考虑初始荷载影响下梁动力特性的有限元分析

从非线性弹性理论出发,应用Hamilton原理,给出了考虑初始弯曲和轴向应力影响的一般形式的单元刚度矩阵,建立了考虑初始荷载影响时梁动力分析的有限元方程,编制了电算程序。通过与解析解结果的比较,验证了有限元公式。讨论了初始荷载的类型、大小及结构自身刚度(惯性矩、惯性半径、跨度)等因素在考虑初始弯曲应力影响时对不同约束情况下梁动力特性的影响。结果表明:荷载初始弯曲应力的存在提高了梁的自振频率,这种影响与荷载的大小及结构自身的刚度有关。

单向初始荷载下爆破漏斗破坏效应试验研究

深井矿山通常面临着高地应力开采环境,同时高地应力反作用于爆破破岩过程。为研究单向初始荷载对爆破漏斗破坏的影响规律,分析了初始荷载对爆生裂隙的影响机制,并进行了侧向爆破模型试验及数值模拟分析。研究表明:外加初始荷载对爆破裂隙范围的影响程度取决于爆炸荷载大小和岩石力学参数,岩石裂隙区主要受控于拉伸应力与抗拉强度的关系;在裂隙区范围内,距离炮孔中心越近,外加荷载对裂隙的影响越小;在混凝土爆破模型应力—应变曲线的弹性变形阶段范围内时,外加初始荷载对爆破效果表现出一定的抑制作用;相比于无荷载状态,5 MPa和10 MPa下的炸药单耗分别增大了35.80%和90.12%,而外加荷载为10 MPa时的K50、K80值分别降低了1.65%和0.44%,说明初始荷载在一定程度上也可以降低爆破大块率,有利于改善爆破块度分布。数值模拟结果与模型试验结果具有很好的一致性,研究结果对于深井开采爆破参数优化具有一定的理论指导作用。

几种典型板考虑初始荷载效应的基频近似解

基于两组板考虑初始荷载效应的动力控制微分方程:一般形式的动力控制微分方程和极坐标形式的动力控制微分方程,运用Galerkin(伽辽金)法求解得到了简支矩形板、固支矩形板、简支等边三角形板、固支椭圆形板、简支圆形板和固支圆形板6种典型板考虑初始荷载效应的自由振动基频(第一阶频率)近似解.通过与相关文献提出的有限元法计算结果对比,验证了公式的正确性.基频近似解表达式简单明了,物理意义明确,清楚地说明了初始荷载及相关因素对板自由振动基频的影响,直观地说明了板的初始荷载效应这一概念.计算分析表明:初始荷载的存在增加了板的弯曲刚度,提高了板的自振频率.这种初始荷载效应对频率的影响主要受初始荷载大小、跨厚比及边界条件等因素的影响.在计算分析和设计中应考虑并重视这种初始荷载效应对板计算分析带来的影响.

任意形状板考虑初始荷载效应的动力特性有限元分析

基于板考虑初始荷载效应的动力控制微分方程,运用等参变换方法,提出了任意形状板考虑初始荷载效应影响的动力有限元分析方法,编制了相应程序。同时,为验证提出的有限元方法的正确性,分别运用伽辽金法、瑞利法求解了几种典型板考虑初始荷载效应的基频近似解和简支正方形板考虑初始荷载效应的前三阶频率近似解。对比验证说明了提出的基于等参变换的任意形状板考虑初始荷载效应的动力有限元分析方法和频率近似解正确、有效。并通过计算分析,讨论了初始荷载大小、板的厚度等因素对板自振频率的影响,结果表明:初始荷载的存在提高了板的自振频率,并主要与荷载大小,板的跨厚比和边界约束条件有关。计算分析中应重视初始荷载效应对板的结构行为产生的影响,以做到精确分析和合理结构设计。

考虑初始荷载的火灾后RC柱抗震性能

为研究初始荷载作用对火灾后钢筋混凝土(RC)柱抗震性能的影响,分别对3根高温后RC柱和2根常温对比试件进行滞回加载试验。比较分析了不同初始荷载作用下试件的温度场变化、滞回曲线、骨架曲线和破坏模态,重点研究了不同初始荷载与高温冷却全过程对钢筋混凝土柱的破坏模态、剩余变形、剩余承载力、抗弯刚度与延性以及耗能能力的影响。结果表明:初始荷载作用对钢筋混凝土柱高温后的抗震性能影响显著,且存在一定尺寸效应;初始荷载作用时,随着轴压比增大,高温后试件的破坏模态由弯曲破坏变为压溃破坏;初始荷载的作用不仅影响柱截面温度场,而且使得高温后试件产生剩余压缩变形,轴压比越大,剩余压缩变形越大,剩余承载力和抗弯刚度均呈增大趋势,而延性和耗能能力呈下降趋势;高温冷却作用使得试件的承载力、抗弯刚度、延性以及耗能能力总体呈现不同程度的退化;建议在对受火后钢筋混凝土柱进行损伤评估和抗震性能研究时,应合理考虑初始荷载作用和尺寸效应的影响。

初始荷载效应对板的稳定性影响分析

运用变分原理,推导了考虑初始荷载效应情况下板的屈曲控制微分方程。以微分方程为基础,运用伽辽金法解得了简支矩形板考虑初始荷载效应的屈曲临界荷载系数近似解;同时,提出了考虑初始荷载效应情况下板的稳定有限元公式。对比验证了考虑初始荷载效应情况下,简支矩形板的屈曲临界荷载系数近似解和稳定有限元公式的正确性。并通过本文建立的有限元公式深入分析了考虑初始荷载效应情况下,初始荷载、板的厚度对板稳定性的影响,得到了如下结论:初始荷载效应提高了板的屈曲临界荷载;初始荷载越大,或板的厚度越薄,或边界约束越弱,初始荷载效应对板的屈曲临界荷载提高越明显。

初始荷载对受弯构件加固性能的影响评价

通过对在不同初始荷载水平条件下,受弯构件常用的加固方法所能够达到的最大加固效果的分析,提出了在受弯构件的加固中,应充分重视构件初始应力对加固效果的影响,并采取相应的措施。

初始荷载对RC梁碳纤维布抗弯加固效果影响的有限元分析

利用ANSYS建立14根碳纤维布加固钢筋混凝土简支梁模型,分析在两种配筋率情况下,不同初始荷载对钢筋混凝土梁碳纤维布抗弯加固效果的影响.结果表明:碳纤维布加固可显著提高梁的屈服荷载和极限荷载,梁的屈服荷载和极限荷载的提高幅度随着初始荷载的增加而减小;配筋率越小,受拉钢筋利用越充分,梁的极限荷载提高幅度越明显.

初始荷载作用下有粘结体外预应力加固RC梁抗弯性能研究

通过一组采用有粘结体外预应力加固的具有初始荷载的钢筋混凝土梁的抗弯性能试验，并利用AN-SYS软件进行仿真模拟，分析了初始荷载对有粘结体外预应力加固梁裂缝发展、极限荷载、挠度的影响。试验结果表明，采用有粘结体外预应力加固钢筋混凝土梁可以有效的提高其抗弯性能，数值模拟与试验结果吻合较好，初始荷载对加固梁的裂缝发展、极限荷载、挠度均有不同程度的影响。

初始静荷载下的混凝土动力强度研究

在土木工程中,混凝土结构都不可避免的会承受动力荷载,并且混凝土结构的动力荷载总是在一定静力荷载基础上叠加的,但现有大多数研究都是基于材料直接承受动力荷载进行的,因此有必要研究初始静荷载对混凝土动力特性的影响。本文计算了含裂纹体在不同初始静荷载下的动力响应,在直接承受动力荷载的混凝土强度与加载速率关系基础上,研究了不同初始静力荷载下动力荷载惯性和破坏时间的关系;在适当简化下分析了初始静荷载对混凝土的动力抗拉、抗压强度的影响规律,对现有文献中的试验现象做出了定性的解释和定量的分析,可为混凝土结构动力分析提供参考。

四种非正交边界板考虑初始荷载效应的后期荷载位移近似解

基于考虑初始荷载效应情况下板的一般形式的静力平衡微分方程,运用坐标变换得到了轴对称情形,考虑初始荷载效应后圆形板的极坐标形式的静力平衡微分方程.运用Galerkin法解得了简支等边三角形板、固支椭圆板、固支圆形板和简支圆形板四种非正交边界板考虑初始荷载效应的后期荷载位移近似解.采用相关文献提出的有限元法验证了近似解的正确性.各位移近似解表达式简单、物理意义明确,清楚地反映了初始荷载及相关因素对后期荷载位移的影响.计算分析表明:初始荷载效应提高了板的弯曲刚度,减小了板的后期荷载位移;板的初始荷载效应主要受初始荷载、跨厚比及边界条件等因素的影响.

不同初始静态荷载下混凝土动态抗压特性试验研究

利用大连理工大学自行研制、改造的大型液压伺服混凝土静动试验系统进行动态压缩试验,研究应变速率以及初始静态荷载对混凝土动态强度和变形特性的影响。试验结果表明,随着应变速率的增加,混凝土的强度有增加的趋势;初始静态荷载对混凝土的动强度影响明显,随着初始荷载的增加,动强度有降低的趋势;在初始静态荷载较大时,动强度降低的趋势更为明显;动强度随初始静态荷载变化规律接近指数函数。同时发现,在应变速率发生变化的位置,切线弹性模量也发生改变;在较大初始静态荷载作用时,切线模量的改变尤为显著,值得引起重视。

不同初始静态荷载下CA砂浆动态抗压特性试验研究

采用WDW系列电子万能试验机对水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)试件进行单轴压缩试验,研究应变速率以及预加初始静态荷载对CA砂浆动态抗压强度和变形特性的影响。试验结果表明:随着应变速率的增大,CA砂浆的极限抗压强度和弹性模量都呈指数增大,并给出了相应的经验公式;预加初始静态荷载对CA砂浆的动态强度影响明显,随着初始荷载的增加,CA砂浆的强度降低。在应变速率发生变化的位置,CA砂浆的切线模量发生改变,在板式无砟轨道的动力计算中应该考虑这一特点。

考虑初始静力荷载效应的框架结构部分底层柱失效时的瞬时动力分析

为研究高层建筑结构整体性问题中连续倒塌问题,采用有限元方法模拟高层结构底层边柱突然失效时的瞬时动力响应。从计算结果可以看出,动力分析的水平位移比静力作用的最大水平位移大很多并以静力位移为中心上下波动,并在阻尼作用下收敛到静力位移。初始静力荷载效应使瞬时动力响应的振幅比无初始静力荷载效应的结构的水平和竖向位移振幅小。初始静力效应对结构瞬态响应的影响与刚度、质量、阻尼等因素有关,刚度越小,质量、阻尼越大时,初始静力荷载效应对结构最大位移影响越小。在对底层边柱突然失效的高层结构进行分析时,必须计算结构的瞬时动力响应。建议以较为简单的无初始静力荷载效应时的瞬时动力响应作为结构设计依据,其结果趋于安全。

可液化场地桩基震后水平变形预测模型研究

近海海域实测数据显示,风机主要承受大幅值、长历时的水平向环境荷载。在服役周期内,位于高烈度区域内的近海风机遭受地震作用的概率极大。这些持续性的、量值巨大的初始水平环境荷载对风机的地震响应所产生的影响尚不清晰,目前相关研究多基于数值模拟方法。以福建海域某拟建近海风电场为对象,利用ZJU−400超重力振动台,开展了嵌岩桩单桩基础在砂土中的超重力物理模型试验,揭示了初始水平荷载与地震动荷载耦合作用下的桩身弯矩和位移响应。此外,引入超孔压参数来表征耦合荷载作用下的桩-土弱化效应,建立了能反映不同超孔压比下的大直径单桩基础桩身土反力-桩-土水平位移曲线模型。结合非线性Winkler地基梁理论框架,所构建的预测模型可以较有效地预测近海风机嵌岩单桩在初始水平荷载作用下的震后弯矩及位移分布。

二次荷载作用下碳纤维加固轴心受压矩形柱的非线性分析

应用有限元分析软件ANSYS对二次荷载作用下碳纤维加固轴心受压柱进行非线性分析,通过计算七个存在不同大小初始荷载的轴心受压柱的极限承载力,与不存在初始荷载的轴心受压柱的极限承载力进行对比分析,得出不同大小的初始荷载对加固后极限承载力的影响,给出考虑初始荷载影响时计算承载力的影响系数,供实际加固工程计算参考。

多花木兰和双荚决明分叉根拔出过程中根土界面摩擦特性

根系的不同分叉形态和分叉角度在拔出过程中释放的力对根系固土起重要作用,是根系固土力学性质的前置阶段。该研究以边坡绿化常用灌木多花木兰和双荚决明为研究对象,采用拉拔试验方法,研究分叉角度对根系拉拔摩擦力学性质的影响。试验结果表明,分叉根有3种拔出破坏模式:完全拔出、主根断裂和侧根断裂,多花木兰和双荚决明破坏模式以完全拔出为主,分别占总样本的82.61%和86.05%。3种破坏模式下的拉拔力与相对位移曲线(F-S曲线)初始阶段相似,在根系相对位移为0时,拉拔力已经产生,且分叉角度与初始滑移荷载呈显著正相关关系(多花木兰P=0.042,双荚决明P=0.003)。多花木兰和双荚决明分叉角度为60°~90°时,1~2 mm根径峰值位移分别为19.749和17.324 mm;多花木兰和双荚决明分叉角度为0°~30°时,>4~5mm根径峰值位移分别为7.253和4.891mm;根径相同时其峰值位移随分叉角度的增加而增加,根系分叉角度相同时,峰值位移随根径的增大而减小,根径越小,分叉角度越大,峰值位移越大。多花木兰和双荚决明根土界面摩擦系数均随分叉角度的增加而增大,多花木兰平均最大拔出力从大到小的分叉角度依次为>30°~60°、>60°~90°、0°~30°,双荚决明平均最大拔出力从大到小的分叉角度依次为>60°~90°、>30°~60°、0°~30°。分叉根在受拉初始阶段释放的其中一部分力可用土压力来表示,因此可对分叉角度对摩擦力学特性的影响进行定量分析。该研究可为进一步了解根系的固土作用和锚固机理提供依据。

负载下盖板加固梁柱刚接节点的简化力学模型

国外已有的试验研究表明:没有初始荷载的情况下采用盖板加固的梁柱刚接节点受力性能良好,其破坏模式都是在盖板末端的梁截面上出现塑性铰;但对于负载下加固节点的受力性能研究则较少。该文在有限元研究的基础上,对盖板和原节点之间的相互作用关系做出合理的假设,并提出了模拟盖板加固的简化力学模型,进一步研究了负载下加固节点的受力性能。通过简化力学模型分析,得到了负载下加固节点中初始荷载与新增荷载在加固盖板与原节点之间的分配关系,负载下盖板加固节点不能视为一个整体来设计,平截面假定也不再满足。同时简化力学模型计算结果表明盖板长度对最终荷载在盖板和原节点之间的分配关系影响很小,盖板厚度是节点负载下加固的主要几何设计参数。

预应力CFRP布加固混凝土梁的抗弯承载力计算

根据预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁的不同受力阶段,给出了各阶段预应力碳纤维布应变和应力的计算方法;根据混凝土结构设计规范,提出了预应力碳纤维布加固有初始荷载的钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力计算公式,并给出了公式的适用条件和计算方法。

梁柱刚接节点负载下加固的有限元研究

美国北岭地震之后,研究人员认识到栓焊混接的梁柱刚接节点的缺陷以及对受损和设计不够的节点加固的重要性。现有的研究都假定结构加固是在有效支撑作用下进行的,即加固时,结构不承受任何荷载;但实际上,由于支撑设计不足及施工条件等的限制,原有结构还是会承担一定的荷载,而均在负载下进行加固的。通过有限元方法,研究了梁柱刚接节点负载下加固后的受力性能。结果表明,负载下加固的节点的受力情况与非负载下加固的节点有很大的差别,加固前的初始荷载过大会对加固后节点的受力性能带来不利影响,严格限制加固前结构的初始荷载是非常必要的。