分解等截面直梁弯曲变形和剪切变形的试验方法

提出能够准确分解等截面直梁弯曲变形和剪切变形的试验方法. 基于小变形理论,在梁的弯曲变形可以由梁段上缘、下缘附近纵向纤维长度变化表征的假定下,推导采用实测梁段上、下纵向纤维长度变化计算弯曲挠度的方法,获得弯曲变形对上、下纵向纤维端点对角线长度变化的影响. 在梁的剪切变形只引起梁段对角线长度变化的假定条件下,推导利用实测梁段对角线长度变化计算剪切挠度的方法. 在非对称荷载条件下,确定实测截面转角引起挠度的计算方法. 上述弯曲挠度、剪切挠度和截面转角引起的挠度合并构成目标截面基于变形分解的推算挠度. 推算挠度完全独立于目标截面的实测挠度. 完成4个钢筋混凝土等截面梁试件的荷载试验,实测了剪跨长度范围上缘、下缘附近纵向纤维的长度变化、对角线长度变化和截面转角. 在各级荷载下,利用实测数据计算得到的荷载点截面推算挠度与实测荷载点挠度吻合良好,验证了该变形分解方法的可靠性.     

单点加载翼缘纵向变厚度工型截面简支梁变形解析解法

目的研究采用纵向变厚度(LP)钢板作翼缘的翼缘纵向变厚度工型截面简支梁的变形,推导单点加载时其变形计算公式,解决该类梁的弹性变形问题.方法运用基于变形体虚功原理的单位荷载法和直接积分方法推导不同跨度、截面尺寸和翼缘厚度变化率下跨中挠度计算公式,并讨论剪切变形的影响;运用通用有限元软件ANSYS的BEAM188和SHELL181两种单元进行对比验证.结果考虑剪切变形的理论计算结果与BEAM188单元计算结果相差不超过0.5%,与SHELL181单元计算结果相差最大为3%,计算结果十分接近,验证了理论解的正确性.结论与传统等厚度工型截面梁相比,采用此种翼缘变厚度工型截面梁,使构件截面设计更加合理,在承载力相同的情况下,可大大减少钢材用量;且可降低剪切变形影响;建议采用此种翼缘纵向变厚度工型截面梁行结构优化设计.     

竖向均布荷载作用下拱形蜂窝梁的挠度研究

研究了考虑截面剪切变形影响的拱形蜂窝梁挠度。利用能量法推导了受竖向均布荷载作用的简支拱形曲梁和简支拱形蜂窝梁的跨中挠度计算公式,并运用ABAQUS对不同尺寸拱形蜂窝梁进行了几何非线性分析,结果表明理论解和有限元解吻合较好。构件高跨比较大时,腹板剪切变形对拱形蜂窝梁挠度的影响较大;考虑截面剪切变形影响的挠度计算公式比不考虑截面剪切变形的挠度计算公式保守;曲率对理论解的影响较小且不超过4%。     

悬臂波形腹板组合箱梁挠度计算方法研究

针对目前国内正在推广应用波形钢腹板组合箱梁,基于横向剪切变形对挠度影响的铁摩辛柯梁理论,推导出悬臂波形钢腹板组合箱梁的挠曲线计算方程。通过对悬臂有机玻璃波形腹板箱梁模型的加载试验和有限元分析,验证了挠曲线计算方程的正确性。结果表明,横向剪切变形产生的附加挠度对梁的挠度影响较大,悬臂波形钢腹板箱梁挠度计算时不应忽视附加挠度,剪切变形对悬臂箱梁挠度影响具有沿跨径方向逐渐减小的规律。     

基于欧拉与铁摩辛柯理论的简支梁挠度分析

欧拉理论在计算梁挠度时只计入了弯矩引起的变形,铁摩辛柯理论考虑了剪切变形引起的梁的附加挠度.为了分析它们对简支梁挠度的影响情况,给出了其主要推导过程和挠曲线方程,同时结合弹性力学解进行数值对比分析,得到不同跨高比下两种理论对梁挠度的影响程度和基本应用范围.     

钢筋混凝土短梁挠度的研究

分析了钢筋混凝土简支短梁和连续短梁实测荷载-挠度曲线的特征,剪切斜裂缝的出现引起钢筋混凝土短梁荷载-挠度曲线的明显转折,剪切刚度和剪切变形对钢筋混凝土短梁的挠度有较大影响.斜裂缝出现后,箍筋和水平腹筋对钢筋混凝土短梁的剪切刚度有较大影响,从而对钢筋混凝土短梁的挠度产生较大影响.对钢筋混凝土短梁,只考虑弯曲变形按现行设计规范计算所得挠度与试验实测挠度误差显著,剪切效应对钢筋混凝土短梁挠度的影响不可忽略.     

惯性矩二次变化变截面梁柱几何非线性分析

为研究考虑剪切变形的变截面梁杆结构几何非线性问题,应用Timoshenko梁理论,采用位移、转角独立插值的方法,获取考虑剪切影响的惯性矩二次变化变截面梁单元的形函数;从严格的虚功增量方程出发,建立同时考虑轴力、剪切、弯曲效应及其耦合项的平面变截面梁柱单元几何非线性增量平衡方程,得到惯性矩二次变化变截面梁单元大位移切线刚度阵;与经典算例进行对比,验证了本文方法的精确性与有效性．     

虚悬臂梁法和梁位移可视化

提出计算梁位移的虚悬臂梁法,对梁的挠度和转角进行可视化分析.利用变形等效概念将非固端杆件转化为虚悬臂梁,推导了梁段内转角和挠度的计算通式,给出了梁的截面转角曲线和挠曲线程序化、可视化解法.编写基于MATLAB的程序VoB(Visilization of Beams),给出算例.与其他多种计算梁位移的方法相比该法易于编程,可求出任意截面的挠度和转角方程和绘制位移曲线,特别适用于在多种载荷下梁的位移可视化分析.     

高层框架侧移计算的连续化方法

建立了考虑柱轴向变形的高层变截面框架分段连续化模型 ,利用考虑剪切变形的梁弯曲理论导出了高层变截面框架侧移计算公式。算例分析说明 ,忽略柱轴向变形的影响将会给高层框架侧移计算带来较大误差。     

高层框架侧移计算的连续化方法

建立了考虑柱轴向变形的高层变截面框架分段连续化模型,利用考虑剪切变形的梁弯曲理论导出了高层变截面框架侧移计算公式。算例分析说明,忽略柱轴向变形的影响将会给高层框架侧移计算带来较大误差。     

黏弹性地基中楔形桩水平振动特性研究

为完善楔形桩的水平振动理论以便更好地使用,基于Timoshenko梁模型,研究黏弹性地基中水平简谐激振力作用下的楔形桩水平振动问题。首先,分别采用Winkler地基模型和Timoshenko梁模型模拟黏弹性地基和楔形桩,建立楔形桩-土系统横向耦合振动模型。进一步采用分离变量法和传递矩阵法推导得到楔形桩桩身水平位移、弯矩和剪力的解析表达式,并基于所得解详细讨论桩土设计参数对楔形桩空间响应和时间响应的影响。最后,将本文解与Euler梁模型的解进行比较,分析两种模型解的差异。结果表明:桩顶部的动力响应受楔角改变的影响很小;整个桩体的动力响应基本随桩土刚度比的增大而明显增大;随着无量纲频率的增大,桩身水平位移逐渐减小;虽然Timoshenko梁模型与Euler梁模型在小长径比下存在一定差异,楔角对两种模型造成的影响基本相同。     

等效惯性矩法分析楔形构件

对楔形构件的计算,通常采用分段等截面方法,但计算效率和精度不高,因此有必要建立楔形单元的力学模型。本文以工字形楔形梁为例,采用等效惯性矩的方法推导了楔形单元的刚度矩阵和固端反力,实现了有限元基本原理对楔形单元的求解,并进行了程序设计,将此方法应用于钢结构设计软件USSCAD中,通过与国内比较权威的钢结构设计软件3D3S的比较,本文提出的方法有较高的精度,可以满足工程设计的要求。     

钢结构柱脚抗剪键设计方法研究

为确定钢结构柱脚中抗剪键的设计难题，考虑抗剪键与混凝土的协同作用效应，基于Timoshenko梁理论，分别按混凝土应力 应变关系的线弹性和非线性模型推导了抗剪键设计埋深的微分方程.对非线性模型的微分方程采用Galerkin法简化为代数方程，通过数值计算得到了抗剪键的理论埋深值，并建立了可供实际应用的计算表格.计算结果表明，按线弹性理论计算的抗剪键埋深偏小，偏于不安全.抗剪键的设计埋深主要与抗剪键的截面有效回转半径、考虑抗剪键与混凝土相对刚度的抵抗惯性矩及抗剪键承担的剪力大小等3个因素有关     

焊接工字形楔形梁的稳定设计研究

焊接工字形楔形梁常用于建筑结构中 ,我国现行钢结构设计规范 (GBJ1 7- 88)对它的计算却无相应内容 .本文用有限元方法计算了楔形梁的极限承载力 ,通过用等截面梁的稳定系数来代替楔形梁的稳定系数 ,进而推导出了楔形梁的稳定设计公式 ,该公式避开了楔形梁的众多参数 ,在应用上是简便安全可行的 .     

对组合梁的剪应力分析

本文在组合梁正应力分析的基础上,通过两种方法(平衡法、变换截面法)对两种以上材料梁中存在的剪应力进行了推导、分析,得出了横力弯曲下的多种材料梁内的剪应力公式。     

变面门式刚架结构的几何非线性性能研究

近年来,变截面轻型钢结构门式刚架在钢结构建筑中应用相当广泛,本文基于有限元基本理论推导了考虑剪切变形影响的变截面平面梁元的切线刚度矩阵,并编制了相应的变截面门式刚架的几何非线性分析程序,应用该程序,讨论了屋面均布菏载作用下变截面门式刚架的整体稳定性能;给出了相应的菏载一位移曲线。     

楔形变截面压弯构件平面内极限承载力

采用数值积分法分析了工形截面单边楔形偏压杆平面内极限承载力，并提出实用计算公式。     

基于能量法的槽型梁剪滞效应分析

以Reissner E分析箱形梁剪滞效应时提出的方法作为基础，参照文献[1]对箱形梁剪滞效应分析的方法，建立了考虑剪滞效应时槽型梁的挠曲微分方程。以此为基础，讨论了简支梁的跨长、截面几何特性、外荷载位置等对剪滞效应的影响，并与有限元的数值计算结果进行了比较，证明了该方法的正确性。     

楔形变截面H型钢梁内力分析的传递矩阵法

用H型钢梁截面惯性矩较精确的近似计算公式来代替其精确计算公式 ,从而建立了楔形H型钢梁内力分析的传递矩阵法。此方法简便、实用 ,计算效率较高。