带转动弹簧的杆单元平面钢结构二阶弹性分析

用两端带转动弹簧的杆单元代替一般的杆单元,提出了一种新的平面杆系钢结构二阶弹性分析计算模型。通过对杆单元的转角位移方程进行修正,推导了这种计算模型的结构弹性刚度矩阵和几何刚度矩阵,并编制了该种模型的一阶和二阶弹性分析计算程序,采用该程序对两个半刚性连接钢框架进行了计算分析,并将部分结果与有限元计算结果进行了比较。算例结果表明:该模型计算结果精度高,可用于结构初步设计与分析。

带转动弹簧的杆单元平面钢结构弹塑性时程分析

用两端带转动弹簧的杆单元代替一般的杆单元,提出了一种新的平面杆系钢结构动力弹塑性时程分析计算模型.根据梁柱半刚性连接的力学模型,提出了该类型连接在地震荷载作用下的恢复力模型.采用虚功原理,通过对单元转角-位移方程的修正,推导了这种计算模型的单元质量矩阵和刚度矩阵.采用Wilson-数值积分算法,进行了结构弹塑性时程分析计算,并编制了相应的分析计算程序.用此程序分析了连接的半刚性在罕遇地震作用下对钢框架结构动力性能的影响,并与有限元结果进行了比较.算例结果表明:连接的半刚性对结构动力性能的影响非常大,设计中应该考虑连接的半刚性影响.

转动弹簧宏模型模拟剪力墙受力性能

本文将剪力墙结构根据精度需要划分成若干6节点矩形单元,每个单元由2根斜置正交弹簧及联结的上下水平刚性横杆组成,2根斜置弹簧方向分别与外力作用下的主拉、压应力方向一致。本文引入单元位移场线性假定及斜压场理论计算弹簧内力,根据变形协调条件由单元结点位移计算弹簧变形,由弹簧刚度及倾角推导了该宏模型单元刚度矩阵,迭代计算使结构内力及位移逼近真值。算例分析表明,该模型能较好地反映剪力墙的受力性能。

半刚性连接钢框架结构弹性时程分析

用两端带转动弹簧的杆单元代替一般的杆单元,提出了一种新的平面杆系钢结构动力弹性时程分析计算模型。采用虚功原理,通过对单元转角-位移方程的修正,推导了这种计算模型的单元质量矩阵,并编制了相应的弹性时程分析计算程序,分析了连接的半刚性在不同地震动作用下对钢框架结构动力性能的影响,并与有限元结果进行了比较。算例结果表明:连接的半刚性对结构动力性能的影响非常大,结构的抗震性能优于刚性连接的情况。

含裂纹功能梯度材料梁结构的振动功率流特性分析

功能梯度材料(FGM)梁在工程中应用日益广泛,而梁中裂纹的存在改变了局部刚度等特性,使得功能梯度材料梁的振动和波传播特性发生改变。以含有张开型裂纹的功能梯度梁为对象分析其波传播和振动功率流特性。利用转动弹簧模型模拟裂纹,给出由裂纹引起的局部柔度表达式。建立无限长FGM欧拉梁结构的动力学方程,采用波动法结合梁的连续条件计算得到FGM欧拉梁的振动特性,对无缺陷梁和裂纹梁的输入功率流和传播功率流进行分析。讨论了材料梯度指数、激励频率、裂纹深度和裂纹位置等信息与输入功率流、传播功率流之间的关系,为基于振动功率流的裂纹FGM梁的损伤识别提供理论基础。

地震荷载作用下钢筋混凝土柱的滑移变形

根据钢筋滑移的受力变形原理和Alsiwat-Saatcioglu模型假定推导出钢筋的显式表达式;基于转动弹簧模型和滑移截面模型,阐述了由滑移量-应力关系确定柱端弯矩-转角和构件的荷载-滑移变形关系的理论方法;开发了该方法相应的计算程序对上述两种模型的适用性进行了评定,结果表明采用滑移截面模型得到的钢筋混凝土柱构件荷载-滑移变形反应比转动弹簧模型更为准确.

连接的半刚性对钢框架结构动力性能的影响

用两端带转动弹簧的杆单元代替一般的杆单元,提出了一种新的平面杆系钢结构动力分析计算模型。通过对杆单元的转角位移方程进行修正,推导了这种计算模型的结构刚度矩阵,提出了钢框架结构弯剪型层模型考虑杆端转角后的结构侧移刚度计算方法,分析了连接的半刚性对钢框架结构动力性能的影响。算例结果表明:连接的半刚性对结构动力性能的影响非常大,不容忽视。

受损钢结构力学分析模型研究

通过对8组不同受损程度的Q235钢材进行力学性能实验研究,分析了不同损伤程度对钢材二次加载和卸载时加载弹性模量和卸载弹性模量的影响,提出了受损钢材的力学模型。基于受损截面的应力-应变关系,通过定义受损受弯构件截面的无损高度比K,推导了不同受损程度下构件截面的平均弹性模量和损伤指标的计算公式。用转动弹簧来模拟受损截面的力学性能,根据受损微段的应力-应变关系,推导了受损截面的弯矩-转角关系和截面转动刚度计算公式,提出了可用于受损钢结构力学分析的计算模型。算例分析表明,截面受损降低了结构的刚度,在实际工程应用时不容忽视。

正多边形气柜壳体的壁板简化分析方法研究

建设大型储气柜是冶金行业向大型化发展的需求。我国虽已建造了一些的正多边形气柜,但理论研究不足,尚无专用设计规程。为了提供气柜壳体在储气压力作用下的实用设计公式,根据正多边形气柜壳体的壁板的构造形式和储气压力下的受力特征,先考虑了两种不同壁板支座的简化形式:两端固接(2F)和一端固接一端转动弹簧支座(1F1R),然后引入狭长板条假定,按无限长薄板大挠度弯曲理论分析壁板,推导出壁板的变形和内力公式。分析了不同支座简化形式对计算精度的影响,以视角焊缝连接为铰接的转动弹簧支座为简化计算模型所得公式的计算值与有限元ABAQUS值和实测值吻合较好,验证了该分析方法的可行性和公式的可靠性。所应用的理论、计算模型和所推导的公式可为气柜壳体设计和相关规程的制定提供参考。

变刚度框架-摇摆墙结构参数模型研究

框架-摇摆墙是自复位结构体系中重要的结构形式之一。既有对其抗震性能的研究中,大多通过分布参数模型来模拟框架-摇摆墙结构。该模型由剪切梁和弯曲梁及连接上述两者的无限根刚性链杆组成。其中,剪切梁和弯曲梁分别代表框架与摇摆墙。基于工程实际情况,本研究对既有的分布参数模型进行了改进:(1)采用集中质量模型模拟框架结构;(2)考虑框架沿竖向刚度的变化;(3)框架与摇摆墙仅在楼层处连接;(4)在摇摆结构底层引入反映基础与摇摆墙之间约束强弱的转动弹簧。基于此,文中提出了一种模拟变刚度框架-摇摆墙结构的离散-连续参数模型。计算结果表明:与既有的参数模型相比,改进后的模型能更真实、合理地反映框架-摇摆墙结构的受力性能。

采用分布参数模型考虑高阶模态对底部带BRBs的铰支墙框架结构的影响

为了研究高阶模态对底部带BRB的铰支墙(HWBB)框架结构的影响,建立了HWBB-铰接框架和HWBB-抗弯框架的分布参数模型.将铰支墙简化为弯曲梁、BRB简化为转角弹簧、抗弯框架简化为剪切梁.推导出2种分布参数模型的振动方程,求出各阶周期、各个振型及内力和位移的数值解.研究了相对刚度比以及转动刚度比对高阶模态效应的影响.对于弹性结构,整体位移及抗弯框架中的剪力由一阶模态控制,而墙中的剪力和弯矩受高阶模态影响较大.同时研究了BRB屈服对HWBB-铰接框架结构内力分布的影响.结果表明:在BRB屈服后,原一阶模态将不再对内力产生贡献,而高阶模态对内力贡献作用将增加.但BRB屈服后位移对高阶模态不敏感、仍由一阶模态控制.参数分析表明:在墙的抗弯刚度达到一定值前,随着墙抗弯刚度的增加,结构的位移会逐渐减小;随着转动刚度的增加,前三阶周期会减小;随着转动刚度比的增加,一阶模态的基底剪力贡献系数减小,但二阶和三阶模态的基底剪力贡献系数增加.

考虑桥面板开裂的连续桥面简支梁桥力学性能研究

连续桥面简支梁桥可以减少桥梁伸缩缝、降低冲击荷载、提高行车舒适性.但该类桥梁的桥面连续段容易开裂,且开裂分析理论尚不完善,阻碍了相关的设计与施工优化.因此,针对连续桥面多跨简支梁桥,建立了一种带边界转动弹簧的简支梁模型,提出了考虑桥面板开裂的力学性能分析方法,探讨了荷载作用下桥梁整体与桥面连续段局部的工作性能.实例分析表明,汽车荷载作用下桥面连续段上部混凝土存在开裂,下部混凝土容易压碎,需要通过加大连续段长度等构造措施加以改进;连续段混凝土的开裂对主梁的受力性能影响不大.

基于半刚性连接胶合木框架的计算

胶合木框架梁柱一般采用外加钢板螺栓进行连接,其受力具有明显的半刚性特征。通过对胶合木框架梁柱两端施加转动弹簧,提出了一种基于半刚性连接胶合木结构分析模型;并在小挠度假设条件下,推导了胶合木结构半刚性连接框架梁柱单元在任意荷载作用下的杆端刚度矩阵和弯矩计算公式;通过SAP2000采用上述弹簧单元对中加三层胶合木楼进行了数值模拟。结果表明低层木结构在多遇地震作用时,结构尚处于弹性变形阶段,在木结构设计时结构层间位移不起控制作用,设计时结构变形可不考虑。

带裂缝梁振动特征值灵敏度研究

本文用无质量弹簧模拟梁类结构中单侧裂缝引起的局部柔度，弹簧的转动刚度系数与裂缝高度有关，引入奇异函数，将裂缝处的转角间断表示为分布荷载作用，以弹性力学的变分原理为基础，推导出任意边界条件的带裂缝单跨梁的特征值灵敏度表达式，并讨论了裂缝引起的梁的振型变化，采用有限元法和本文方法对分别对简支梁进行动力分析，其计算结果吻合良好。

一个基于实验数据的两跨门式钢架计算机模型优化

文章以实验室模型的结构动力学参数以及初期实验数据为基准,对计算机模拟模型进行了二次模型优化尝试。第一次尝试根据模型的结构动力学特征,针对外部约束条件以及构件内部连接性质同时进行优化,大致确定了各约束以及连接的转动刚度数值。第二次尝试则根据初期实验数据,对其中柱中连接的转动刚度进行了更细致的调整。经过两次优化后,计算机模拟模型已初步具备拟合实验室模型动力学特征以及输入/输出对应的功能要求。

矩形钢管柱和混凝土弹簧刚度系数方程拟合研究

在矩形钢管混凝土柱内部设置传力构件以解决现有的钢管混凝土柱钢管与混凝土难以共同受力的问题。将弹性地基梁理论合理应用到设置传力构件的钢管混凝土柱,采用解析法求解混凝土工作承担系数时,钢管竖向弹簧刚度、钢管转动弹簧刚度、混凝土竖向弹簧刚度至关重要。3个弹簧刚度的求解均采用有限元法,对于实际工程的应用,比较繁琐不直观,且有一定难度。定义钢管竖向弹簧刚度系数、钢管转动弹簧刚度系数、混凝土竖向弹簧刚度系数,通过有限元模拟分析3个弹簧刚度系数的影响因素,分别得出各因素与3个弹簧刚度系数的拟合方程。考虑各因素间的耦合作用,修正拟合方程,回归总拟合方程,并进行误差分析。结果表明,3个弹簧刚度系数拟合总方程有效地解决了弹簧刚度的求解,为进一步求解混凝土工作承担系数提供了可靠的依据。

连续桥面简支梁桥静动力特性的理论分析方法研究

简支梁桥多跨连续布置带来大量伸缩缝,对行车舒适性和结构维护造成不利影响,因此用连续桥面板代替伸缩缝正成为改进该类桥梁性能的一种处理方式。但是对这种部分连续的桥梁结构,其力学分析理论尚不完善,阻碍了相关的工程应用和优化。因此,针对连续桥面简支梁桥,提出了一种带边界转动弹簧的简支梁模型,弹簧刚度通过对连续桥面和相邻简支梁的拉压、弯曲和剪切分析得到。基于该模型,可以用类似于传统简支梁的分析方法,对这种非传统的桥梁结构进行静力和动力特性分析,获得该类桥梁静力变形、内力、自振频率与模态的计算公式。实例计算表明,由理论公式得到的边界转动弹簧刚度与三维有限元分析结果吻合;采用考虑边界转动弹簧的模型后,桥梁静力挠度、应变、自振频率的计算值接近实桥测试值,优于普通简支梁计算结果,因此可以用于连续桥面简支梁桥的力学分析。

正交各向异性板剪切屈曲载荷的近似表达式研究

利用Rayleigh-Ritz法和通用有限元程序ANSYS分析了纵向边被转动弹簧或扭转加劲肋约束的正交各向异性长板的临界屈曲问题,引入无量纲正交各向异性参数、约束系数和临界屈曲系数,利用曲线拟合技术,得到了这两类约束板在均匀剪力作用下的临界屈曲载荷近似解公式;利用临界纵横比,把求得的针对转动弹簧约束的临界屈曲解应用到扭转加劲肋约束板的临界屈曲解中,同样得到了扭转加劲肋约束板的临界屈曲载荷。将求得的近似表达式与有限元ANSYS数值解以及文献中的结果进行对比,结果吻合良好。

半刚性连接高层钢框架P-△效应分析的简化方法

介绍一个半刚性连接高层钢框架P-△效应分析的实用简化方法。以部分框架为分析子单元,用变刚度的转动弹簧模拟梁柱节点连接的半刚性,建立了考虑P-△效应的半刚性连接高层钢框架内力和位移计算的无迭代简化公式。算例表明,梁柱连接的半刚性确实降低了钢框架的抗剪刚度,明显增加了结构的水平位移和P-△效应,应当在高层钢框架的P-△效应分析中考虑半刚性连接的影响。该方法不仅简单实用,便于手算,而且精度较高,可供工程设计人员在半刚性连接高层钢框架设计时使用。影响半刚性连接高层钢框架P-△效应的主要因素是柱的抗剪刚度、梁与柱的线刚度之比、半刚性连接的类型和相应的连接刚度系数α值。

纤维增强聚合物布加固裂纹木梁的稳定性

梁中横向裂纹等效为无质量内部转动弹簧,假定纤维增强聚合物(FRP)布与梁表面紧密粘贴,建立了考虑轴向压力二阶效应FRP布加固裂纹梁线性弯曲的控制方程,并得到其显式解析通解.在此基础上,研究了FRP加固简支裂纹木梁的稳定性,通过数值求解方程,分析了纤维增强聚合物(CFRP)布含量、裂纹深度和位置以及数量等因素对CFRP布加固简支裂纹杉木梁临界载荷的影响,结果表明:CFRP加固可明显减小裂纹深度和数量等对裂纹杉木梁临界载荷的影响,且裂纹处弯矩较大或裂纹较深时加固效应愈加显著;CFRP加固裂纹木梁临界载荷随CFRP布加固层含量的增加而增加,但当CFRP布含量达到一定值后,进一步增加CFRP含量对CFRP加固裂纹梁临界载荷提高并不明显.