矩形隧道中变截面杆件的内力分析

本文推导了变截面杆的单元刚度矩阵和荷载结点化的计算公式，可用于编制变截面框架结构的电算程序。并通过隧道衬砌结构算例，比较了按实际变截面计算和简化等截面直杆计算两种方法的差异，说明隧道结构按变截面实际情况计算的必要性。     

考虑剪切变形的变截面欧拉梁单元刚度矩阵

ANSYS中的Beam44单元是考虑剪切变形的变截面欧拉梁单元,为明确其单元刚度矩阵推导方法,以形函数为基础,根据虚功原理,系统给出了考虑剪切变形的变截面欧拉梁单元刚度矩阵推导过程。以矩形、圆形、圆环和箱形截面梁为例,经与ANSYS中Beam44单元刚度矩阵对比,明确了其单元刚度矩阵的推导方法、相关假定和使用要求。研究发现:变截面欧拉梁因形函数本身的近似性和截面参数随截面位置变化的复杂性,难以给出普适性的单元刚度矩阵理论表达式。ANSYS对Beam44单刚矩阵推导时,采用了以下3种处理方式以简化计算:采用与等截面梁相同的厄米特形函数,在纯弯模式单刚矩阵的积分计算中对几何矩阵和截面参数分别积分,不考虑截面剪切系数k随截面位置的变化,由此所得单刚矩阵形式与等截面梁Beam4一致。ANSYS对Beam44单元所给等效截面参数,如面积、抗扭惯矩和抗弯惯矩的表达式,源于梁单元两端截面形状为相似形且截面尺寸随杆件线性梯度变化的情况,应用于其他情况时会与理论值有一定偏差。由此可知,在使用Beam44单元时为提高计算精度,应尽量减小单元长度来控制两端截面参数比值,同时对剪切系数k宜取单元中截面的k值或左右截面的均值。     

异形柱非线性空间杆单元刚度矩阵的推导

基于一种合理的异形柱截面N-M-φ关系力学模型，用空间杆单元作为基本单元，利用实际刚度法推导出异形柱非线性的单元刚度矩阵，所得到的非线性单元刚度矩阵可应用于钢筋混凝土异形柱的非线性有限元全过程分析。     

基于矩阵求逆理论的曲梁单元刚度矩阵解析解

基于矩阵求逆理论,提出矩阵求逆的综合法。弹性核法求解曲梁单元的刚度矩阵时,由于柔度矩阵的每个元素表达式繁琐,难以直接求逆得到曲梁单元的刚度矩阵。既有相关文献均指出采用数值方法求逆可得出曲梁单元的刚度矩阵。应用矩阵求逆的综合法,推导出曲梁单元刚度矩阵的解析解,并通过算例分析比较,证明了公式的正确性。由此,在编制曲梁杆系梁段有限元的计算程序时,解析解的应用不但简化了程序的编写,而且节约了计算机工作单元,提高了计算精度。     

基于稳定函数的空间薄壁构件几何刚度矩阵

为真实描述结构二阶弹性分析中可能出现的侧扭屈曲变形和翘曲扭转变形,精确满足增量虚位移原理,结合梁柱法和有限单元法,基于更新拉格朗日构形的增量虚位移原理和三维空间薄壁构件理论,提出采用拉弯、压弯、纯弯及扭转状态下薄壁构件平衡微分方程的解作为插值函数,详细推导了考虑截面翘曲影响的空间薄壁梁柱单元的几何非线性切线刚度矩阵,推导过程中同时考虑了双向弯曲和扭转及其各耦合项对刚度矩阵的影响。并通过算例证实了文中方法的精确度和有效性。     

利用刚度矩阵法求解多层弹性半空间体的温度应力

从热弹性力学的基本方程出发,采用Hankel 积分变换和Laplace 积分变换等数学手段,首先推导出了单层弹性半空间轴对称体的温度应力问题的刚度矩阵,然后按传统有限元的方法组成总体刚度矩阵。通过求解由总体刚度矩阵所构成的代数方程组,再对其进行Hankel 和Laplace 积分逆变换就可解出在外荷载和温度联合作用下多层弹性半空间轴对称问题的解析解。由于刚度矩阵的元素中不含有正指数项,计算时不会出现溢出的现象,从而克服了传递矩阵法的缺点。在推导过程中,因不用事先人为的选择应力函数,使得问题的求解更加合理,同时也为进一步研究这类问题如湿度场、动力学等奠定了理论基础。最后,文中还给出了计算实例来证明推导结果的正确性。     

薄壁箱梁考虑剪力滞效应几何刚度矩阵的推导

以能量变分法为理论基础,根据最小势能原理,计算出薄壁箱梁考虑剪力滞效应的弹性刚度矩阵,并推导了钢箱梁的几何刚度矩阵,得出所求的弹性刚度矩阵退化后与梁单元的弹性刚度矩阵是吻合的,所求的几何刚度矩阵退化后与文献中相应的矩阵是吻合的结论。     

平面框架结构中矩形截面抛物线加腋梁刚度计算

以某端部抛物线加腋的矩形梁为例,计算了矩形截面抛物线加腋梁的单元柔度系数、刚度系数,提出了平面框架结构中矩形截面抛物线加腋梁的单元刚度矩阵,提高了单元刚度的计算精度,从而满足结构设计要求。     

交叉梁系结构中变截面杆件(矩形截面抛物线楔形梁)的计算问题

矩形截面抛物线楔形梁作为一种变截面杆件在平面楼盖等交叉梁系结构中经常使用.本文通过求矩形截面抛物线楔形梁的单元柔度系数和刚度系数,提出了交叉梁系结构中矩形截面抛物线楔形梁的单元刚度矩阵,通过求矩形截面抛物线楔形梁的载常数,提出了交叉梁系结构中矩形截面抛物线楔形梁上几种作用荷载的等效节点荷载.     

钢-混凝土组合梁挠度计算的修正换算截面法

修正换算截面法计算组合梁挠度的关键是求修正截面刚度ξEIeq中的截面刚度修正系数ξ,为此利用文献[1]考虑滑移效应的组合梁挠度理论计算公式,对4种典型荷载作用下组合梁截面刚度修正系数ξ进行了计算,结果表明:荷载形式对截面刚度修正系数ξ的影响很小,均布荷载作用下求得的截面刚度修正系数ξ可用于计算其他荷载作用下组合梁的挠度。根据7200根样本梁在均布荷载作用下的截面刚度修正系数ξ值的分析,得到了影响组合梁截面刚度修正系数ξ的关键参数λl,并以λl为变量,回归得到了截面刚度修正系数ξ的计算公式。通过变化设计参数对截面刚度修正系数ξ的影响分析,得到抗剪连接程度参数的变化对截面刚度修正系数ξ的影响最大,而混凝土强度等级和翼板宽度的变化对截面刚度修正系数ξ基本没有影响,由回归公式计算的截面刚度修正系数ξ值与理论公式、《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)公式计算的截面刚度修正系数ξ值随各设计参数变化规律相同。与试验结果对比表明,截     

Element stiffness matrix and modified coefficients for circular tube with tapered ends

By axially connecting a constant-section circular tube to two tapered circular tubes, a so-called circular tube with tapered ends structural member is obtained. To get the element stiffness matrix of a tube with tapered ends, a transfer matrix method is introduced in this paper. Transfer matrices for the constant-section tube and tapered tubes are derived firstly, and then the element stiffness matrix for a tube with tapered ends is obtained on the basis of the relationship of the transfer matrices. Two typical examples are given to verify the element stiffness matrix. And the stiffness matrix for a tube with tapered ends can be treated as a modification of the stiffness matrix for a constant-section tube. Stiffness modified coefficients are introduced to represent the modification, and a table of stiffness modified coefficients for tubes of frequently used dimensions is given at the end of the paper.     

双锥型压弯(扭)圆钢管的试验研究

双锥型变截面类构件在压弯(扭)复合荷载作用下,受力情况复杂,目前规范尚未给出一套完整的强度、稳定计算公式。本文通过双锥型圆钢管的压弯(扭)载荷试验,对该类型构件在复合荷载作用下的承载能力、破坏模态、位移-荷载曲线及应变-荷载曲线进行了分析比较。试验分析表明:试件的破坏模态表现为结构的局部屈曲,提供一个较小的坡度,便能使塑性区发生内移,以获得更大的延性;双锥型构件比等截面构件具备更好的受力性能,其承载能力的提高与锥体坡度直接相关,对于塑性铰位于交界面处的构件,其承载能力的提高可达40%左右。     

楔形杆件结构的弹性稳定分析

本文推导出了任意截面形状的楔形杆的单元刚度矩阵和单元几何刚度矩阵。文中截面面积和惯性矩沿杆轴的变化性质由杆件的截面尺寸精确表达,屈曲位移模式近似地用已知杆端位移产生的弹性变位曲线描述,单元刚度矩阵和单元几何刚度矩阵采用结构力学和能量原理相结合的方法推导,形式简单,精度良好,可以方便地用于实际工程。文中附有计算实例。     

变截面杆元的传递矩阵和刚度矩阵

导出了矩形、箱形、圆形和环形变截面杆元的传递矩阵、刚度矩阵和几种常见荷载下的固端力,均为精确解析式．可直接应用于工程结构的受力分析,或补充到现有计算程序的单元库中。     

矩形钢管柱和混凝土弹簧刚度系数方程拟合研究

在矩形钢管混凝土柱内部设置传力构件以解决现有的钢管混凝土柱钢管与混凝土难以共同受力的问题。将弹性地基梁理论合理应用到设置传力构件的钢管混凝土柱,采用解析法求解混凝土工作承担系数时,钢管竖向弹簧刚度、钢管转动弹簧刚度、混凝土竖向弹簧刚度至关重要。3个弹簧刚度的求解均采用有限元法,对于实际工程的应用,比较繁琐不直观,且有一定难度。定义钢管竖向弹簧刚度系数、钢管转动弹簧刚度系数、混凝土竖向弹簧刚度系数,通过有限元模拟分析3个弹簧刚度系数的影响因素,分别得出各因素与3个弹簧刚度系数的拟合方程。考虑各因素间的耦合作用,修正拟合方程,回归总拟合方程,并进行误差分析。结果表明,3个弹簧刚度系数拟合总方程有效地解决了弹簧刚度的求解,为进一步求解混凝土工作承担系数提供了可靠的依据。     

圆钢管混凝土抗弯刚度计算方法探讨

通过对 6个圆钢管混凝土纯弯构件的试验研究 ,分析了圆钢管混凝土的初始抗弯刚度和使用阶段抗弯刚度的变化规律 ,并与国内外相关规范和文献的结果进行了对比和分析 ,探讨了圆钢管混凝土抗弯刚度的计算方法。     

圆锥形钢管混凝土长柱力学性能研究

利用有限元分析软件ABAQUS建立圆锥形钢管混凝土长柱力学性能分析的三维实体有限元计算模型,并与相应的试验结果进行对比。结果表明:有限元计算与试验所得的荷载-3H/4挠度曲线、承载力及破坏形态吻合较好。在此基础上,对圆锥形钢管混凝土长柱受力全过程中钢管与混凝土应力、应变分布情况进行分析,同时给出钢管与混凝土之间的相互作用规律,并对长细比、锥度、偏心距、材料强度及钢管壁厚等参数对圆锥形钢管混凝土长柱初始刚度、承载力及荷载-3H/4挠度曲线的影响进行比较。结果表明:圆锥形钢管混凝土长柱在3H/4处发生侧向挠曲破坏,长细比、锥度、偏心距、混凝土抗压强度及钢管壁厚等参数对其力学性能影响显著,钢管屈服强度对其力学性能影响不明显。     

各国规程关于圆钢管混凝土构件刚度计算方法的介绍与比较

详细地介绍了美国AISC LRFD( 99)规程、欧洲Eurocode 4 (EC4 - 94 )规程、日本AIJ规程以及中国JCJ0 1- 89规程、CECS2 8:90规程、DL T 5 0 85 - 1999规程中有关圆钢管混凝土构件刚度的计算方法。通过对比不同的计算公式 ,对上述各国规程中的刚度计算公式的建立思想与方法进行分析和说明     

半刚性节点连接的内力分析

针对传统的节点连接刚性分析和设计,选用三参数模型计算连接的初始刚度;提出了钢框架中半刚性连接的梁单元刚度矩阵,并推导了半刚性梁在集中荷载作用下固端弯矩的求解公式;给出了由单元刚度矩阵总体刚度的表达形式。