空间钢框架修正精细塑性铰法理论研究

建立了考虑剪切变形及二阶效应影响的空间梁柱单元,可考虑截面的逐渐屈服,以及残余应力引起的分布塑性对单元刚度的影响.单元刚度矩阵包含了轴向、弯曲和扭转位移之间的耦合效应、弯扭屈曲以及结构变形过程中由于力矩空间转动引起的连带弯矩影响.采用C++编制了高等分析程序,通过几何、材料非线性算例证明了本文研究方法的精确度和有效性.

空间扭背索组合梁斜塔斜拉桥极限承载力分析

为进一步研究新兴空间扭背索组合梁斜塔斜拉桥的力学行为,以某主跨220m的空间扭背索组合梁斜塔斜拉桥为研究背景,采用非线性数值分析方法,并通过现场实测值验证数值模型的有效性,讨论了该桥的非线性响应和稳定性,同时用塑性铰法理论对结构极限承载能力进行了计算。研究发现:与常规斜拉桥相比,由于扭背索索长均匀,降低了拉索垂度影响差异;由于扭背索对主塔的水平约束作用较小,主塔较容易出现失稳;由不同工况分析得出,空间扭背索组合梁斜塔斜拉桥的破坏断面位于中塔柱顶部,锚固区下缘。本文研究结论可为类似桥型的进一步研究提供借鉴。

基于刚体准则的空间框架弹塑性非线性分析方法

基于刚体准则,采用二阶改进塑性铰模型,构建了空间弹塑性梁单元及其弹塑性刚度矩阵,建立了高效简洁的非线性增量迭代方法,可有效分析截面屈服产生的有限转动、二阶效应等柔性空间钢框架结构材料与几何非线性耦合效应。对于受初始力平衡的单元,随着单元的刚体转动与移动,其初始平衡力在当前状态下应保持大小不变,仅方向随单元做刚体转动,而实际结构的变形可以视为较大的刚体位移与较小的自然变形(弹性或非弹性)的组合。将此刚体准则植入增量迭代法,在预测阶段采用通过了刚体运动检验的弹塑性矩阵,从而合理确定迭代初始方向;在修正阶段使用刚体准则计算单元结点力,保证了计算精度。对三个典型柔性框架结构所做分析表明,本文方法能够准确预测结构的极限承载力值与塑性铰发展过程。对于空间框架结构,每根杆件仅需划分一个单元,极大提高了计算效率、降低了计算成本。与塑性区法、纤维元法以及考虑截面翘曲的修正切线刚度法等相比,本文提出的方法具有物理概念明确、单元划分少、刚度矩阵简单、分析过程简洁、计算精度与效率高等显著特点,适于工程应用。