起重门架体系索的初拉力研究

起重门架体系是应用于大型龙门吊安装的一种索杆混合结构体系。由于龙门吊的迎风面积较大,且在高空,体系承受较大的水平风荷载,如何确定索的初拉力以便经济有效地分担水平风荷载,减小门架体系的水平位移是本文所要研究的问题。本文采用经典力学分析方法并考虑几何非线性,通过建立轴压悬臂柱的平衡微分方程及索的变形协调方程,以塔顶位移为控制参数求得索的初拉力,最后用非线性有限元法进行验算对比。结果表明,两种方法互为印证,其结论都是可靠的。     

钢框架结构连续倒塌分析中荷载动力系数的研究

通过对单自由度体系在支座失效后质点动位移的理论分析,得到两跨连续梁在中间支座失效后的动力放大系数。运用ANSYS有限元分析软件,对具有相同结构平面布置的3层、6层和10层的多层框架,分别以边跨中柱和中间跨中柱失效作为初始破坏,进行了动力非线性分析和静力非线性分析,分别以失效柱顶部节点竖向位移、失效柱相邻柱的轴力为控制指标,得到静力非线性分析方法中动力增大系数的合理取值。比较结果显示：采用静力分析方法对结构抗连续倒塌的能力进行评估时,动力增大系数取2.0时较为保守,取1.6～1.8时能较好地与动力分析的峰值吻合。     

基于节点坐标变量的桁架大位移非线性有限元法

为求解桁架大位移问题, 提出了一种基于节点坐标变量的非线性有限元法——以杆端节点坐标向量为显函变量写出单元杆端力向量表达式,由单元杆端力向量装配结构非线性平衡方程。求解时,首先根据矩阵微分理论求出单元杆端力向量关于杆端节点坐标向量的导数矩阵,由该导数矩阵装配结构非线性微分平衡方程;然后按照Newton切线法原理建立等效线性逼近方程,引入边界约束条件得到结构节点坐标的迭代公式。研究结果表明:该方法稳定性好、精度高、收敛速度快且简单易用, 为求解桁架大位移问题提供了一种有效方法。     

考虑二阶效应的有侧移悬臂柱试验分析

对有侧移悬臂柱在静力情况下,同时考虑P-Δ和P-δ效应柱顶位移和不考虑二阶效应的柱顶位移进行了试验分析。结果表明,静力情况下,悬臂柱的一阶位移和二阶位移是有差别的,与数值计算结果基本吻合。     

非线性静力分析需求谱建立方法的两点改进

非线性静力分析方法是对结构在罕遇地震作用下进行弹塑性变形分析的一种方法,目前广泛应用于结构的抗震性能评估中。非线性静力分析的研究目前有若干分析方法,这些方法在结构能力曲线建立的方法上是相同的,即首先建立力-位移曲线,然后转化为承载力谱,但是在需求曲线的建立上各有不同。本文介绍了几种典型的非线性静力分析需求谱建立方法,指出了其和原有的需求谱建立方法的不同和改进之处。     

超大跨径CFRP主缆悬索桥静力性能理论分析

首先推导了大跨悬索桥的无量纲形式平衡方程和协调方程得到索力和位移控制方程,然后推导了索力方程中的特征参数λ2的表达式,分析了参数λ2和载荷比P对索力和位移增量的影响。在此基础上,以3 000m跨度悬索桥为算例,分析了在正反对称载荷工况下考虑和不考虑拉索弹性伸长情况下的悬索索力和位移增量的特征,最后对比钢索,分析了悬索桥跨度对CFRP缆索内力、位移控制方程参数的影响,以及参数变化对缆索体系悬索桥静力行为的影响,阐述了大跨CFRP悬索桥静力行为的本质特征,从理论上证明了CFRP悬索体系的优势和特点。     

地下室连梁对串联隔震系统稳定性的影响

文中对独立柱,独立柱柱顶加连梁两种隔震建筑下部结构设计方案进行了比较。采用ABAQUS非线性有限元分析软件对这两种结构形式进行实体建模。在初始水平力作用下,计算两种结构形式在竖向荷载作用时的轴向承载力。通过竖向荷载-水平位移曲线对两种隔震建筑下部结构设计方案进行定量对比分析,并判断其破坏形式。     

不同类型串联隔震体系竖向承载力对比分析

取叠层橡胶支座隔震结构与地下室柱所组成的串联隔震结构为研究对象,对比独立柱串联隔震和独立柱加柱顶连梁串联隔震体系竖向承载性能。采用ABAQUS非线性有限元软件建立1个独立柱串联隔震体系和3种具有不同梁柱线刚度比的独立柱加连梁的串联隔震体系有限元模型,并在不同初始水平力作用下进行竖向单调加载试验的数值模拟。定量对比分析串联隔震体系竖向承载力-位移曲线随不同水平力初始值、不同梁柱线刚度比的变化规律,分析这两个主要因素对串联隔震体系竖向极限承载力及结构体系破坏形式的影响。结果表明:在地下室柱顶增加连梁,串联隔震体系竖向承载力的极限值与梁柱线刚度比值成正比,而与水平力初始值的大小成反比,但竖向承载力极限值增加的幅度与水平力初始值的大小成正比,但竖向承载力极限值增加的幅度与水平力初始值的大小成正比。     

钢塔桅设计系列软件

<正>软件简介在大量工程实践的基础上,同济大学高耸结构研究室开发了钢塔桅设计系列软件MWT,MAST和SPT。MWT适用于多边形的钢塔架设计,按整体空间析架法进行结构静力分析及结构动力分析。MAST适用于三边形或四边形的结构式钢桅杆设计,采用简化动力分析法形成多质点弹性支座直立式计算模型对桅杆进行模态分析;采用基于修正的总体拉格朗日坐标描述法推导的空间索、杆单元大位移刚度矩阵,对桅杆进行非线性静力分析。SPT适用于单管通信塔设计,采用基于切线刚度的增量平衡方程对单管塔进行非线性分析,充分考虑了单管塔二阶效应。     

钢塔桅设计系列软件

软件简介在大量工程实践的基础上 ,同济大学高耸结构研究室开发了钢塔桅设计系列软件MWT ,MAST和SPT。MWT适用于多边形的钢塔架设计 ,按整体空间桁架法进行结构静力分析及结构动力分析。MAST适用于三边形或四边形的格构式钢桅杆设计 ,采用简化动力分析法形成多质点弹性支座直立式计算模型对桅杆进行模态分析 ;采用基于修正的总体拉格朗日坐标描述法推导的空间索、杆单元大位移刚度矩阵 ,对桅杆进行非线性静力分析。SPT适用于单管通信塔设计 ,采用基于切线刚度的增量平衡方程对单管塔进行非线性分析 ,充分考虑了单管塔二阶效应。　　…     

薄壁构件弯扭失稳的一般理论

在薄壁构件的弯扭失稳问题上近20年以来存在着传统的和较新的两种不同的理论,这两种理论的并存使得一些国家的规范和一些著作出现不一致,例如我国的(GB50017—2003)和N.S.Trahair的著作犤17犦仍然采用传统理论的结果,而(GB50018—2003)、ISO的钢结构材料标准和美国的金属结构稳定设计解说却采用较新理论的结果。作者发现被忽视的横向正应力也是影响薄壁构件稳定的重要因素。本文在考虑非线性横向应变能的基础上,导出了薄壁构件的总势能方程。从板的理论出发,全面考虑微元上各种应力以及外荷载的影响,用假想荷载法导出了薄壁构件的弯扭失稳平衡微分方程。这组平衡微分方程和本文提出能量法的是一致的,这进一步证实了本文提出理论的正确性。     

楔形体稳定的塑性极限分析下限法

楔形体稳定分析一般采用刚体极限平衡法,然而该方法仅使楔形体的部分平衡条件得到满足,而且还对滑动面反力做了一些假定,由此导致了计算结果不一定是真实的。结合极限分析与块体元法,提出了楔形体稳定分析的下限解法,没有对楔形体的破坏模式、滑动面反力及滑动面数量做任何的假定。采用块体元法的离散思想,将楔形体离散为块体-结构面组成的系统;根据下限定理,构造了满足完全平衡条件、边界条件和屈服条件的静力许可场;建立了下限法数学规划模型,并通过非线性规划获得楔体稳定严格的下限解。3个典型算例验证了本文方法的正确性及可行性。     

索结构找形分析的精确单元方法

索找形问题是索结构分析中所要解决的首要问题,在给定边界条件下,所施加的预张力和外部荷载通过调节索的 形状来平衡。本文研究索结构初始形状确定的精确有限单元法,对于常见的荷载形式,构造了线性和非线性两大类共5种 单元,适用于一般的索结构找形计算,并且可以给出精确的解答。本文通过将水平方向和竖直方向的平衡方程解藕,得出 了索单元的精确描述格式,并保证了索结构形状的唯一性。文中以索结构内部结点坐标作为基本未知量,以结点平衡方程 为基本方程,通过直接求解单元的平衡微分方程得到单元刚度矩阵的解析表达式。对于由线性单元组成的索结构,其基本 方程为线性,可直接求解;对于含有非线性单元的索结构,其基本方程为非线性,需通过迭代求解,文中构造了相应的 Newton法迭代格式。本文方法所需单元数目少,计算量小,所得到的解答为数值精确解。数值算例表明本法稳定可靠。     

大坝/地基系统应力-应变分析的不连续有限元法

根据虚功原理,提出大坝/地基系统应力-应变分析的不连续有限元法。该方法将大坝和地基分成2个子域,它们之间的网格相互独立,通过建基面变形与两侧大坝、地基单元位移的几何相容方程、建基面的本构方程和系统整体的平衡方程来实现不连续网格的耦合。运用该方法分析一个复杂地基上的重力坝算例,并与常规有限元法的计算结果进行对比,验证所提分析方法的正确性。由于大坝和地基的网格相互独立,因而网格剖分工作相对简单且可以并行完成,特别适合于复杂地质条件下的大坝变形和稳定分析。     

Pile under torque in nonlinear soils and soil-pile interfaces

This paper presents a new method for analyzing the nonlinear response of a single, vertical pile with the circular cross-section under torque in layered soils. The nonlinear stress-strain relationships of both soil-pile interface and soil are approximated by the hyperbolic model, whereas the pile material is elastic. The torsional spring stiffness of the soil-pile interface and the soil are determined by traditionally available methods. A four-node finite element model for the soil-pile interface is proposed to represent nonlinear behaviors of the soil-pile interface and the soil, separately. A new iterative scheme for nonlinear analysis of a single pile under torque is also developed that avoids having to solve a large number of simultaneous equations found in traditional solution schemes. The new solution method is based on the tangential stiffness of the soil-pile interface and soil springs, which are determined at each load step. From this solution scheme, an equivalent stiffness of the soil-pile-interface system of each pile element is calculated from the bottom element to the top element while torque and angle of twist are calculated from the top to the bottom elements. The solution gives the distribution of the angle of twist and torque along the pile, and the equivalent stiffness of the soil-pile system and torque-angle of twist curves at any depth. The solution method can be easily applied to the practice field in nonlinear analysis and in designing a single pile under torque in layered soils. The analysis results using the new solution scheme compared well with the results from other analytical methods studied by previous researchers. The proposed method is also used to predict the behavior of two full-scale piles under torques. The predictions are in good to excellent agreement with measurements.     

Nonlinear Analysis of Structural Frame Systems by the State-Space Approach

This article presents the formulation and solution of the equations of motion for distributed parameter nonlinear structural systems in state space. The essence of the state-space approach (SSA) is to formulate the behavior of nonlinear structural elements by differential equations involving a set of variables that describe the state of each element and to solve them in time simultaneously with the global equations of motion. The global second-order differential equations of dynamic equilibrium are reduced to first-order systems by using the generalized displacements and velocities of nodal degrees of freedom as global state variables. In this framework, the existence of a global stiffness matrix and its update in nonlinear behavior, a cornerstone of the conventional analysis procedures, become unnecessary as means of representing the nodal restoring forces. The proposed formulation overcomes the limitations on the use of state-space models for both static and dynamic systems with quasi-static degrees of freedom. The differential algebraic equations (DAE) of the system are integrated by special methods that have become available in recent years. The nonlinear behavior of structural elements is formulated using a flexibility-based beam macro element with spread plasticity developed in the framework of state-space solutions. The macro-element formulation is based on force-interpolation functions and an intrinsic time constitutive macro model. The integrated system including multiple elements is assembled, and a numerical example is used to illustrate the response of a simple structure subjected to quasi-static and dynamic-type excitations. The results offer convincing evidence of the potential of performing nonlinear frame analyses using the state-space approach as an alternative to conventional methods.     

基于四边形网格的下限原理有限元法

 为了克服四边形网格下限法不能充分利用线性规划算法的不足,通过在四边形网格积分意义上建立平衡方程的弱形式,从而得到线性的平衡方程,克服了常规基于插值应力场得到的方程为非线性的缺点。另外,四边形网格比三角形网格具有更少的自变量和约束方程,使求解效率得到较大提升。算例表明：四边形网格的精度和效率都优于三角形网格,这与普通有限元是一致的。     

索穹顶结构的多结点非线性有限元分析

索穹顶结构分析中 ,由于自重影响 ,常用单元已不能满足工程精度要求。本文考虑应变高阶量的影响 ,给出考虑自重作用下有初始垂度的多结点 (4结点以上 )非线性空间曲线元的形函数和大位移非线性几何方程。编制了相应计算程序。数值算例验证了公式、方法的正确性 ,且数值解精度高     

Nonlinear inelastic analysis of space frames

In this paper, a fiber beam-column element which considers both geometric and material nonlinearities is presented. The geometric nonlinearities are captured using stability functions obtained from the exact stability solution of a beam-column subjected to axial force and bending moments. The material nonlinearities are included by tracing the uniaxial stress-strain relationship of each fiber on the cross sections. The nonlinear equilibrium equations are solved using an incremental iterative scheme based on the generalized displacement control method. Using only one element per member in structure modeling, the nonlinear responses predicted by the proposed element compare well with those given by commercial finite element packages and other available results. Numerical examples are presented to verify the accuracy and efficiency of the proposed element.