是宽跨比,对这一桥型而言,稳定性与其宽跨比有正比关系;宽跨比对稳定性的影响来自其对整桥横向刚度和扭转刚度的影响,两种刚度共同决定整桥稳定性,但横向刚度是决定性因素;横向刚度会影响整桥失稳模态,若失稳模态产生突变,稳定性能随之产生巨大变化;对单座桥梁而言,若要通过增大宽跨比来提高稳定性,必须使两榀主桁建立有效联系,否则会起反作用;加装风撑能有效联系主桁,加强整桥横向刚度,进而提升整桥稳定性,但风撑无法加强抗扭刚度。     

应变梯度塑性理论下超薄梁弯曲中尺度效应的数值研究

构造了一个在物理空间二次完备的应变梯度非协调单元,在验证了单元数值可靠性后,采用该单元详细研究了均布载荷作用下超薄梁弯曲中的尺度效应现象。计算结果与实验观测一致,即随着梁厚度的减小,其尺度效应增强。并发现在平面应力状态下,梁的梯度效应略强于平面应变状态。最后指出,尽管梁越薄,其梯度效应越强,但梁抗弯刚度仍随厚度的增加而增大。     

任意非对称断面薄壁箱梁一维有限元分析

根据薄壁箱梁的实际支承特点,设置支承坐标系并在支承坐标系中建立变形协调的相容条件,针对任意非对称断面薄壁箱梁,导出了考虑拉(压)弯扭翘空间耦合分析的单元刚度矩阵及等效节点力公式。此外,提出了通过设置具有线刚度、转动刚度、扭翘刚度的假想弹簧单元,对薄壁箱梁的复杂约束条件进行处理的一般方法。所得到的刚度矩阵表明,只有当忽略翘曲变形对截面转角的影响时,轴向拉压才只与水平弯曲及竖向弯曲相耦合,而与约束扭转不再耦合。算例结果表明了分析方法的有效性。     

考虑剪切变形影响的斜梁桥自振频率的解析方法

斜梁桥振动频率没有显式解,给使用《公路桥涵设计通用规范》方法计算冲击系数带来不便。考虑斜梁桥振动时的弯扭耦合效应,分别采用修正的Timoshenko梁理论建立其弯曲振动的动态刚度矩阵,采用Saint-Venant扭转理论建立其自由扭转振动的动态刚度矩阵,结合斜支承边界条件,导出斜支承坐标系下的动态刚度矩阵,提取弯矩-转角的刚度方程,根据其奇异条件建立关于斜梁桥自振频率的超越方程,采用二分法对超越方程进行求解以得到自振频率。该文分析了一座标准A型单跨斜箱梁桥考虑与不考虑剪切变形影响时的前5阶振动频率随斜交角的变化,比较了正交简支初等梁和正交简支深梁、斜支初等梁和斜支深梁的前5阶频率。结果显示:斜梁桥基频随斜交角的增大而增大、第2阶频率随斜交角的增大而减小;斜梁桥振动频率的计算应采用考虑剪切变形影响的深梁理论。     

湿-热-机-弹耦合FGM梁的稳定性及振动特性

研究了初始轴向机械载荷作用下Winkler-Pasternak弹性地基上功能梯度材料（FGM）梁在湿-热环境中的稳定性及振动特性。假设温度和湿度沿梁厚度方向稳态分布,材料的物性依赖于温度且按Voigt混合幂律模型连续分布。首先,基于一种扩展的n阶广义梁理论,应用Hamilton原理,统一建立了以轴向位移、弯曲变形项挠度及剪切变形项挠度为基本未知函数FGM梁的屈曲及自由振动方程,采用Navier解法获得了FGM简支梁静动态响应的精确解。其次,通过算例验证并给出了该广义梁理论阶次n的理想取值,丰富梁理论的同时,可供验证或改进其他各种剪切变形梁理论。最后,着重探讨了3种湿-热分布下湿度与温度增加、初始轴向机械载荷、跨厚比、地基刚度、梯度指标等诸多参数对FGM梁稳定性和振动特性的影响。     

一阶剪切理论下功能梯度梁与均匀梁静态解之间的相似关系

基于一阶剪切理论,研究了功能梯度材料Timoshenko 梁的静态弯曲解与对应的均匀材料梁的解的线性转换关系。通过比较功能梯度材料梁和均匀材料梁的无量纲控制方程,发现了它们弯曲解的线性相关性。在给定材料弹性模量沿横向非均匀变化规律后,可将功能梯度材料Timoshenko 梁在静载荷作用下的弯曲变形解用相同尺寸、相同载荷以及相同边界条件下的均匀材料Timoshenko 梁的弯曲变形解线性表示。这样,可将非均匀Timoshenko 梁弯曲问题的求解转化为对应的均匀材料Timoshenko 梁弯曲问题的求解和转换系数的计算,从而使得求解过程得以简化。     

直角扣件钢管节点抗扭性能试验研究

进行了33 个直角扣件钢管节点的抗扭性能试验,试验参数主要有:扣件拧紧扭矩的大小、扣件的周转次数、周转加载幅度等。试验结果表明:随着扣件拧紧扭矩的增大,在一次性破坏试验下扣件钢管节点的抗扭刚度也随之增大,但是在多次周转试验下,其刚度增加的幅度则不如一次性破坏试验时明显,而且周转加载幅度越大时,抗扭刚度增加的幅度也越小;扣件周转次数对节点抗扭刚度的影响相对较大,周转次数为15 次时,节点抗扭刚度达到最大,周转次数超过35 次时,抗扭刚度趋于恒定,同时在该文试验的周转次数范围内,扣件节点的抗扭刚度均大于新扣件一次性试验的抗扭刚度;周转加载幅度越大,则节点的抗扭刚度下降的愈快,试验能周转的次数也愈少。在试验结果的基础上,回归出直角扣件钢管节点扭矩(T)-转角(θ)的关系曲线。由于扣件的节点抗扭刚度,同时受多种因素的相互影响,而工程上也较难界定扣件的周转次数及周转加载幅度等因素,针对以上情况,提出了扣件式钢管支撑体系施工中的几点建议。     

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。     

钢-混凝土预制混合梁变形性能研究

基于两端固定边界条件下预制混合梁的静力受弯试验,研究了此类预制构件在跨中集中荷载作用下的变形性能。采用奇异函数法建立了预制混合梁的挠曲线计算公式,分析了钢梁与混凝土梁抗弯刚度比、长跨比以及高跨比对变形性能的影响。结果表明:各试件考虑剪切变形影响的挠度计算值与试验值吻合较好,与预制混凝土梁相比,剪切变形对预制混合梁变形性能影响更为显著;由剪切变形引起的附加挠度与总挠度比值随长跨比增加呈线性增长趋势,相同长跨比下其比值随高跨比的增加而增大;建议预制混合梁在高跨比大于1/12时考虑剪切变形的影响。     

Consistency aspects of out-of-plane bending,torsion and shear in a quadratic curved beam element

Curved beams in civil engineering applications call for out-of-plane bending and torsion under the action of out-of-plane transverse shear loads. The design of a quadratic displacement curved beam element capable of representing shear deformation as in the Timoshenko beam theory requires special attention to the manner in which the shear strain is represented. Field-inconsistent representations of the out-of-plane transverse shear strain will result in a loss of efficiency and introduce spurious oscillations in the bending moment, torsional moment and shear force. The optimal field-consistent assumed strain interpolation for shear is derived and it is demonstrated to posses very high accuracy which is free from spurious force and moment oscillations.     

分离式叠合板组合梁抗火性能研究与数值分析

为了研究分离式叠合板组合梁的火灾行为，对四块足尺分离式叠合板组合梁进行了均布荷载作用下的火灾试验。考虑了栓钉间距、后浇层厚度、预制板在钢梁上翼缘搭接长度的影响因素，研究了组合梁在受火过程中沿板厚混凝土温度场分布规律、混凝土板中钢筋温度、沿钢梁高度温度场分布规律、抗弯刚度以及叠合板与钢梁的整体工作性。并利用ABAQUS对叠合板组合梁在热力耦合作用下的温度场和变形行为进行了数值模拟分析。结果表明:升温过程中，后浇层与预制底板结合界面未发生明显破坏，仍能共同承受荷载；但由于结合界面和预制板拼缝的存在，组合梁的整体抗弯刚度明显降低；热力耦合作用下，预制板在钢梁上翼缘搭接长度对组合梁的变形能力影响显著；对比试验研究结果与数值分析结果，二者吻合良好，验证了数值分析模型的有效性与可行性。     

Nonlinear non-classical microscale beams: Static bending, postbuckling and free vibration

This paper initiates the theoretical analysis of nonlinear microbeams and investigates the static bending, postbuckling and free vibration. The nonlinear model is conducted within the context of non-classical continuum mechanics, by introducing a material length scale parameter. The nonlinear equation of motion, in which the nonlinear term is associated with the mean axial extension of the beam, is derived by using a combination of the modified couple stress theory and Hamilton’s principle. Based on this newly developed model, calculations have been performed for microbeams simply supported between two immobile supports. The static deflections of a bending beam subjected to transverse force, the critical buckling loads and buckled configurations of an axially loaded beam, and the nonlinear frequencies of a beam with initial lateral displacement are discussed. It is shown that the size effect is significant when the ratio of characteristic thickness to internal material length scale parameter is approximately equal to one, but is diminishing with the increase of the ratio. Our results also indicate that the nonlinearity has a great effect on the static and dynamic behaviors of microscale beams. To attain accurate and reliable characterization of the static and dynamic properties of microscale beams, therefore, both the microstructure-dependent parameters and the nonlinearities have to be incorporated in the design of microscale beam devices and systems.     

Frequency equation and mode shape formulae for composite Timoshenko beams

Exact expressions for the frequency equation and mode shapes of composite Timoshenko beams with cantilever end conditions are derived in explicit analytical form by using symbolic computation. The effect of material coupling between the bending and torsional modes of deformation together with the effects of shear deformation and rotatory inertia is taken into account when formulating the theory (and thus it applies to a composite Timoshenko beam). The governing differential equations for the composite Timoshenko beam in free vibration are solved analytically for bending displacements, bending rotation and torsional rotations. The application of boundary conditions for displacement and forces for cantilever end condition of the beam yields the frequency equation in determinantal form. The determinant is expanded algebraically, and simplified in an explicit form by extensive use of symbolic computation. The expressions for the mode shapes are also derived in explicit form using symbolic computation. The method is demonstrated by an illustrative example of a composite Timoshenko beam for which some published results are available.     

屈曲约束钢板剪力墙边框刚度影响研究

为了考察边框刚度对屈曲约束钢板剪力墙抗震性能的影响,该文将带边框普通钢板剪力墙和屈曲约束钢板剪力墙作为研究对象,采用ABAQUS非线性有限元分析软件,计算边框刚度对构件受力性能的影响。计算结果表明,在水平往复荷载作用下,带边框屈曲约束钢板剪力墙的滞回曲线饱满,等效粘滞阻尼系数较大,边框柱与边框梁对侧向刚度、承载力与塑性耗能均有一定贡献。在1/50层间位移角时,屈曲约束钢板剪力墙边框柱与边框梁的内凹变形均很小,Mises应力均小于普通钢板剪力墙的边缘构件,损伤程度显著降低,说明对边框柱与边框梁抗弯刚度的要求可以显著低于普通钢板剪力墙。屈曲约束钢板墙内嵌钢板的拉力带分布均匀、细密,最大面外变形与损伤程度均小于普通钢板剪力墙。螺栓对盖板面外变形有很大的约束作用,当螺栓间距较小时,混凝土盖板与钢筋的Mises应力显著减小。现行技术标准中对非加劲钢板剪力墙边框刚度的规定,不能很好地适用于屈曲约束钢板剪力墙。     

复合材料层合梁理论

层合梁理论是分析复合材料层合梁和加筋层合结构力学响应的基础.本文基于Mindlin假定导出了横向层合梁、纵向层合梁和组合层合梁一阶剪切变形理论.给出的理论既能够精确计算各层合梁的刚度值,又能考虑各刚度之间的耦合效应.为不失一般性,三种层合梁的本构方程均考虑了热效应.     

基于结点6自由度的分裂导线有限元模型

大跨越输电线路分裂导线较单导线更容易发生舞动现象,基于空间曲梁理论,建立了结点6自由度的导线有限元模型。假定间隔棒为刚性体,根据位移协调条件,建立了4分裂导线的有限元模型。通过虚功原理建立静力有限元方程,采用Newton-Raphson迭代法进行静力非线性求解。算例表明:采用曲梁模型研究输电线的平动位移是准确的。由于考虑了平动与扭转的耦合作用,扭转角的计算更加精确。输电线抗弯刚度对扭转角也有较大影响。分裂导线的参数分析表明,弧垂、分裂间距、边界条件等对抗扭刚度均有较大的影响,间隔棒的数量不能显著提高导线的抗扭刚度。     

空间薄壁截面梁非线性有限单元模型

基于Timoshenko梁理论和Vlasov薄壁杆件理论,通过设置单元内部节点并对弯曲转角和翘曲角采取独立插值的方法,建立了可考虑横向剪切变形和扭转剪切变形及其耦合作用、弯扭耦合、以及二次剪应力影响的空间薄壁梁非线性有限元模型。以更新的拉格朗日格式描述的几何非线性应变推得几何刚度矩阵。同时考虑了材料非线性,假定材料为理想塑性体,服从Von Mises屈服准则和Prandtle-Reuss增量关系,采用有限分割法,由数值积分得到空间薄壁梁的弹塑性刚度矩阵。算例表明该文所建梁单元模型具有良好的精度,适用于空间薄壁结构的有限元分析。