带翼缘剪力墙有效翼缘宽度的解析解与简化公式

为了研究高层建筑结构中带翼缘剪力墙有效翼缘宽度的取值,本文基于能量变分原理,推导了剪力墙翼缘截面正应力的解析表达式,并依据应力等效原则计算了弹性阶段有效翼缘宽度的解析解。采用有限元方法对一组T形截面剪力墙进行了参数化分析,描述了有效翼缘宽度随加载过程的变化规律。通过引入无量纲剪滞系数β定量描述了剪滞效应随不同设计参数的变化规律。根据有限元计算结果,拟合出了不同受力阶段剪滞系数的经验计算式,考虑边界条件的约束构造出了描述正应力分布的曲线函数,进而推导出不同受力阶段有效翼缘宽的简化计算公式。通过与有限元计算结果的比对验证了简化公式的准确性,为工程设计提供参考。     

均布与线性荷载作用下的简支T梁翼缘的有效宽度

以辛弹性力学方法为基础,将简支宽翼缘T梁翼缘部分简化为平面应力板,推导了简支T梁在满跨均布荷载与线性荷载作用下翼缘部分的有效宽度的表达式。将均布荷载下翼缘有效宽度比求解结果与英国规范BS5400中的取值进行了比较,验证了本文闭合多项式形式的有效宽度表达式的正确性。用本文方法计算T梁翼缘有效宽度简洁有效,丰富了简支T梁桥有效宽度的理论分析并简化了计算。     

基于不同抛物线翘曲函数组合箱梁剪力滞

为了建立一个能够同时考虑界面滑移、剪切变形和剪力滞三重效应的组合箱梁分析理论模型,在该理论模型中,基于Newmark组合梁滑移模型引入不同幂次抛物线翘曲函数描述组合箱梁顶底板应力横向非均匀分布,推导了简支组合箱梁在均布荷载和集中荷载作用下的解析解.采用试验验证了理论模型和解析解的正确性.参数分析结果表明,随着混凝土板厚和钢梁高度的增加,在跨中腹板和顶板中部处剪力滞系数下降;当宽跨比减少时,在腹板处剪力滞系数下降,在顶板中部处剪力滞系数略增加;与均布荷载相比,集中荷载对跨中截面的剪力滞系数影响较明显;由推导公式的计算结果表明,可以忽略滑移刚度变化对剪力滞系数影响.     

薄壁曲线箱梁材料非线性分析的内力塑性系数法

目的 研究薄壁曲线箱梁考虑剪力滞效应和材料非线性的计算方法.方法 基于势能变分原理,推导了薄壁曲线箱梁的刚度方程.采用变刚度初法应力法,并结合截面内力塑性系数修正刚度系数,对薄壁曲线箱梁的材料非线性问题进行了求解.结果 通过算例计算,得到了曲线箱梁顶底板的应力分布以及挠度和扭转角的变化曲线.结论 笔者的计算结果与试验值整体吻合较好.对于薄壁曲线箱梁,悬臂板、顶板和底板,分别取三个不同的剪力滞翘曲位移函数的结果,精度优于三者取一个统一的剪力滞翘曲位移函数;随荷载的增加,弯曲剪力滞效应系数较挠度和扭转角更早进入非线性状态,翼缘截面上的应力分布逐渐趋于均匀,上翼缘应力的这种变化趋势要略滞后于下翼缘,而中支座截面翼缘应力的这种变化趋势则略快于左跨跨中和右跨跨中截面.     

一种剪滞翘曲位移函数的解析构造法

针对剪力滞问题,提出了一种解析的求解方法.通过对控制微分方程解的形式进行研究,构造出一种针对不同余弦剪力分布的剪滞翘曲函数;进而对任意给定的外荷载作用下的剪力分布进行级数展开,并单独求取各剪力分量对应的正应力;最终通过对正应力进行叠加并求取剪力滞分布.采用能量变分法推导了基于任意剪滞翘曲位移函数的求解公式,并编制了通用求解程序.分别以矩形简支箱梁(不带悬臂板)受集中荷载和带悬臂箱梁受均布荷载为例,进行了计算对比.研究表明:相比于已有方法,所提出的方法对不同荷载作用形式具有更好的适应性,且由于是采用级数展开的思想,适用于任意荷载作用情况下的剪力滞分析.     

斜拉桥Π形结合主梁施工过程剪力滞系数变化规律

斜拉桥中的Π形主梁宽高比很大,剪力滞问题非常突出。针对斜拉桥施工过程中结构、荷载与位移边界条件等不断变化的情形,提出一种能同时考虑结合梁剪力滞变形与弯曲变形耦合影响、适用于复杂荷载与边界条件的每节点两个剪力滞自由度的Π形结合梁单元。在单元公式推导中,假定钢梁与混凝土翼板纵向位移沿横向为3次抛物线分布,相同横向坐标的钢梁翼缘板和混凝土桥面板呈相似的剪力滞位移曲线变化规律。按悬臂施工过程中的动态结构和动态剪力滞边界条件分析了在桥面板自重荷载、斜拉索张拉荷载及二期恒载等作用下的Π形结合梁斜拉桥中主梁截面剪力滞效应及其随施工过程变化的规律,并将计算结果与现场实测数据进行对比,结果表明：斜拉桥中结合梁主梁截面的剪力滞效应随施工过程荷载及位移边界条件的变化呈正负剪力滞交替变化,相较于桥面板自重等竖向荷载,斜拉索张拉荷载对主梁剪力滞效应的影响更明显;与靠近悬臂前端梁段截面的剪力效应相比,靠近桥塔附近梁段截面的剪力滞效应亦更加明显;随着施工步骤增加,Π形结合梁主梁截面剪力滞系数变化逐渐减小。相对斜拉桥成桥阶段,悬臂施工阶段的剪力滞效应更值得关注。     

一种计入剪力滞及剪切变形效应的箱梁自振频率计算方法

由于剪力滞效应及剪切变形的存在,箱梁的弯曲振动频率按照初等梁理论计算往往存在较大的误差.综合考虑箱梁的剪切变形及剪力滞效应,利用能量变分原理分析简支箱梁的自由振动,推导出考虑剪力滞效应及剪切变形的简支箱梁的各阶自振频率的解析解,较以前只能计算振动基频有所推广.验证算例计算表明本文方法理论推导正确,计算精度较初等梁理论大大提高.最后对剪力滞效应及剪切变形对箱形梁自振特性的影响进行了讨论,发现考虑剪力滞效应以及考虑剪切变形均使简支箱梁的振动基频降低,且对于箱梁的高阶振动频率降低程度尤为明显;而箱梁的宽跨比是影响其降低程度的最重要因素.     

薄壁箱梁在保向力作用下的弯扭屈曲

薄壁杆件弯扭屈曲计算是薄壁结构设计中的一个重要内容.本文针对高宽比较大的简支薄壁箱梁,考虑弯扭屈曲变形中腹板的受力特征,将腹板由剪力滞导致的翘曲位移假设为三次抛物线规律分布函数,利用能量变分原理推导出薄壁箱梁在保向力作用下的弯扭屈曲控制微分方程,根据伽辽金法予以求解,得到了简支薄壁箱梁弯扭屈曲的临界荷载和临界荷载系数.通过分析表明,扇形惯性矩对临界荷载影响很小;荷载沿梁高方向的作用位置、翼缘宽度、腹板高度和梁跨度是影响临界荷载系数的主要因素;剪力滞效应的影响程度对跨度和腹板高度的变化较为敏感.     

刚构桥悬臂阶段的预应力剪力滞效应分析

根据一座主桥为三跨连续刚构桥的悬臂施工过程,计算分析悬臂施工阶段预应力荷载产生的箱梁剪力滞效应,研究该类桥在整个悬臂施工过程中,每个阶段预应力荷载产生的箱梁剪力滞效应,以及一些关键截面剪力滞效应的变化规律,结果表明:在悬臂施工过程中,悬臂预应力束会对箱梁产生正负剪力滞效应.     

曲线钢-混凝土结合梁的弹性力学性能分析

根据钢-混凝土结合梁计算原理和能量变分法,推导了曲线钢-混凝土结合梁考虑弯扭耦合作用、混凝土板及钢梁翼缘正应力的剪滞效应和钢与混凝土相对滑移影响的几何线弹性控制微分方程,然后采用样条最小二乘配点法求其近似解,得出了荷载作用下结构的内力和位移,分析了混凝土截面尺寸以及钢与混凝土相对滑移、剪滞效应对结构的影响.     

悬挑十字交叉基础梁节点荷载分配方法探讨

将半无限长梁自由端无限延伸,形成无限长梁;基于Winkler地基上无限长梁的解答,求得集中力偶作用下原半无限长梁自由端处的剪力和弯矩。利用半无限长梁自由端需满足弯矩及剪力为零的条件,求得需在自由端施加的外荷载。分别计算外荷载和集中力偶在作用点处产生的挠度,叠加求得集中力偶作用下半无限长梁在作用点处的挠度,并提出集中力偶作用下的悬挑影响系数计算公式。根据静力平衡和变形协调条件,建立竖向荷载和力矩共同作用下具有悬挑的十字交叉基础的节点分配荷载的一般公式。     

悬臂梁固定端不同位移边界条件下解的对比

为了获得不同的悬臂梁固定端位移边界处理方式对结果的影响,针对悬臂梁承受3种载荷的情况：自由端受切向力,上表面受均布载荷和线性分布载荷,给出悬臂梁固定端利用传统边界条件和最小二乘法处理边界时,Timoshenko梁理论、Levinson梁理论和弹性力学理论的解析解,与有限元计算结果对比.结果表明,Timoshenko梁理论采用传统位移边界和最小二乘法处理边界的结果一致,采用最小二乘法处理边界获得的Levinson梁理论和弹性力学理论的解明显优于传统位移确定方法,且这种优势随着载荷阶次的增加而越加明显.     

Experimental study of steel beam-to-column connection with cantilever beam splicing under cyclic loading

为了解决装配式钢结构的抗震问题,提出3种适用于模块化装配式钢框架的带Z字形悬臂梁段拼接的梁柱节点,通过拼接区的滑移或者削弱梁段的塑性变形实现节点良好的延性性能. 为减少强震作用对梁柱连接焊缝的破坏,对3种不同的节点提出了各自的抗震设计要求. 在对3组试件进行足尺静力试验的基础上,对节点进行了单调加载有限元分析. 获得了节点的弯矩-转角曲线以及节点的破坏模式,并和试验结果进行了对比,得到了接触面摩擦力和螺栓拉力的变化规律. 通过推导的简化计算公式对节点的初始转动刚度、滑移荷载和屈服荷载进行了计算. 结果表明:节点静力加载的破坏模式为靠近拼接区域的悬臂梁下翼缘或者削弱梁段单独或者同时发生较大的局部屈曲变形,节点在破坏前经历了充分的塑性变形,属于延性破坏,3种试件都有良好的延性性能和塑性转动能力. 节点简化计算公式得到的结果和试验结果吻合良好.

     

悬臂梁段不同拼接方式下延性节点静力性能分析

为了解决装配式钢结构的抗震问题,提出3种适用于模块化装配式钢框架的带Z字形悬臂梁段拼接的梁柱节点,通过拼接区的滑移或者削弱梁段的塑性变形实现节点良好的延性性能.为减少强震作用对梁柱连接焊缝的破坏,对3种不同的节点提出了各自的抗震设计要求.在对3组试件进行足尺静力试验的基础上,对节点进行了单调加载有限元分析.获得了节点的弯矩-转角曲线以及节点的破坏模式,并和试验结果进行了对比,得到了接触面摩擦力和螺栓拉力的变化规律.通过推导的简化计算公式对节点的初始转动刚度、滑移荷载和屈服荷载进行了计算.结果表明:节点静力加载的破坏模式为靠近拼接区域的悬臂梁下翼缘或者削弱梁段单独或者同时发生较大的局部屈曲变形,节点在破坏前经历了充分的塑性变形,属于延性破坏,3种试件都有良好的延性性能和塑性转动能力.节点简化计算公式得到的结果和试验结果吻合良好.     

放松边界条件下悬臂梁的解析解及其适用范围

本文在放松边界条件下求得平面应力状态的矩形截面悬臂梁在构布载荷作用时架内任一点处的应力与位移的解析解，通过与有限元解进行对比分析，定量地指出了利用Saint－Venant原理所求得的解析解的适用范围．     

玻璃钢/橡胶夹层复合材料弯曲性能计算与实验

对玻璃钢／橡胶夹层梁结构在横向载荷作用下的力学特性进行分析，利用弯曲变形时夹层梁各层内和层间力的平衡方程和变形协调方程，得到以层间剪力为变量的二阶微分方程式，并利用边界条件进行求解，从而提出了更为准确的夹层梁弯曲应力和挠度的解析表达式。通过与夹层悬臂梁的弯曲实验测量结果比较，弯曲应力和挠度的相对计算误差小于10％。     

钢结构箱形柱与工字梁刚性节点有限元分析

通过利用ANSYS对钢结构箱形柱与工字梁刚性节点进行有限元分析,研究钢框架结构在水平荷载的作用下,箱形柱与工字梁节点域的受力性能和隔板对节点刚度和强度的影响.根据对节点的有限元和理论分析,归纳出考虑隔板刚度和强度的节点变形公式,并且分析了梁截面宽度对隔板破坏模式的影响.研究结果表明:当梁翼缘较窄时,隔板的受拉区或受压区首先屈服;当梁翼缘较宽时,隔板首先受剪屈服.     

高层建筑随机地震反应的简捷计算

依据高层建筑的变形特征,将高层建筑简化为悬臂剪切梁、弯曲梁、弯剪梁和弯曲—剪切梁,给出了其振型函数和相应的计算参数;基于振型叠加原理,给出了高层建筑随机地震反应计算的一般化方法,且为完全二次项组合ＣＱＣ法,对不同类型的高层建筑,计算方法的差异仅在于振型函数的差异。最后,对某３０层高层建筑进行了随机地震反应数值分析,得到了一些有益的结论。     

正交异性悬臂梁在均布荷载作用下的弹性应力解

利用弹性理论,推导了悬臂梁在均布荷载作用下,考虑其各向异性时应力分量的解析解。得到的解析解对于研究悬臂梁具有重要的指导作用。