大跨度钢管混凝土拱桥拱肋弹塑性阶段应力分布特点研究

为了研究大跨径钢管混凝土拱桥拱肋弹塑性阶段截面应力分布特点,以平南三桥为工程背景,分别推导了钢管混凝土拱肋在弹性、弹塑性阶段应力分配的理论公式,并与有限元数值仿真试验计算结果进行对比分析。研究表明:在弹性阶段,钢管与混凝土应力是按照弹性模量进行分配,超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)的弹性模量大于普通混凝土,因此UHPC的压应力约为钢管的25%,而普通混凝土仅约为18%,同时在该阶段混凝土还具有较大的压应力储备;在弹塑性阶段,钢模量减少,混凝土应力持续增大,混凝土的应力增加到钢管的45%,采用UHPC才能满足其强度需求。因此,将钢管与UHPC组合,通过适当减小钢管壁厚让钢适时屈服进入弹塑性阶段,可在一定程度上发挥UHPC的抗压性能,减少结构用钢量。

任意壳线性弯曲与自由振动分析的最小二乘无网格法

提出了一种求解任意壳结构线性弯曲与自由振动的最小二乘无网格法。利用映射技术并结合Mindlin板壳理论将三维任意壳参数化曲面转换成二维无网格模型。基于移动最小二乘法近似和一阶剪切变形理论求出其位移场,利用最小势能原理及Hamilton原理分别得到其弯曲及自由振动控制方程。由于该方法不能直接施加本质边界条件,故采用完全转换方法引入本质边界条件。文末以几种典型的不同形状壳结构算例表明,该研究的解与理论解或ABAQUS有限元解吻合良好,证明了该方法在计算任意壳的线性弯曲与自由振动的有效性及准确性。

基于无网格法的非均匀弹性地基上变厚度加筋板弯曲与固有频率分析

采用基于移动最小二乘近似的无网格方法并结合一阶剪切变形理论,分析了非均匀弹性地基上变厚度加筋板的弯曲和固有频率问题。首先,用节点对变厚度板和筋条分别进行离散,导出变厚度板和筋条的势能;其次,利用筋条与变厚度板之间的位移协调条件将筋条的节点参数转换为板的节点参数,再将两者的势能进行叠加得到变厚度加筋板的总势能,并根据能量法得到其动能;最后,利用最小势能原理及Hamilton原理分别得到弯曲控制方程与振动控制方程。由于采用的方法不能直接施加位移边界,故采用完全转换法处理位移边界。本文先计算变厚度板的弯曲及非均匀弹性地基板的固有频率,与文献对比验证方法的有效性;然后对非均匀弹性地基上变厚度加筋板弯曲与自由振动进行了计算,并将计算结果与有限元结果进行了对比。结果表明,本文方法计算所得结果与文献解及有限元结果之间的误差均小于5%,验证了该方法在计算非均匀弹性地基上变厚度加筋板弯曲与固有频率问题的有效性。