拱结构的弹性二次屈曲性能

本文详细阐述了拱的非线性屈曲的两种形式,即极值点屈曲和二次分叉屈曲;建立了一种简捷的计算二次分叉屈曲的方法,并且通过例题证实了其可靠性;通过对拱屈曲前后荷载--位移曲线的全过程分析,研究了矢跨比下拱的各种屈曲性能;提出的索--拱杂交结构能显著地提高拱的承载力并能有效地防止二次分叉屈曲的发生,计算结果对拱的设计有参考价值。

索在索-拱结构中的作用

应用非线性有限元方法研究了索对索拱结构平面内稳定性的影响。使用牛顿拉弗森法和弧长法对荷载位移平衡路线进行跟踪研究 ,考虑了不同荷载作用及不同矢跨比对索拱结构稳定性能及变形性能的影响 。

考虑接触变形的梁受到球碰撞时弹塑性冲击荷载

使用有限元数值方法模拟了考虑接触变形时弹性、弹塑性梁分别受到弹性和弹塑性球横向撞击全过程,得到具有不同刚度球、不同刚度梁、不同质量比和不同撞击速度时梁受到的弹性和弹塑性冲击荷载。从中得到如下结论:对于弹性球撞击弹性梁:随着球-梁的相对刚度值的增大,冲击荷载峰值非线性增加,球和梁的接触时间减小。随着球速的增大,冲击荷载峰值随速度近似呈线性关系增长;接触时间降低,但不呈线性关系;冲击荷载最大值不一定出现在第一次接触的时段内。速度相同时,质量比越大,球和梁接触的时间越短;冲击荷载峰值越小。对于弹性和弹塑性球撞击弹塑性梁:梁的材料非线性性质对冲击荷载影响很大,弹塑性冲击荷载峰值比弹性荷载峰值低一个量级。冲击荷载的峰值和初速度成正比,但不是线性关系。质量比越大,冲击荷载峰值越小,且球和梁接触时间越短。

拱结构的弹塑性二次分岔屈曲性能

使用一种高效的跟踪策略对拱的平面内弹塑性极值点屈曲和二次分岔屈曲的荷载--位移曲线的全过程进行跟踪分析,得到了跨中集中荷载和全跨均布荷载作用下,相同截面不同矢跨比的拱的弹塑性极值点屈曲荷载、二次分岔屈曲荷载和半跨均布荷载作用下的极值点屈曲荷载。研究表明,对于弹塑性拱结构,跨中集中荷载和全跨均布荷载作用下,二次分岔屈曲总是最危险的屈曲形式,必定先于极值点屈曲发生。相同截面的弹塑性拱的极值点屈曲荷载,在跨中集中荷载作用下矢跨比为0.2的拱的极限承载力最大;在半跨均布荷载作用下,矢跨比为0.23的拱的极限承载力最大;全跨均布荷载作用下,矢跨比为0.1的拱的极限承载力最大。对于弹塑性拱的二次分岔屈曲极限承载力,在跨中集中荷载作用下,矢跨比为0.2的拱的极限承载力最大;全跨均布荷载作用下,矢跨比为0.1的拱的极限承载力最大。最后求得全跨和半跨均布荷载作用下具有不同长细比、不同矢跨比的拱的弹塑性极限承载力并且回归成实用计算公式以便于实际工程设计中查询。

刚体撞击弹塑性直杆时冲击荷载之数值解

使用数值方法模拟了刚体撞击一端固支的弹塑性杆的全过程,得到不同质量比、冲击速度时的弹性和弹塑性冲击荷载,比较了冲击荷载的弹性解析解、弹性数值解和弹塑性数值解。结果表明:对于弹性冲击荷载,数值解和解析解非常相近且数值解有合理的升压段。在质量比不变的情况下,刚体速度和冲击荷载的峰值成线性关系,而对接触时间无影响。质量比的变化对冲击荷载的峰值和分布形式有影响。质量比越小,冲击荷载峰值越大,接触时间越长。对于弹塑性模型,杆中产生的塑性变形引起冲击荷载峰值减小和荷载曲线分布形式发生变化。塑性会延长接触时间,延长的接触时间就是塑性发展的时间。当速度越大,质量比越小,则杆中塑性发展时间越长,弹性和弹塑性杆冲击荷载的峰值和分布形式差别越大。

梁受到球碰撞时的弹性冲击荷载初探

使用数值方法模拟考虑接触变形的梁受到球横向弹性碰撞的全过程。通过计算分析了球和梁的刚度、撞击速度、质量比等因素对梁所受到的冲击荷载的影响,发现:考虑接触变形后,冲击荷载有合理的升压段;球体的弹性模量越小,冲击荷载的峰值越小,每次接触的时间越长;在质量比不变的情况下,冲击荷载的峰值与初速度成正比;初速度越小,每次接触的升压和卸压时间越长,相邻2次接触的时间间隔越小,相邻的卸压和升压段间距越小;速度相同时,质量比越大,荷载峰值越小,且撞击物脱离接触的过程越明显,升压段和卸压段持续时间越短。

用子结构方法自动计算飞机舱体实验模型裂缝的应力强度因子

基于ANSYS编制的自动分析软件,用子结构方法自动建立实验模型的有限元分析模型,完成子结构间的无缝连接,通过计算由2个子结构组成的模型并扩展包含裂缝的子结构的解得到应力强度因子。应用算例计算结果表明,子结构方法与整体模型方法的计算结果相同,而子结构方法占用机时少约40%;计算结果与实验结果十分接近。

广州新体育馆屋盖预应力拉索的张拉顺序

通过对局部结构模型的计算和分析 ,得到了预应力拉索在张拉过程中的预应力变化规律及其对结构的影响规律 ,从而确定了预应力拉索的张拉顺序 。

受刚体碰撞方管柱考虑局部屈曲时的弹塑性冲击荷载

使用壳单元建立方管柱模型,用数值方法跟踪方管柱受到刚体撞击的全过程,得到不同质量比、不同冲击速度时的弹性和弹塑性冲击荷载,比较了方管模型柱和杆模型柱的冲击荷载结果并进行了分析。结果表明:对于弹性方管模型,当质量比越小、冲击速度越大时,冲击荷载峰值越大;接触时间也越长;局部屈曲亦越明显,造成管模型的冲击荷载峰值比相同参数杆模型的冲击荷载峰值降低也越多,因此管模型的冲击荷载峰值和速度不成线性关系。方管中的双向应力波导致管模型的冲击荷载曲线和只有单向应力波的杆模型的曲线有所不同,后者更光滑一些。对于弹塑性方管模型,和弹塑性杆类似,由于塑性的发展,弹塑性管模型的冲击荷载峰值随冲击速度的提高而增大,但是随速度变化的冲击荷载峰值曲线比弹性模型的平缓很多。由于管模型的局部屈曲效应,其弹塑性冲击荷载总是小于杆模型的冲击荷载。冲击速度越大,质量比越小,弹塑性管模型的冲击荷载峰值越大且接触时间越长。

拱结构的弹性二次分岔屈曲性能初探

阐述了拱的非线性屈曲的 2种形式 ,提出了 1种简捷的计算二次分岔屈曲的方法 ,通过算例证实了其可靠性 ,最后提出了提高结构承载力和防止发生变形突变的方法。

均布荷载下拱的弹塑性二次分岔屈曲性能初探

使用一种新的屈曲路径跟踪策略,对拱在平面内的弹塑性极值点屈曲和二次分岔屈曲全过程进行跟踪分析,得到全跨均布荷载作用下材料、截面相同而矢跨比不同的拱的弹塑性极值点屈曲荷载和二次分岔屈曲荷载,以及半跨均布荷载作用下其极值点屈曲荷载.研究结果表明:对于弹塑性拱结构,在全跨均布荷载作用下,二次分岔屈曲总是最危险的屈曲形式,其发生必定先于极值点屈曲.对于材料、截面相同,矢跨比0.1～0.5的拱,半跨均布荷载作用下矢跨比0.23的拱极值点屈曲极限承载力最大;全跨均布荷载作用下,矢跨比0.1的拱极值点屈曲和二次分岔屈曲极限承载力均大于其他拱.将得到的全跨和半跨均布荷载作用下不同长细比、不同矢跨比拱的弹塑性极限承载力计算结果归纳总结,得到极限承载力简化计算公式,可以直接查用,便于工程设计中使用.

冷弯薄壁型钢在低层结构中的应用与开发

介绍了国外冷弯型钢在低层别墅中的应用。遵循冷弯薄壁型钢结构设计规范，对一别墅进行了空间结构分析和构件设计，同时研制出一套轻型钢结构设计软件作为该工作的基础。

薄膜承载力及其对日光温室结构稳定性能的影响

为研究薄膜对日光温室结构抗灾害垮塌性能的影响,采用ANSYS有限元分析软件,模拟了单片薄膜受风雪、冰雹荷载作用情景,分析了薄膜厚度、尺寸(长度×宽度)、预张力和外荷载对单膜承载力的影响,建立了日光温室结构单榀拱架、无膜空间整体骨架、覆膜空间整体骨架3种计算模型,得到了风雪灾害下日光温室结构破坏全过程以及覆膜日光温室结构空间系数,探讨了薄膜厚度、弹性模量、预张力等参数改变时,薄膜张拉刚化效应对日光温室结构稳定性能的影响。结果表明:薄膜尺寸(长度×宽度)和厚度是影响其承载性能的主要因素,同时应适当考虑薄膜长宽比影响;0.2mm厚的薄膜可满足特强冰雹的防灾要求;薄膜张拉刚化效应有助于提高日光温室结构抗风承载力,对抗雪承载力影响不大;各分析参数中,薄膜弹性模量对日光温室结构空间系数的影响不明显。研究结果为覆膜日光温室结构抗风雪、抗冰雹灾害设计提供参考。

考虑滑移效应的钢-混凝土组合梁弹性应力计算

为了分析存在滑移效应时钢-混凝土组合梁的截面应力,在假定截面总弯矩由整体弯矩和局部弯矩组成的基础上,建立了考虑界面滑移效应的钢-混凝土组合梁截面整体弯矩、局部弯矩、截面弹性应力和屈服弯矩的计算模型,给出了组合梁的截面弹性应力和屈服弯矩计算公式;对比试验数值,模型计算得到的截面屈服弯矩较试验值低且有较好的计算精度,为组合梁截面应力和屈服弯矩的计算提供了一种简便、可行的计算方法。

异形温室结构的空间有限元分析

为了给空间索杆单元杂交结构的温室提供设计依据,以异形结构温室为例,利用大型有限元分析软件ANSYS10.0对该温室结构进行了静力线性有限元分析。计算得到3种荷载工况下结构主要构件的应力和最大挠度值:上弦杆σmax=170 MPa,ωmax=26 mm;下弦杆σmax=42.5 MPa,ωmax=20 mm;立柱σmax=29.3 MPa,ωmax=20mm;环梁σmax=55.3 MPa,ωmax=20 mm;檩条σmax=72.6 MPa,ωmax=26 mm。应力和变形结果均满足结构强度要求。该有限元分析方法可以推广到类似的温室结构的空间索杆单元杂交结构。

基于整体-局部弯曲模型的钢-混凝土组合梁界面滑移及其效应分析

提出了具有界面滑移的钢-混凝土组合梁截面弯矩由不考虑滑移的整体梁承担整体弯矩和自由滑移的叠合梁承担局部弯矩的整体-局部弯曲模型。基于Bernoulli梁理论和抗剪连接件线性剪力-滑移模型,建立了截面弯矩及剪力分配的计算方法,得到了整体-局部弯曲模型计算界面滑移及考虑界面滑移的截面应力和梁弯曲挠度的公式,并给出了集中荷载作用下简支组合梁的栓钉剪力及界面滑移计算公式。

考虑桁架刚度的温室结构风载效应分析方法

基于位移法,在考虑桁架下弦实际刚度的基础上,提出温室结构排架柱折算刚度的概念及计算公式,给出了风荷载作用下温室结构内力和变形计算的精确方法和公式。通过近似方法、本文方法和有限元方法的对比分析,对影响温室风荷载效应的主要因素:温室桁架下弦杆截面刚度、温室的跨数进行了讨论,结果表明:提出的计算公式与有限元计算结果符合较好;拱架变形对排架内力有明显影响,工程中不能完全将拱架简化为无限刚度横梁;当连栋温室横梁轴向刚度与中间柱的抗侧刚度之比小于1 500 mm-2或跨数大于8时应考虑横梁变形的影响。

矩形钢筋混凝土双向板板底塑性弯矩比设计取值研究

提出了通过调整板底塑性弯矩比控制板底裂缝宽度的概念;基于薄板理论的Navier解建立了提高钢筋混凝土板板底抗裂性能的板底塑性弯矩比值公式;基于塑性铰线理论,给出了保证配筋量最少的板底塑性弯矩比值公式。通过对比,给出了工程中板底弯矩取值的建议公式。

均布荷载作用下钢-混凝土组合梁界面滑移近似计算及其效应分析

为了计算钢混凝土组合梁的截面滑移及其对梁强度和刚度的影响,提出了具有界面滑移的钢混凝土组合梁的总荷载及截面总弯矩由2部份组成,不考虑滑移的组合梁承担整体荷载及整体弯矩,能自由滑移的叠合梁承担局部荷载和局部弯矩。基于Bernoulli梁理论和抗剪连接件线性剪力滑移模型,建立截面总弯矩分配的计算公式,给出均部荷载作用下简支组合梁的栓钉剪力及界面滑移近似计算公式,得到了考虑滑移的组合梁在弹性阶段截面弹性应力、跨中挠度的计算公式及挠度增大系数。

混凝土应力图形简化对截面抗弯强度的影响

根据混凝土受压应力应变关系的常用曲线方程,对受弯截面压区混凝土应力进行了矩形应力简化,推导得到了等效矩形应力图形高度及应力强度的一般公式。选取4种应力应变关系模型,计算得到了矩形应力图形的简化结果,并分析了单筋截面不同模型的相对抗弯强度及其与GB50010—2002《混凝土结构设计规范》(简称《规范》)建议值的相对误差。分析表明,不考虑混凝土受压的软化性能将过高估计截面的承载力,《规范》建议值导致截面抗弯强度计算值提高近5%,且在截面高配筋率下更为显著。