多因素对剪内墙最优刚度影响的综合分析

本文在考虑剪力墙弯曲变形基础上，由框架边柱（墙）轴向变形、剪力墙剪切变形和连系梁不同联接等三种因素，分六种组合情况，分析框架－剪力墙结构中剪力墙的最优刚度。提出在工程实践中，可将以仅考虑剪力墙弯曲变形的简单计算模型计算得到最优刚度作为剪力墙布置依据。     

波形钢腹板梁变形计算的有效刚度法

为研究波形钢腹板剪切变形对波形钢腹板梁受力行为的影响,引入腹板剪切变形转角函数,将波形钢腹板梁的弯曲行为分解为桁架作用和弯曲作用,建立一个能够考虑波形钢腹板剪切变形的波形钢腹板梁理论模型,推导了简支和悬臂波形钢腹板梁在不同类型荷载作用下的变形解析解,采用有限元方法验证了理论模型和解析解的正确性和适用性。根据变形等效原理,引入重要影响参数对波形钢腹板梁的变形解析解进行简化,提出了考虑腹板剪切行为的波形钢腹板梁变形简化计算方法——有效刚度法。用该文提出的有效刚度法计算波形钢腹板梁在正常使用极限状态下的变形值和试验结果吻合良好,为波形钢腹板梁在正常使用极限状态下的挠度计算提供一种准确性较高的简化计算方法。     

考虑剪力墙剪切变形影响的框架-剪力墙结构分析

考虑剪力墙剪切变形影响、连梁固接连接条件,基于Timoshenko两广义位移梁理论,建立了框架-剪力墙结构分析方法。当连梁约束抗弯刚度为0时固接体系可退化成铰接体系、当剪力墙抗剪刚度趋于无穷大时弯剪型剪力墙可退化为不考虑剪切变形的弯曲型剪力墙,因此该文方法可适应多种模型的计算。导出了三角形分布荷载、均布荷载和顶部集中荷载作用下挠度、转角、剪力墙弯矩和剪力、框架剪力的计算公式。计算公式表明：“框架广义剪力按框架抗推刚度和连梁约束抗弯刚度比分配”的结论在考虑剪力墙剪切变形影响的框架-剪力墙固接体系中不成立。通过算例讨论了框架-剪力墙的变形和内力分布,得到了连梁约束抗弯刚度显著影响框架-剪力墙的变形和内力分布、框架-剪力墙对剪力墙的抗剪刚度有敏感范围等结论。     

开洞钢板剪力墙的抗侧刚度分析

钢板剪力墙作为一种新型抗侧力结构体系,墙板开洞对钢板剪力墙结构体系的抗侧力行为具有重要影响。抗侧刚度和抗侧承载力是设计中最为关心的两项基本性能,该文重点研究墙板开洞对抗侧刚度的影响。首先介绍了3个钢板剪力墙试件的低周往复荷载试验,试验表明钢板剪力墙试件抗震性能优越,开洞会影响试件的抗侧刚度和抗侧承载力。随后,建立了钢板剪力墙结构的壳-实体精细有限元单层模型,研究了影响抗侧刚度的关键因素。在此基础上,通过大量数值计算和参数分析,提出了用于计算开洞墙板厚度折减率的简化计算公式,建议结构体系建模时以折减厚度的不开洞墙板代替实际厚度的开洞墙板,计算公式和精细有限元计算结果进行充分对比,具有良好的精度。最后,采用考虑剪切变形的悬臂梁理论和该文建议的厚度折减率简化计算公式对国内外一些不开洞与开洞钢板剪力墙试验进行验证,理论结果与试验结果吻合良好,该文建议的开洞墙板厚度折减率公式与抗侧刚度理论计算模型具有较高的精度,可供工程设计参考。     

剪力墙多垂直杆单元模型的改进及应用

对目前多垂直杆单元模型考虑剪切变形的三种方法进行了探讨和对比,提出了一种更为合理的刚度矩阵形式.结合钢筋混凝土拉压滞变模型和剪切滞变模型,可对剪力墙进行非线性分析.最后,提供了一个算例,并与试验结果比较,表明该模型具有较好的计算精度.     

剪力墙非线性分析单元MFBFE的理论及开发

纤维单元以其单元自身的优点被广泛使用于梁柱构件的非线性分析中,对于剪力墙构件,由于纤维单元采用平截面假定,忽略单元的截面剪切变形,会造成很大的误差。该文对基于力插值的纤维单元进行修正,将其引入到剪力墙构件的分析中,介绍了考虑截面剪切变形的修正基于力插值纤维单元(MFBFE)和材料单轴本构的形成,给出单元在OpenSees平台上的开发过程,特别是迭代过程中的非线性分析算法和OpenSees框架下单元和材料本构的实现方式。通过实例分析对MFBFE的应用效果进行检验,得到了两组6片剪力墙的水平低周往复模拟数据,与试验结果对比,可以认为试件模拟结果中各项抗震性能指标均与试验值相接近,单元分析精度较高。     

双功能带缝剪力墙的刚度和承载力研究

双功能带缝剪力墙是根据结构抗震控制概念,在通缝墙的开缝部位设置连接键而形成的一种新型抗震控制剪力墙。本文根据试验,研究了双功能墙的初始侧移刚度、弹塑性阶段侧移刚度的变化和延性承载阶段侧移刚度的衰减程度。论文还建立了双功能墙的力学计算模型,并采用该模型研究了双功能墙的最大承载力和延性承载力。     

基于复合材料层合箱梁改进解析模型计算等效刚度

提出了基于复合材料层合箱梁改进解析模型的等效刚度计算方法。在考虑三维应变效应的同时用复合材料单层的二维折算模量分量来表示三维折算模量分量,简化了复合材料层合箱梁等效刚度系数的计算,得到了由梁横截面几何尺寸和层合板刚度系数表达的等效抗弯刚度和等效抗扭刚度的解析式。该解析式适用于环向刚度一致的复合材料层合箱梁,并充分考虑了弯曲-剪切耦合和扭转-拉伸耦合效应对等效刚度的影响。通过三点弯试验和扭转试验,验证了解析式的正确性;通过与分层等效叠加法、有限元法进行对比,分析了解析式的计算精度。结合经典层合板理论,研究了铺层方式对等效刚度产生的影响及原因,预测了不同铺层复合材料层合箱梁等效刚度的变化规律。      

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。     

ZnO纳米弹簧的横向与轴向刚度分析

分析了ZnO纳米碳管弹簧在横向、轴向载荷作用下的变形,给出了ZnO纳米碳管弹簧的横向刚度Kr与轴向刚度K1的表达式,为验证Kr、K1公式的有效性,还将一ZnO纳米弹簧Kr、K1的理论解和相应的实验结果、有限元结果进行了比较,结果发现,理论解和实验结果、有限元结果均较为接近。ZnO纳米弹簧的横向刚度与轴向刚度表达式对人们进一步研究碳管纳米弹簧的力学特性具有重要的参考价值。     

碳管纳米弹簧的横向与轴向刚度分析

分析了碳管纳米弹簧在横向、轴向载荷作用下的变形,给出了碳管纳米弹簧的横向刚度Kr与轴向刚度Kl的表达式.为验证Kr、Kl公式的有效性,还将-碳管纳米弹簧Kr、Kl的理论解和相应的试验结果、有限元结果进行了比较.结果发现,理论解和试验结果、有限元结果均较为接近.本文碳管纳米弹簧的横向刚度与轴向刚度表达式对人们进一步研究碳管纳米弹簧的力学特性具有重要的参考价值.     

非线性刚度减振器的静变形对响应的影响

近几十年来，人们对非线性刚度减振器在白噪声激励下的响应已进行了广泛的研究．但这些研究忽略了非线性刚度的静变形对响应的影响．本文由ＦＰＫ法计算结果表明，对杜芬型非线性刚度减振器若不考虑静变形的影响，其位移均方值响应的误差可达１５％左右．     

剪切变形下橡胶支座压缩刚度比分析研究

为了研究不同截面形状橡胶支座在剪切变形下的压缩刚度,该文分别基于双弹簧模型与有效面积模型推导了四种截面形状（环形、圆形、方形及矩形）支座的压缩刚度比公式,然后采用ABAQUS建立七个支座有限元模型,结合已有的支座压缩及剪切试验,验证所建立的有限元模型能够准确模拟橡胶支座的实际受力情况,在此基础上,结合理论模型对比分析了不同支座的压缩性能。分析结果表明：压缩及剪切试验中,支座刚度计算值与试验值相差均在5%以内;支座压缩刚度比只与剪切变形与截面惯性半径比值有关,与截面形状及截面尺寸大小无关;该文建立的模型及拟合刚度比公式能够有效模拟橡胶支座在不同剪切变形下的压缩刚度变化情况。     

螺栓与被连接件间轴向相对刚度的修正计算

螺栓连接结构的载荷分配比例和螺栓与被连接件间的轴向相对刚度密切相关。为了更准确地求解螺栓连接结构中螺栓与被连接件间的轴向相对刚度，基于被连接件垂直于螺栓轴的各受压层压应力均匀分布与非均匀分布形式下的轴向压缩变形量解析式，结合有限元仿真结果，提出了被连接件压缩变形体起始直径的修正公式及轴向压缩变形量的修正解析式。通过提取仿真应力值，对压应力理论修正方程、压应力仿真拟合方程进行积分计算。对比计算结果发现：用仿真拟合方程计算得到的被连接件压缩变形体轴向压缩变形量与用理论修正方程计算得到的变形量的误差小于2.5%，这说明用仿真拟合方程求解被连接件压缩变形体的轴向压缩变形量具有较高的精度。研究结果表明：修正起始直径与夹紧长度、螺栓头与螺母支承面直径呈线性关系。压应力非均匀分布下，用被连接件压缩变形体轴向压缩变形量的修正解析式求解螺栓与被连接件间轴向相对刚度时，误差小于2%，表明该修正解析式能够较为准确地计算螺栓与被连接件间的轴向相对刚度。在修正起始直径的基础上，基于被连接件各受压层压应力非均匀分布的轴向相对刚度计算结果比基于均匀分布的更准确。研究结果为理论研究和实际工程中准确分析螺栓的受力情况提供了一定参考。     

考虑高阶剪切的轮胎Gough刚度模型

轮胎是一种帘线增强橡胶复合材料结构,Gough刚度是表征轮胎侧向变形与磨耗的一个重要参数,但缺乏理论推导。本文基于高阶剪切复合材料梁理论,研究子午线轮胎带束层角度对轮胎侧向变形的影响及Gough刚度的理论基础。在Fiala横梁模型的基础上,将轮胎简化为弹性基础上的复合材料梁。胎侧及胎面胶简化为弹性基础,带束和胎体简化为复合材料梁。考虑高阶剪切位移场及帘线-橡胶材料的各向异性,利用虚功原理建立模型方程,得到了复合材料梁在侧向载荷作用下的小挠度理论解,与有限元结果和已有文献结果对比验证了其合理性。算例分析表明,当胎体等效梁结构的高宽比固定时,对应Gough刚度极大值带束角度是固定的;不同的帘线模量和橡胶模量也会对Gough刚度极大值所对应的带束角度产生不同的影响;带束层厚度对Gough刚度极大值对应的带束角度影响较小。根据Gough刚度极大值准则得到了不同高宽比下的轮胎最佳带束角度,利用实际轮胎解剖结构进行了验证。本文提出的模型为子午线轮胎带束角度优选和磨耗设计提供了理论指导。      

厚度变化对U型波纹管轴向刚度的影响

刚度和工作应力是波纹管的主要特性,它们取决于波纹的几何尺寸,特别是取决于其壁厚。工程上广泛应用的U型波纹管大多具有两个特点,液压成型且环板处变形远大于环壳处。针对这两个特点,考虑到波纹管在加工成型时产生厚度随半径增大而减薄的实际现象,取厚度按半径的幂函数变化规律,对工业上常用波纹管轴向刚度计算公式进行修正。使用MSC公司的有限元软件MSC.Nastran进行仿真计算,并实测一组波纹管刚度数据。通过有限元计算和实测数据的对比,验证考虑厚度变化的必要性和有效性,解释了此公式在计算时出现结果偏大的原因,同时直观的表示出厚度变化对计算结果的影响,对实际工程应用有一定意义。     

间隙率对三轴向机织复合材料弹性性能的影响

采用有限元分析方法研究了间隙率对三轴向机织复合材料弹性性能的影响。首先,根据三轴向机织复合材料几何构型和基本参数,建立了三轴向机织复合材料的面密度和单胞特征边长与间隙率之间的关系;然后,建立了三轴向机织复合材料的有限元模型,利用该模型预测了拉伸、压缩和剪切刚度并与文献的实验结果进行了对比,证明了模型的有效性;最后,分析了间隙率对弹性性能的影响。研究发现,拉伸、压缩和剪切刚度随间隙率的增加而显著下降,而比刚度和泊松比随间隙率的增加变化较小。     

含断层剪力墙的框—剪结构分析：（I）工程实例分析

通过著名的空间三维结构分析程序，对某工程３３层框－剪结构进行分析和设计，分析总剪力墙刚度深度突变时转换层以至整个结构的影响，得出结论，在框－剪结构中，剪力墙可以断层，而且只要剪力墙断层位置选择得当，转换层不必进行特殊加固，此时由于剪力墙断层而使得转换层及其以上各层的造价的增加量，将远小于剪力墙本身造价的节省幅度，因而工程总造价得到节省是无疑的。     

钢筋混凝土剪力墙多垂直杆单元模型力学性质分析及其改进

分析了多垂直杆单元的力学性质,证明了与之等效的梁单元的转角和横向位移的位移函数均为一次式,且该梁单元在求弯曲横向位移时,需采用1节点数值积分。讨论了多垂直杆单元模型转动中心c值的含义,认为c值反映了数值积分的求积节点或假设剪切应变插值点的变化,会对单元的刚度产生影响,并对c值的取值范围提出了合理建议。提出了竖向弹簧布置的改进方式,按高斯点布置代替均布方式时,能够用较少的弹簧得到更为精确的结果,提高了计算速度。最后,从横向位移模式和剪应力不均匀分布两个方面提出了改进多垂直杆单元模型的新构想。     

考虑底板与池壁相互作用和池壁剪切变形影响的圆形水池动力特性计算

考虑圆形水池池壁剪切变形的影响、底板对池壁的径向约束作用和转动约束作用,将圆形水池底板与池壁的相互作用简化成端部受切向弹性约束和转动弹性约束下的弹性地基Timoshenko梁,基于Timoshenko梁振动的修正理论,导出了底部环向简支、顶部分别为自由、铰支和固支三种边界条件下的振动频率超越方程;根据池壁和弹性地基梁微分方程的类比性,阐述了利用ANSYS建立圆形水池振动模态分析的有限元方法。利用二分法对底板环形简支的圆形水池的振动频率进行了计算,分析了顶部不同边界条件、池高、池的半径和底板对池壁弯曲约束刚度对池壁振动频率的影响。得到了圆形水池轴对称振动可采用弹簧-质量模型进行基频估算、该文所建立的分析方法只能分析圆形水池的轴对称振动模态、圆形水池底板与池壁相互作用对基频影响不明显、壁厚的剪切变形和转动惯量对高阶振动影响大等结论。