用于液体容器内液位测量的金属薄壁梁振动模态仿真研究

为实现用于液体容器内液位测量的金属薄壁梁振动模态的准确模拟,构建金属薄壁梁的有限元圆梁模型。该模型采用有限元法对金属薄壁梁纵向振动模型的特征频率进行分析,从而对金属薄壁梁暴露于外部刺激时所产生的纵向振动进行准确模拟。在所开展研究中,对薄壁梁采用圆梁分布质量模型,分析模型的前4种振动模态的特征频率。为验证该模型的有效性,将该模型对金属薄壁梁前4种纵向振动模态的模拟结果与理论模型结果、实际金属薄壁梁试验结果及其他两种仿真模型的模拟结果进行了对比。对比结果表明,所构建圆梁模型对金属薄壁梁纵向振动模态的模拟结果与理论、试验分析结果高度一致,且模拟结果效果明显优于其他两种模型。

深基坑嵌岩地下连续墙弯矩计算及风险评估研究

深基坑嵌岩地下连续墙弯矩承载能力是评估工程风险的重要指标,现有基于监测数据的计算方法无法定量分析上软下硬复杂地质条件下围护墙弯矩特性。文章提出了一种基于弹性地基梁力学模型与监测数据融合的方法,开展了深圳某基坑施工过程嵌岩围护墙弯矩计算与风险评估研究,结果显示围护墙最大测斜变形、嵌岩处弯矩和安全余量分别为67mm、2080kN·m和0.44,可作为基坑嵌岩围护墙断裂风险判别准则,为工程安全施工提供指导意义。

混合联肢PEC墙结构简化力学分析模型及承载力计算

为克服钢筋混凝土墙肢底部易发生脆性破坏的缺点,提高联肢剪力墙结构的抗震性能,采用PEC剪力墙肢代替混合联肢剪力墙结构中的钢筋混凝土剪力墙肢,形成新型混合联肢PEC墙结构.通过改变钢连梁截面尺寸、PEC墙肢宽厚比以及楼层数形成3个系列共8个模型,研究了弹性耦连比和改变弹性耦连比的方式对混合联肢PEC墙结构滞回性能和应力分布的影响.结果表明:各个系列模型滞回曲线均饱满而稳定,未出现明显捏缩现象,证明混合联肢PEC墙结构抗震性能好、耗能能力强,适用于高烈度抗震设防地区;与已有联肢墙结构研究成果一致,弹性耦连比是影响混合联肢PEC墙结构整体性能的主要因素,并不会因为实现方式不同而影响结构应力分布规律;为保证结构达极限承载能力状态时各层钢连梁均发生剪切屈服并充分发展塑性,同时避免受拉侧墙肢发生延性较差的小偏心受拉破坏,应控制弹性耦连比小于等于70%;基于有限元模型分析结果,探讨了混合联肢PEC墙结构受力机理,建立了结构简化力学分析模型,给出了极限承载力计算公式;试验及有限元模型分析结果与理论计算结果误差在15%以内,且均为理论值偏低,证明本文提出的混合联肢PEC墙结构极限承载力计算公式精度较高且偏于安全,可用于计算结构极限承载力.

Transverse Vibration Analysis of Single-Walled Carbon Nanotubes Embedded in an Elastic Medium Using Bernoulli-Fourier Method

Based on the Timoshenko beam theory and Bernoulli-Fourier method, a single-elastic beam model is developed for transverse vibrations of single-walled carbon nanotubes under additional axial load, which includes the effects of the elastic medium around them. Explicit expressions are derived for the natural frequencies and transversal responses of simply supported single-walled carbon nanotubes. The influence of addition axial load and the properties of elastic medium on the vibrations are discussed. The results showed that the effects of addition axial load on the lower natural frequencies of single-walled carbon nanotubes are sensitive to the lower vibration modes and the stiff elastic medium. The lower natural frequencies depend on the axial load;they become smaller with increasing axial load and vary with the vibration modes. In addition, except for the first mode, the effects of the axial load on the stiff elastic medium are considerably greater than those on the flexible one. However, the constants of the elastic medium have little effect on the first mode. The critical axial buckling stress and strain for simply-supported single-walled carbon nanotubes are also obtained.

带纵向加强肋复合墙体轴心受压荷载分配规律研究

针对带纵向加强肋复合墙体轴心受压下荷载在各承力部件间的分配问题,采用静力竖向承载力试验方法,对三榀1/2比例带纵向加强肋复合墙体进行试验研究,以弹性地基梁理论为基础,提出墙体在竖向荷载作用下的简化力学模型,计算墙体各承力部件承担竖向荷载比例,并与试验结果对比,分析墙体各承力部件的荷载分配规律。结果表明:所建立的墙体简化力学模型合理可行,竖向荷载在墙体各部件中按照轴向刚度进行分配,加载过程中各部件所承担的荷载比例基本不变,边框柱承担大部分竖向荷载,开洞增加了边框柱承担荷载的比例。

复合材料圆管构件的等效模型研究

本文针对任意壁厚的复合材料圆管构件的等效弹性模量和剪切模量提出了高阶理论计算方法，它考虑了构件的横向剪切效应以及层合材料的三维本相关系，并且对三种缠绕方式的等效模量进行了预测，预测结果与经典层合报理论和实验的预测结果吻合较好，该方法可用于复合材料杆件结构的设计中。

不等跨框支密肋壁板结构连续墙梁抗震性能试验研究

进行了一榀不等跨框支密肋壁板结构连续墙梁模型的伪静力试验,介绍了模型试件的破坏过程。根据试验结果,对这种形式墙梁的破坏形态、承载力、刚度、变形特性及滞回性能等抗震性能进行了分析研究,并与框支砖砌体墙梁进行了一定的对比分析。研究表明,框支密肋壁板结构墙梁具有良好的抗震性能。

底部一层框架上部无洞组合墙结构受力性能的试验研究

通过对一榀1/2比例底部一层两跨框架、上部三层钢筋砼-砖砌作横向组合墙结构的模型伪静力试验,研究了底框架、组合墙和框墙梁在竖向荷载或/和水平地震力同时作用下的破坏过程和机理、抗震性能及框支组合墙变形、承载力等问题.

连续墙梁试验研究和计算

本文论述了两跨连续墙梁在均布竖向荷载作用下的受力特性、破坏特征和承载能力。在试验研究以及有限元分析的基础上,对影响连续墙梁受力性能的各因素进行了讨论,提出了两跨连续墙梁抗弯、抗剪和局部受压的计算方法。

序列响应面方法在薄壁梁轻量化设计中的应用

提出将近似模型引入到薄壁梁的耐撞性优化设计中,并利用序列响应面优化方法对近似模型进行优化。针对基于有限元网格模型的设计变量难于参数化的问题,开发了相应的程序将薄壁梁的材料、截面尺寸及焊点布置等参数进行参数化建模。研究结果表明:优化设计改善了薄壁梁的吸能特性,使它的质量大大减轻;基于近似模型的优化算法能较大程度地提高优化效率。

基于新型梁单元模型的薄壁弯梁耐撞性优化

以矩形截面Z型薄壁弯梁为例,引入新型梁单元参数化模型建模方法,通过对薄壁梁进行碰撞分析提取了塑性铰的弯曲刚度特性曲线,将参数化后的弯曲刚度特性曲线赋予梁单元简化模型,实现了梁单元模型对壳单元模型的等效替代。在此基础上,应用均匀拉丁方试验设计方法,选取一定数量的参数样本点,建立了设计变量与弯曲刚度曲线参数之间的响应面近似模型,并采用连续二次规划的优化算法对梁单元模型进行了耐撞性优化。结果表明,采用新型梁单元简化模型代替详细的壳单元模型进行优化分析是可行的。

概念设计阶段薄壁直梁的耐撞性优化

本文中利用梁单元简化模型对薄壁直梁进行概念设计阶段的耐撞性优化。首先通过赋予梁单元轴向溃缩特性,模拟薄壁梁的溃缩变形。接着对梁单元简化模型进行了碰撞仿真,将仿真结果与详细模型相对比,以分析简化模型的精度及可靠性。最后以此为基础对梁单元简化模型进行耐撞性优化。结果表明,该简化模型易于创建,且有很高的精度,可以用于薄壁梁构件概念设计阶段的耐撞性优化。

玻璃幕墙立柱伸臂梁模式的设计和计算

幕墙立柱的抗风抗震设计 ,一般按简支梁模式考虑。根据实际受力情况建议按带伸臂的多跨梁模式设计计算 ,最大弯矩计算值可减少 30 %～ 5 0 % ,在截面尺寸不变的条件下 ,杆件挠度可减小 1 /2以上 ,效益显著。给出了计算公式和算例 ,并提供了节点做法。

装配式高层混凝土剪力墙结构新技术开发与示范

近几年,高层装配剪力墙结构在我国开始大量应用,新型体系、新型连接节点层出不穷。为了提供更好的抗震性能、更低的连接成本和更便捷高效的施工,结合合肥某预制装配剪力墙工程,系统介绍了中建MCB(multiple coupling beams)剪力墙结构体系的抗震体系、连接节点和BIM新技术研发与应用。

框架—剪力墙水平荷载下弹性铰结模型研究

框架—剪力墙结构目前在建筑结构中应用较广,现有二维平面力学计算模型现阶段仅根据有无连梁划分为两种结构体系,只要存在连梁简化为刚结体系,否则将作为铰结体系,显然这两种简化无法真实反映其受力情况。本文提出介于两者之间的框架—剪力墙弹性铰结体系,考虑楼板对连梁刚度的增强作用,用连梁刚度来进行结构体系的划分。按不同的结构体系进行内力计算、设计差异较大,本文建立框架—剪力墙弹性铰结体系,使此类结构的内力分析计算、结构构件设计能更好地反映其实际工作状态,对该类结构的理论分析是一个较大的补充。

基于梁柱杆件的墙/板宏观模型研究

多次地震震害表明墙和楼板对结构抗震性能有重要影响。为考察地震作用下墙和楼板在结构中的作用规律,弹塑性分析时结构模型中必须对墙和楼板进行合理模拟。针对已有模型的不足,建立基于梁柱杆件的墙和楼板宏观模型-BAC墙板模型,可兼顾墙/板平面内、外的力学性能。模型由若干梁柱杆件组成,各杆件的截面几何参数按刚度等效结合墙或楼板构件的原始几何尺寸确定;材料特性直接采用墙或楼板的材料特性。在弹性阶段,采用BAC墙板模型分别对墙/板构件以及含墙、楼板的二层钢筋混凝土结构进行计算。结果与采用壳单元模型的计算结果比较,二者在动力特性、受力变形等方面均吻合较好。在塑性阶段,分别对单调荷载作用下的砌体填充墙钢筋混凝土平面框架和往复荷载作用下的钢筋混凝土剪力墙进行弹塑性分析。研究构件的破坏特征以及荷载位移关系,将结果与试验进行比较,验证BAC墙板模型在塑性阶段分析的可靠性。

薄壁杆系结构的梁元分析模型

本文导出了用于薄壁杆系结构弹性分析的薄壁梁元分析模型。在空间梁元分析模型的基础上,采用了一种改进的位移模式,考虑了薄壁杆件可能发生的拉压、剪切、弯曲、扭转和翘曲等各变形形式以及它们的耦合效应,得出了相应的单元形函数;同时从工程应变的定义出发,采用Taylor级数展开的方法,建立了单元的五阶近似正应变表达式;并建立了相应的薄壁单元刚度方程,从而得出了局部坐标系下单元刚度矩阵的显式。根据本文所导出的薄壁梁元分析模型,编制了相应的结构计算程序。通过算例验证了本文所推导的单元刚度矩阵,同时通过与传统空间梁元计算模型计算结果的比较,阐述了截面翘曲对薄壁杆系结构的影响。

薄壁式渡槽运营期三维有限元分析

以葛沟薄壁简支梁式渡槽为研究对象,基于大型通用有限元软件ANSYS平台,在考虑预应力作用的情况下,建立了葛沟渡槽的精细化三维有限元模型。计算得到了空槽水位、半槽水位、设计水位和满槽水位4种不同工况下渡槽挠度和应力。计算结果表明,渡槽的设计方案合理,运营期应力和挠度较小,满足规范要求。所得结果对薄壁简支梁式渡槽的设计具有较大的参考价值。

基于高效精细化连梁计算单元的高层结构核心筒地震行为模拟

钢筋混凝土联肢剪力墙和核心筒在多高层结构体系中有着广泛应用。本文基于所开发的用于钢筋混凝土连梁地震反应分析的考虑非线性剪切的纤维梁单元,结合常规不考虑非线性剪切的纤维梁单元和分层壳单元,在通用有限元软件MSC.MARC(2007r1)平台上建立了一种新的联肢剪力墙和核心筒分析模型。模型分别采用所开发连梁单元、分层壳单元和常规纤维梁单元模拟钢筋混凝土连梁、剪力墙和边缘约束构件,具有高效、准确、建模方便的特点。首先利用相关联肢墙拟静力试验验证模型的准确性。随后对一31层高的核心筒结构进行地震反应模拟,重点对地震激励过程中核心筒内各处连梁的受力规律进行了详细分析,并与采用分层壳单元的计算模型进行了对比。本文提出的联肢剪力墙、核心筒计算模型为基于通用有限元软件平台的高层结构体系弹塑性分析提供了一种新的工具。

混凝土结构抗震非线性分析模型、方法及算例

结构在大震作用下会进入非线性并产生损伤,准确预测地震荷载下钢筋混凝土结构的非线性行为,对评估混凝土结构的抗震安全性具有重要意义。清华大学土木工程系近年来开发的适用于钢筋混凝土杆系结构的纤维模型THUFIBER程序,适用于预应力混凝土杆系结构的纤维模型NAT-PPC程序,以及适用于剪力墙结构的分层壳墙元模型的非线性分析程序。这些程序可以直接将构件的非线性节点力(轴力、剪力和弯矩)、节点变形(平动和转动)和材料的非线性应力-应变行为联系起来,可以模拟各种复杂受力构件的滞回行为和轴力-双向弯曲-剪切耦合行为,借助通用有限元程序方便的前后处理功能和非线性计算功能,该程序可以准确模拟地震作用下结构的三维非线性地震响应,也可模拟爆炸、倒塌等极端非线性行为,通过一系列的数值分析与试验结果的对比和工程应用算例,说明所研发程序的精度和计算能力。