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GEOMETRICALLY NONLINEAR FINITE ELEMENT MODEL OF SPATIAL THIN-WALLED BEAMS WITH GENERAL OPEN CROSS SECTION 被引量:11
1
作者 Xiaofeng Wang Qingshan Yang 《Acta Mechanica Solida Sinica》 SCIE EI 2009年第1期64-72,共9页
Based on the theory of Timoshenko and thin-walled beams, a new finite element model of spatial thin-walled beams with general open cross sections is presented in the paper, in which several factors are included such a... Based on the theory of Timoshenko and thin-walled beams, a new finite element model of spatial thin-walled beams with general open cross sections is presented in the paper, in which several factors are included such as lateral shear deformation, warp generated by nonuni- form torsion and second-order shear stress, coupling of flexure and torsion, and large displacement with small strain. With an additional internal node in the element, the element stiffness matrix is deduced by incremental virtual work in updated Lagrangian (UL) formulation. Numerical examples demonstrate that the presented model well describes the geometrically nonlinear property of spatial thin-walled beams. 展开更多
关键词 spatial beams thin-walled structures geometrically nonlinear finite element stiffness matrix
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A new beam element for analyzing geometrical and physical nonlinearity 被引量:3
2
作者 Xiao-Feng Wang Qing-Shan Yang Qi-Lin Zhang 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2010年第4期605-615,共11页
Based on Timoshenko's beam theory and Vlasov's thin-walled member theory, a new model of spatial thin-walled beam element is developed for analyzing geometrical and physical nonlinearity, which incorporates an inter... Based on Timoshenko's beam theory and Vlasov's thin-walled member theory, a new model of spatial thin-walled beam element is developed for analyzing geometrical and physical nonlinearity, which incorporates an interior node and independent interpolations of bending angles and warp and takes diversified factors into consideration, such as traverse shear deformation, torsional shear deformation and their coupling, coupling of flexure and torsion, and the second shear stress. The geometrical nonlinear strain is formulated in updated Lagarange (UL) and the corresponding stiffness matrix is derived. The perfectly plastic model is used to account for physical nonlinearity, and the yield rule of von Mises and incremental relationship of Prandtle-Reuss are adopted. Elastoplastic stiffness matrix is obtained by numerical integration based on the finite segment method, and a finite element program is compiled. Numerical examples manifest that the proposed model is accurate and feasible in the analysis of thin-walled structures. 展开更多
关键词 spatial beams Thin-walled section beam element Geometrical and physical nonlinearity FEM
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空间钢构架混凝土梁斜截面受剪性能分析
3
作者 张志鹏 唐兴荣 《常州工学院学报》 2024年第1期10-19,共10页
由角钢和缀板焊接而成的空间钢构架替代传统绑扎钢筋骨架形成空间钢构架混凝土结构构件。为进一步研究空间钢构架混凝土梁的斜截面受剪性能,采用Abaqus软件,建立空间钢构架混凝土梁斜截面受剪性能的有限元分析模型,并对空间钢构架混凝... 由角钢和缀板焊接而成的空间钢构架替代传统绑扎钢筋骨架形成空间钢构架混凝土结构构件。为进一步研究空间钢构架混凝土梁的斜截面受剪性能,采用Abaqus软件,建立空间钢构架混凝土梁斜截面受剪性能的有限元分析模型,并对空间钢构架混凝土梁斜截面受剪性能进行模拟分析。分析结果表明,空间钢构架对混凝土梁的斜截面受剪承载力有利,随着剪跨比的减小、配箍特征值的增大其斜截面受剪承载力提高。基于已有的试验研究和模拟分析,采用极限平衡原理,考虑空间钢构架的有利作用,建立空间钢构架混凝土梁抗剪承载力的计算公式,公式的计算值与试验值吻合较好,可以作为空间钢构架混凝土梁斜截面受剪承载力计算公式。 展开更多
关键词 空间钢构架 混凝土简支梁 受剪性能 有限元分析 承载力计算公式
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A geometrical and physical nonlinear finite element model for spatial thin-walled beams with arbitrary section 被引量:4
4
作者 YANG QingShan 1 &WANG XiaoFeng 2 1 School of Civil Engineering,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China 2 College of Civil Engineering,Tongji University,Shanghai 200092,China 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2010年第3期829-838,共10页
Based on the theories of Bernoulli-Euler beams and Vlasov's thin-walled members,a new geometrical and physical nonlinear beam element model is developed by applying an interior node in the element and independent ... Based on the theories of Bernoulli-Euler beams and Vlasov's thin-walled members,a new geometrical and physical nonlinear beam element model is developed by applying an interior node in the element and independent interpolations on bending angles and warp,in which factors such as traverse shear deformation,torsional shear deformation and their coupling,coupling of flexure and torsion,and second shear stress are all considered.Thereafter,geometrical nonlinear strain in total Lagarange(TL) and the corresponding stiffness matrix are formulated.Ideal plastic model is applied to physical nonlinearity to comply with the yield rule of Von Mises and incremental relationship of Prandtle-Reuss.Elastoplastic stiffness matrix is derived by numerical integration on the basis of the finite segment method.Examples show that the developed model is feasible in analysis of thin-walled structures with high accuracy. 展开更多
关键词 spatial beamS THIN-WALLED structures GEOMETRICAL and PHYSICAL NONLINEARITY finite element arbitrary section
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单箱多室变宽度道岔连续梁桥空间力学性能分析 被引量:2
5
作者 梁占旭 马海涛 +1 位作者 薛晓凯 徐超峰 《铁道勘察》 2023年第2期87-92,共6页
为了明确不同荷载条件下单箱多室变宽度道岔连续箱梁桥的应力分布及剪力滞效应,首先采用数值方法,利用ANSYS建立考虑预应力以及各种荷载工况加载方式的三维实体单元模型,分析箱梁在不同荷载效应下应力分布和变形趋势;然后,选择箱梁顶底... 为了明确不同荷载条件下单箱多室变宽度道岔连续箱梁桥的应力分布及剪力滞效应,首先采用数值方法,利用ANSYS建立考虑预应力以及各种荷载工况加载方式的三维实体单元模型,分析箱梁在不同荷载效应下应力分布和变形趋势;然后,选择箱梁顶底板不同部位16个应变测点,采用多通道数据采集仪分别同步实测满堂支架现浇、预应力张拉及成桥落架等施工阶段时箱梁应力,并与数值分析数据进行对比验证;在此基础上,利用数值模型对该单箱五室预应力混凝土道岔梁在列车活载作用下的横向和纵向剪力滞效应进行分析。研究表明,三维实体数值模型可得到不同荷载工况作用下单箱多室箱梁应力分布的精细结果,数值分析结果和应力实测数据都显示箱梁顶底板应力分布不均匀,有明显的剪力滞效应,且顶板剪力滞效应更显著;数值分析还显示,车辆布载方式影响剪力滞效应,剪力滞效应沿着纵桥向变化,剪力滞系数最大达1.074。研究结果表明,单箱多室箱梁设计中应充分考虑箱梁剪力滞效应影响,以确保桥梁结构设计安全。 展开更多
关键词 城市轨道交通 箱形梁 连续梁 变宽度 空间力学分析 剪力滞效应 组合有限元
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接触网三维模型的建立与风偏的非线性求解 被引量:17
6
作者 宋洋 刘志刚 +1 位作者 汪宏睿 姜静 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期30-38,共9页
本文利用空间梁单元与柔性索单元离散电气化铁路接触网,考虑梁单元变形时的几何非线性,采用动坐标迭代法进行求解,计算平衡状态下的吊弦长度,建立接触网三维力学模型。分别利用流体力学软件和风洞试验计算接触线截面的气动力系数,并将... 本文利用空间梁单元与柔性索单元离散电气化铁路接触网,考虑梁单元变形时的几何非线性,采用动坐标迭代法进行求解,计算平衡状态下的吊弦长度,建立接触网三维力学模型。分别利用流体力学软件和风洞试验计算接触线截面的气动力系数,并将横风载荷施加到此模型中,研究风速、张力等因素对接触线风偏的影响,以及考虑几何非线性在研究接触网较大位移问题时的必要性。研究结果表明:在求解接触网大位移问题时,不考虑梁单元变形产生的几何非线性,会对结果造成一定的误差。本文仿真结果可为接触网防风设计提供有益借鉴,提出的仿真方法可适用于接触网发生较大位移时的精确计算,也为研究更为复杂的接触网三维力学特性提供条件。 展开更多
关键词 空间梁单元 接触网 动坐标迭代法 几何非线性 风偏
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钢管初应力对钢管砼拱桥承载力影响非线性分析 被引量:16
7
作者 周水兴 张敏 王小松 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期291-297,302,共8页
基于非线性问题的平衡方程和空间梁单元非线性几何方程,推导了一般线弹性关系下计入初应力影响的空间梁单元显式切线刚度矩阵。针对钢管混凝土哑铃型截面的构造特点,提出了组合空间梁单元法,较好解决了哑铃型截面钢管初应力的计算与存... 基于非线性问题的平衡方程和空间梁单元非线性几何方程,推导了一般线弹性关系下计入初应力影响的空间梁单元显式切线刚度矩阵。针对钢管混凝土哑铃型截面的构造特点,提出了组合空间梁单元法,较好解决了哑铃型截面钢管初应力的计算与存储问题,并给出了承载力分析时单元划分的具体方法,编制了专用计算程序,计算结果与试验吻合良好。开展了不同钢管初应力系数、不同截面含钢率和不同跨径对钢管混凝土拱桥承载力的影响分析。结果表明,钢管初应力将使钢管混凝土拱桥的承载力降低,降低幅度与拱肋截面型式有关,承载力最大降低值可超过30%。最后给出了三种考虑钢管初应力影响的常用拱肋截面型式拱桥承载力影响系数实用计算公式。 展开更多
关键词 钢管混凝土拱桥 钢管初应力 承载力影响系数 实体-空间梁单元 组合空间梁单元 实用计算公式
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基于曲率离散的几何非线性空间梁单元 被引量:5
8
作者 齐朝晖 方慧青 +1 位作者 张志刚 王刚 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2014年第5期498-509,共12页
以绝对坐标为节点参数的梁单元在结构的几何非线性分析和多柔体系统动力学中都有广泛的应用前景.其中一种具有代表性的单元为基于精确几何模型的梁单元,但它的构造过程涉及对节点转动矢量的插值,由此引起了很多数值求解方面的困难.由Sha... 以绝对坐标为节点参数的梁单元在结构的几何非线性分析和多柔体系统动力学中都有广泛的应用前景.其中一种具有代表性的单元为基于精确几何模型的梁单元,但它的构造过程涉及对节点转动矢量的插值,由此引起了很多数值求解方面的困难.由Shabana提出的绝对坐标梁单元,其节点参数中不含转动矢量,从而避免了对转角的插值,但却为此大幅度地增加了节点参数.以大变形梁虚功率方程为理论基础,先通过单元的形心曲线插值得到端面曲率及其对弧长的变化率,进而对单元域内的曲率进行插值,提出了一种既可避免转动矢量插值同时又不增加节点参数的空间梁单元,可用于梁的大变形几何非线性分析.数值算例验证了该单元的合理性. 展开更多
关键词 空间梁单元 多柔体系统 几何非线性 曲率插值
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基于Timoshenko梁理论的薄壁梁弯扭耦合分析 被引量:11
9
作者 王晓峰 杨庆山 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2008年第5期12-16,21,共6页
该文主要以截面形心与剪切中心不重合的等截面空间薄壁梁为研究对象。以Timoshenko梁理论和薄壁杆件理论为基础,考虑横向剪切变形以及横向剪力和二次剪应力所产生的翘曲,将转角位移和翘曲位移采取独立插值,利用虚功原理推导出薄壁截面... 该文主要以截面形心与剪切中心不重合的等截面空间薄壁梁为研究对象。以Timoshenko梁理论和薄壁杆件理论为基础,考虑横向剪切变形以及横向剪力和二次剪应力所产生的翘曲,将转角位移和翘曲位移采取独立插值,利用虚功原理推导出薄壁截面空间梁元的弯扭耦合刚度矩阵。算例表明:所建立的模型具有很好的精度,满足工程应用;当截面有非对称轴时,计算须考虑弯扭耦合的影响。 展开更多
关键词 空间梁元 薄壁结构 弯扭耦合 有限元 TIMOSHENKO梁理论
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综合考虑关节及杆柔性的空间机器人动力学分析 被引量:16
10
作者 张绪平 余跃庆 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 1998年第5期775-778,共4页
提出了空间柔性转子梁单元模型,建立了考虑关节及杆柔性的空间机器人动力学方程。首次给出了一个四杆空间机器人的数值算例,说明了柔性空间机器人的弹性变形对方向误差及位置误差都具有很重要的影响,杆和关节的弹履变形之间有相互耦... 提出了空间柔性转子梁单元模型,建立了考虑关节及杆柔性的空间机器人动力学方程。首次给出了一个四杆空间机器人的数值算例,说明了柔性空间机器人的弹性变形对方向误差及位置误差都具有很重要的影响,杆和关节的弹履变形之间有相互耦合影响作用。 展开更多
关键词 弹性变形 柔性转子梁单元 空间 机器人 动力学
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高墩大跨桥梁空间几何非线性分析 被引量:7
11
作者 吕毅刚 余钱华 张建仁 《长沙理工大学学报(自然科学版)》 CAS 2004年第2期28-33,共6页
在杆系结构几何非线性理论的基础上,推导了在空间状态随转坐标系下从t时刻到t+Δt时刻,空间梁单元的运动中能真正引起单元变形的那部分节点位移增量表达式.采用空间梁单元模拟高墩、大跨桥梁实际结构,用面向对象的VisualC++6.0语言,编... 在杆系结构几何非线性理论的基础上,推导了在空间状态随转坐标系下从t时刻到t+Δt时刻,空间梁单元的运动中能真正引起单元变形的那部分节点位移增量表达式.采用空间梁单元模拟高墩、大跨桥梁实际结构,用面向对象的VisualC++6.0语言,编制了具有可视化界面的空间梁单元几何非线性有限元程序,并对工程实例进行了全桥线弹性和考虑几何非线性的静力分析,并说明了其几何非线性的影响程度. 展开更多
关键词 高墩大跨桥梁 空间梁单元 几何非线性 静力分析 有限元程序
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考虑横向和扭转剪切变形的空间薄壁梁单元 被引量:4
12
作者 王晓峰 杨庆山 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第2期293-296,共4页
基于Timoshenko梁及Benscoter薄壁杆件理论,建立了考虑剪切变形、弯扭耦合以及翘曲剪应力影响的空间任意开闭口薄壁截面梁单元.通过引入单元内部结点,对弯曲转角和翘曲角采用三节点Lagrange独立插值的方法,考虑了剪切变形和翘曲剪应力... 基于Timoshenko梁及Benscoter薄壁杆件理论,建立了考虑剪切变形、弯扭耦合以及翘曲剪应力影响的空间任意开闭口薄壁截面梁单元.通过引入单元内部结点,对弯曲转角和翘曲角采用三节点Lagrange独立插值的方法,考虑了剪切变形和翘曲剪应力的影响并避免了横向剪切锁死问题;借助载荷作用下薄壁梁的截面运动分析,在位移和应变方程中考虑了弯扭耦合的影响.通过数值算例将该单元的计算结果与理论解以及商用有限元软件和其他文献中的数值解进行对比和验证,结果对比表明该薄壁梁单元具有良好的精度和收敛性. 展开更多
关键词 薄壁梁 任意开闭口截面 空间梁单元 Benscoter理论 刚度矩阵
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钢筋混凝土空间梁单元刚度矩阵研究 被引量:2
13
作者 黄荣杰 杜太生 宋天霞 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期116-118,共3页
采用2个节点和7个自由度的形式描述钢筋混凝土(RC)空间梁单元的变形,进而导出梁单元应变矩阵口,并根据一般刚体计算公式得出RC梁单元刚度矩阵K.与此同时,考虑了三种情形下,即不考虑横向剪切、考虑横向剪切和考虑横向箍筋时的Ke... 采用2个节点和7个自由度的形式描述钢筋混凝土(RC)空间梁单元的变形,进而导出梁单元应变矩阵口,并根据一般刚体计算公式得出RC梁单元刚度矩阵K.与此同时,考虑了三种情形下,即不考虑横向剪切、考虑横向剪切和考虑横向箍筋时的Ke的显式.实例证明箍筋能使承载力提高15%~20%. 展开更多
关键词 钢筋混凝土空间梁单元 刚度矩阵 工程经济收益
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考虑变形耦合的几何非线性空间梁单元 被引量:1
14
作者 张志刚 齐朝晖 +1 位作者 吴志刚 方慧青 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第5期603-608,621,共7页
以"精确几何模型梁单元"为代表的很多几何非线性梁单元,在构造过程中分别对描述截面转动的转角和描述截面形心位置的位移进行了独立插值,由此引起了诸如运动学描述冗余和剪切闭锁等困难。其根本原因在于单元形函数没能体现细... 以"精确几何模型梁单元"为代表的很多几何非线性梁单元,在构造过程中分别对描述截面转动的转角和描述截面形心位置的位移进行了独立插值,由此引起了诸如运动学描述冗余和剪切闭锁等困难。其根本原因在于单元形函数没能体现细长梁中的变形耦合关系。本文对这类传统单元进行了改造,通过深入研究单元变形之间的内在联系,提出了一种变形场完全满足Bernoulli梁变形耦合关系的新单元,避免了构造过程中对转动矢量的插值,并通过数值算例检验了单元的有效性。 展开更多
关键词 空间梁单元 几何非线性 大转动 节点力
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考虑弯扭耦合的空间薄壁截面梁单元刚度矩阵 被引量:2
15
作者 王晓峰 杨庆山 《北京交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第4期83-87,共5页
以Bernoulli-Euler梁理论和Vlasov薄壁杆件理论为基础,通过设置单元内部结点,对弯曲转角和翘曲角采取独立插值的方法,建立了可考虑横向剪切变形、弯曲和扭转的耦合及翘曲剪应力等因素影响的空间薄壁截面梁有限元模型.算例表明本文所建... 以Bernoulli-Euler梁理论和Vlasov薄壁杆件理论为基础,通过设置单元内部结点,对弯曲转角和翘曲角采取独立插值的方法,建立了可考虑横向剪切变形、弯曲和扭转的耦合及翘曲剪应力等因素影响的空间薄壁截面梁有限元模型.算例表明本文所建立的模型具有很好的精度,满足工程应用. 展开更多
关键词 薄壁结构 单元刚度矩阵 有限元 弯扭耦合 空间梁元
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薄壁箱梁空间计算的板梁单元法 被引量:15
16
作者 王荣辉 曾庆元 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第5期94-98,共5页
根据箱梁力学行为为梁特征的特点,将围成闭口截面箱梁的板件视为板梁,由此提出了薄壁箱梁空间计算的板梁单元法。此方法自由度少,计算精度较高,且计算思路与方法较简洁,物理概念明确,可用于大型多室箱梁结构的空间计算分析。
关键词 薄壁箱梁 板梁单元法 空间计算 桥梁
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扁平曲线箱梁静动力特性分析 被引量:10
17
作者 徐勋 卫星 +1 位作者 刘德军 强士中 《公路交通科技》 CAS CSCD 北大核心 2007年第12期60-65,84,共7页
应用空间有限元方法,建立了考虑不同力学因素的扁平曲线箱梁分析模型。通过对不同曲率半径的扁平曲线箱梁桥的静动力特性进行计算分析,明确了结构主要部位的活载支承反力、变位和内力随曲率半径的变化规律;得出了弯曲、翘曲、畸变和剪... 应用空间有限元方法,建立了考虑不同力学因素的扁平曲线箱梁分析模型。通过对不同曲率半径的扁平曲线箱梁桥的静动力特性进行计算分析,明确了结构主要部位的活载支承反力、变位和内力随曲率半径的变化规律;得出了弯曲、翘曲、畸变和剪力滞等应力成分的变化规律和分布特点;分析了曲率半径、翘曲、畸变、剪力滞后和剪心形心不重合等效应对结构自振特性的影响。对移动荷载车列作用下结构空间弯扭耦合振动特性进行研究,得出了位移动力系数及截面应力冲击系数的分布特点。结果表明,位移动力系数随速度增大是幅值和周期都在增大的似半正弦波曲线,并且其随半径增大而逐渐减小。 展开更多
关键词 桥梁工程 扁平曲线箱梁 空间有限元分析 静力特性 自振特性 耦合振动 动力系数
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空间曲梁几何非线性有限元法分析 被引量:8
18
作者 周文伟 曾庆元 《长沙铁道学院学报》 CSCD 1998年第3期1-5,共5页
基于严格按照有限变形理论和数学分析方式推导出来的空间曲梁单元增量应变——增量位移关系式,本文给出了空间曲梁几何非线性有限元法分析的U.L列式新方法.两个数值算例结果说明了这种方法的正确性和有效性.
关键词 空间曲梁 几何非线性 有限元 增量位移关系
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大型空间柔性梁的有限元动力学建模方法研究 被引量:2
19
作者 和兴锁 顾致平 邓峰岩 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2007年第9期1194-1197,共4页
在精确描述柔性梁变形的基础上,针对具有大范围运动的大型空间柔性结构的动力学建模方法进行了研究。首先利用有限元方法对空间柔性梁结构进行离散,导出其动能、势能及广义力,然后采用Lagrange方程建立系统的精确动力学方程。该方程包... 在精确描述柔性梁变形的基础上,针对具有大范围运动的大型空间柔性结构的动力学建模方法进行了研究。首先利用有限元方法对空间柔性梁结构进行离散,导出其动能、势能及广义力,然后采用Lagrange方程建立系统的精确动力学方程。该方程包含各个方向的变形、变形运动与大范围运动的相互耦合项。 展开更多
关键词 空间柔性梁 有限元 动力学建模
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钢管混凝土哑铃型截面计算模式分析 被引量:4
20
作者 周水兴 熊洪滨 张敏 《土木建筑与环境工程》 CSCD 北大核心 2009年第2期105-109,共5页
针对钢管混凝土哑铃型截面的构造特点,视截面中的钢管、管内混凝土、腹板以及腹腔内混凝土为普通空间梁单元,利用平截面假定和主从节点形成的转换矩阵,将各个普通空间梁单元集合成空间组合梁单元。应用Fortran语言编制了钢管混凝土哑铃... 针对钢管混凝土哑铃型截面的构造特点,视截面中的钢管、管内混凝土、腹板以及腹腔内混凝土为普通空间梁单元,利用平截面假定和主从节点形成的转换矩阵,将各个普通空间梁单元集合成空间组合梁单元。应用Fortran语言编制了钢管混凝土哑铃型截面拱计算程序。算例结果表明,钢管混凝土哑铃型截面拱肋中钢管及管内混凝土主要承受轴向力,弯矩很小。进一步提出用于哑铃型截面上下肢钢管混凝土轴向力计算的格构柱法修正公式,修正后的计算结果与算例吻合良好。 展开更多
关键词 哑铃型截面 钢管混凝土 空间组合梁单元 计算模式 格构柱法 修正公式
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