考虑约束扭转二次剪力流影响的箱梁畸变效应分析

为了揭示箱梁约束扭转和畸变之间的耦联关系,研究约束扭转对箱梁畸变效应的影响,根据约束扭转二次剪力流形成的畸变荷载,建立了考虑约束扭转的箱梁畸变控制微分方程.基于乌曼斯基第二理论,提出约束扭转剪力流是基于约束扭转引起的畸变效应修正后的总扭矩布雷特剪力流,并通过Ansys有限元模型和能量法计算结果对理论公式进行了验证.数值算例结果表明:2种不同约束扭转剪力流分解方法计算所得结果完全一致;不同计算点处的约束扭转剪应力与Ansys有限元法计算结果吻合良好;扭转畸变翘曲总正应力、畸变翘曲正应力均与按能量法计算所得结果吻合良好,误差不超过10%.计入约束扭转二次剪应力的影响能够更准确地计算箱梁畸变效应.

有限元法研究闭口薄壁杆件约束扭转

基于乌曼斯基薄壁杆件约束扭转理论,利用刚性周边假定建立了闭口薄壁杆件约束扭转分析的一维离散有限元方法.同时利用ANSYS大型有限元软件作对比研究,分析了薄壁箱型梁的截跨比、截面相对厚度等几何特征参数对箱梁扭转变形的影响,并发现这两个参数的取值上限可以从0.1分别扩大到0.15和0.24.算例显示:一维有限元法不仅保持了很好的计算精度,而且计算模型更加简单、离散未知量大大降低.

特殊支承条件下连续箱梁桥的约束扭转分析

为了分析特殊支承连续箱梁桥的扭转力学性能,提出一个特殊支承箱梁单元,该单元考虑轴向拉压、竖向弯曲及约束扭转变形。通过引入位移变换矩阵,将箱梁轴线处的位移向特殊支承点处变换,以便满足特殊支承截面的位移约束条件。选取箱梁约束扭转微分方程的齐次解作为单元扭转位移函数,在初参数解的基础上,推导箱梁单元的约束扭转刚度矩阵。利用所提出的箱梁单元对一特殊支承3跨连续箱梁模型进行计算,其应力计算值与ANSYS壳单元计算值和实测值均吻合较好,验证该单元的可靠性。分析特殊支承连续箱梁与相应常规箱梁在偏心荷载作用下的扭转力学性能。研究结果表明:与常规箱梁相比,特殊支承箱梁具有更大的扭矩、双力矩、扭转角及广义翘曲位移,特殊支承箱梁的内力和位移具有更加复杂的分布规律。

矩形箱梁约束扭转理论的分析与比较

本文对以下几种约束扭转理论的关系和差别进行了分析，这就是适用于刚性扭转的乌曼斯基理论和Ｒｅｉｓｎｅｒ理论，适用于畸变载荷的畸变计算理论以及两种情况都适用的广义坐标法。以折板壳有限元计算结果为依据，以悬臂箱形梁为例子，比较了这些理论的精度，计算结果表明，乌曼斯基理论精度最差，广义坐标法精度最高，但计算费时。采用作者提出的修正乌曼斯基理论，计算简单而精度得到很大改进。

考虑剪切变形影响的开口薄壁梁约束扭转的扭转角分析

以开口薄壁梁约束扭转分析理论为基础,通过初参数法推导开口薄壁梁在外扭矩作用下产生的扭转角;推导了槽钢扭转剪应力不均匀系数的精确计算公式;为得到与Timoshenko梁理论类似的简化公式,探讨圣维南扭矩可以忽略时的情形,阐述了简化方法与理论解之间的误差来源,定义了剪切变形影响参数。通过具体算例分析跨度、高宽比等参数对扭转角的影响,并与符拉索夫理论、ANSYS壳单元、简化方法的计算结果进行对比。计算结果表明:当弯扭系数、高宽比恒定时,本文方法的解与符拉索夫解的最大误差从跨径为30m的16.15%到跨径为5m的89.5%;当弯扭系数、跨径恒定时,本文方法的解与符拉索夫解的最大误差从高宽比为1的6.9%到高宽比为5的62.44%;随跨径减小或高宽比增大,剪切变形不容忽略。当弯扭系数与跨径的乘积减小到一定值时可以忽略圣维南扭矩从而得到简化公式;高宽比增大,扭转剪应力不均匀系数先减小后增大。

考虑约束扭转的薄壁梁单元刚度矩阵

推导了薄壁空间梁单元刚度矩阵 ,考虑了双向弯曲及截面约束扭转对杆件轴向变形的影响 ;计算了截面的翘曲变形 ,以及二次剪应力对翘曲变形的影响 ,可适用于任意截面 (包括开口、闭口和混合剖面 )的薄壁杆件。计算结果表明 ,考虑约束扭转的薄壁梁单元刚度矩阵有相当好的精确度 ,可以用于薄壁杆件的静动力分析。

蝴蝶拱桥扁平钢箱弯梁的约束扭转分析

以我国首座已建成通车的蝴蝶拱桥为背景,基于乌曼斯基约束扭转的弹性薄壁梁理论及薄壁箱梁的剪力流理论,采用考虑翘曲位移自由度的空间杆系有限元分析模型,结合静载试验实测数据,对该桥单箱多室截面的扁平钢箱弯梁进行了考虑约束扭转效应的空间受力分析.计算结果表明,在蝴蝶拱桥结构中,扁平钢箱弯梁的约束扭转效应比较显著,在设计中应加以考虑.

薄壁空间螺旋形曲线梁的约束扭转理论分析及结构计算方法(第二部分:结构计算方法)

本文在上文［１］所导出的空间螺旋形薄壁曲线箱梁约束扭转微分方程及其参数解的基础上，用能量理论求出该箱梁单元的刚度矩阵与等效节点力算法，编制了按照刚度法分析的程序。通过与国内外文献的比较，验证了本方法的可靠性。

考虑约束扭转的斜拉桥车激横向振动分析

利用有限单元法,基于力学原理和几何协调条件,导出了非对称箱型截面梁单元的弯扭耦合刚度矩阵,建立了斜拉桥在车辆荷载作用下的横向动力分析模型。由于考虑了箱梁的约束扭转,该模型能够分析复线或多线铁路桥在偏载作用下的横向振动问题。以桥梁轨道随机不平顺作为激振源,进行了机车过桥的实例分析。计算结果表明,桥梁的车激横向动力响应随车速及轨道不平顺样本的不同而变化,并随桥跨的增加而快速变得显著,车辆偏载对箱梁扭转振动有显著影响,所建立的力学模型是斜拉桥车桥耦合振动分析的实用模型。

开口薄壁杆件约束扭转分析的广义参数有限元

利用样条函数建立开口薄壁杆件约束扭转的整体位移场，利用Ｈｅｒｍｉｔｅ函数建立局部单元位移场．在符拉索夫理论的基础上建立开口薄壁杆件约束扭转的总势能泛函，进而根据变分原理提出了开口薄壁杆件约束扭转计算的广义参数有限元法．

薄壁杆约束扭转的单肢解析化分析方法

针对薄壁杆件约束扭转的基本受力反应分析问题,采用与符拉索夫的经典约束扭转理论截然不同的立论途径,将自由扭转刚度视为调整因素,而将剥离了该抗力效应的薄壁杆件基本体系作为主要分析对象,推导出基于翘曲理论并考虑了自由扭转刚度影响的杆件刚度方程及结间荷载的等效措施。此外,提出了基于微段薄壁杆简化单刚的有效数值化分析方法。上述研究表明,对于钢构件等具有薄壁构型截面形式的杆件,这种单肢解析化分析方法无需进行复杂的截面特性如弯、翘曲惯矩或弯、形心坐标等的分析,力与变形的表达简洁、直接。本文的抗力性能分析和表述方式可为薄壁构件的稳定及畸变等研究提供新的思路切入点。

闭口薄壁杆件约束扭转计算的样条里兹法

本文根据Ｖ．Ｚ．Ｖｌａｓｏｖ的广义坐标法。结合样条函数理论和能量变原理，提出闭口薄壁杆件约束扭转计算的样条里兹法。

薄壁梁约束扭转极限承载能力简化计算方法研究

为了快速并有效地计算海洋平台等薄壁箱型梁结构的约束扭转极限承载能力,进行了薄壁梁约束扭转极限承载能力简化计算方法研究。基于塑性极限状态分析理论,提出了薄壁梁约束扭转极限状态应力分布假设,将薄壁梁视作为一系列由主要支撑构件和扶强材支撑的板格,推导了薄壁梁约束扭转极限承载能力上限的计算公式。应用非线性有限元方法验证了所提假设和计算公式的精度,将所提方法应用于箱型梁模型和半潜平台的约束扭转极限承载能力的计算分析,并与非线性有限元结果进行了比对,结果表明,本方法具有较高的精度,可用于海洋平台等薄壁梁的扭转极限承载力上限的估算。

薄壁箱梁约束扭转剪应力计算

为了合理计算薄壁箱梁约束扭转剪应力,基于乌曼斯基第二理论,根据总扭矩平衡条件和翘曲位移连续性条件,导出了薄壁箱梁约束扭转剪应力的2种计算公式,并论证了2种公式的等价性.在公式推导过程中,对箱梁悬臂板进行了考虑.针对2种公式中广义扇性静矩计算的繁琐性,进一步导出了其实用简化计算公式,并举例说明了其具体应用.数值算例表明:有悬臂板的薄壁箱梁发生约束扭转时,全截面最大剪应力出现在腹板内,在悬臂板内也存在较大的剪应力;顶板和底板内的剪应力非均匀分布程度显著,其中部区域内剪应力很小.如果近似按自由扭转理论计算剪应力,求得的腹板剪应力只有实际最大剪应力的69%,严重低估了腹板内的实际剪应力大小,表明不能忽略翘曲约束效应对剪应力的影响.

高速铁路砼箱梁剪力滞、畸变、约束扭转和预应力的综合分析

立足于薄壁箱梁剪力滞、畸变、约束扭转的传统的解析理论,建立了一般高速铁路箱梁的解析计算模式,并结合有限元的计算程序,针对实例进行了相关横截面的检算和比较,分析了高速铁路混凝土箱梁横截面的应力分布规律,以及关键的影响因素.

约束扭转状态下钢管混凝土抗扭承载力的有限元建模及参数分析

随着建筑结构跨度的不断增加以及形式的多样化发展,使建筑物抗扭性能的研究变得尤为重要.运用大型有限元通用软件ANSYS建立约束扭转状态下钢管混凝土构件的有限元实体模型,模拟其受扭全过程的荷载-位移曲线,并对该有限元模型进行验证.在此基础上,选取含钢率、钢材屈服强度、混凝土强度和长细比作为参数进行有限元参数分析,探讨这4个参数与抗扭承载力的相关关系.结果表明:长细比对约束扭转状态下的钢管混凝土抗扭性能有一定的影响,混凝土强度和钢材强度对抗扭承载力的影响基本是独立的,而混凝土对钢管混凝土抗扭承载力的影响不能忽略.

基于协调翘曲场的开闭口混合薄壁截面杆件约束扭转一维有限元分析

开口及闭口薄壁杆件约束扭转问题已由经典Timoshenko和Benscoter理论解决。然而,开闭口混合薄壁截面杆件约束扭转分析必须考虑开、闭口部分翘曲能力的差异,翘曲剪流形成机理有待进一步研究。该文假定开、闭口截面翘曲分别满足Vlasov和Umanskii假定,考虑开、闭口截面公共节点翘曲连续性要求,建立含有待定翘曲参数的协调翘曲模型。由截面受力平衡,确定翘曲参数显式列式,提出开闭口混合薄壁截面杆件约束扭转分析的一维有限元模型。算例及参数分析结果表明,基于Umanskii第二理论的Ⅰ类方法在悬臂板及闭口周边引入附加剪流,影响翘曲剪应力精度。基于Umanskii第二理论的Ⅱ类方法只能计算截面板件平均剪应力,无法反映真实翘曲剪流分布。基于Vlasov约束扭转假定的Beam-189单元忽略闭口周边约束效应产生的附加翘曲及剪流,影响翘曲正应力和剪应力精度。该文方法与Shell-63单元能得到基本吻合的变形与应力结果,说明一维梁元能正确反映开闭口混合薄壁截面杆件约束扭转及翘曲刚度。

带缀板的开口薄壁杆件的约束扭转

根据薄壁杆件结构约束扭转的一致性理论,并在符拉索夫刚周边假定及库尔布鲁纳和哈丁对翘曲位移的假定下,考虑缀板的弯曲与剪切变形,得到带缀板的开口薄壁杆件的总势能及相应的拉格朗日函数。通过引入对偶变量,建立了缀板加强的开口薄壁杆件的哈密顿对偶体系,并采用两端边值问题的精细积分法求得高精度数值解。算例证明,本方法具有较高的精度,且计算过程简单清晰,为缀板加强的开口薄壁杆件的约束扭转分析提供了一种新的思路。

类椭圆截面吊臂的约束扭转特性研究

综合分析常见椭圆截面和大圆角矩形截面大吨位起重机吊臂结构力学性能,提出了一种类椭圆截面起重机吊臂结构。根据吊臂旋转平面受力状态,可将基本臂简化为闭口曲边截面悬臂薄壁梁力学模型。然后基于乌曼斯基理论,推导了该力学模型的约束扭转特性计算公式。并基于MSC.PATRAN/NASTRAN有限元数值分析验证了理论计算公式的正确性。通过算例分析,获取了一类椭圆截面吊臂的约束扭转翘曲正应力和翘曲位移等重要分析参数。研究表明,推导的理论公式可为类椭圆起重机吊臂的约束扭转分析提供一种简便可行的计算方法。

闭口薄壁杆件的约束扭转剪应力分析

基于周边不变形理论,推导了闭口薄壁杆件的约束扭转剪应力计算公式,对有关文献中的另一种剪应力公式进行了分析与论证,发现这些文献中对闭口薄壁杆件约束扭转时的纯扭转剪应力和约束扭转剪应力的表达是不正确的,并进行了更正.最后通过一个发生约束扭转的悬臂箱梁算例,具体分析比较了按本文公式和有关文献中公式计算的约束扭转剪应力的差别.