钢筋混凝土结构的拉压杆模型设计方法及现状

钢筋混凝土结构抗剪计算一直是困扰工程界的一大难题,尤其是对于平截面假定不符合的区域(D区),国内现有计算方法精度较差。国外近二三十年使用的拉压杆模型计算方法是D区最好的设计计算方法,其精度完全能满足工程应用的要求,能用于任何混凝土结构受任意荷载作用。本文简述了拉压杆模型方法的计算步骤及应加以注意的各方面,介绍了其发展的主要几个方向及其计算软件CAST。

平面桁架的几何非线性有限元分析

平面杆系结构的几何非线性分析方法有多种。以平面桁架为例,从杆的平衡方程出发,直接利用变分方法导出杆单元在大转动、小应变条件下的考虑几何非线性的单元切线刚度矩阵,依照此原理编制了相应的有限元程序。算例表明,推导结果是正确的,该程序可用于平面桁架的几何非线性分析。

基于有限等参单元的等效平面桁架模型

针对有限元分析的复杂性,从弹性力学平面应力单元出发,结合无限小单元法和有限单元法,提出了等效平面桁架模型。基于平面应力单元和等效桁架单元在同样节点荷载下的位移等效,分析了等效后桁架杆件的初始刚度、截面面积及等效弹性模量等特征值;建立了等效平面桁架模型的单元刚度矩阵、应变矩阵和单元的轴力矩阵;给出了等效平面桁架模型的分离式模型,分析了非规则带钢筋的四边形等参单元,建立了等参单元等效平面桁架模型的单元刚度矩阵。以某混凝土简支梁和混凝土重力坝作为研究对象,将等效桁架模型与有限元分析软件ANSYS 9.0的计算结果做比较。结果表明,等效桁架模型对平面问题的处理可以满足工程精度的要求,同时使计算模型简单化,体现了等效平面桁架模型的科学性。

基于UL列式的带刚臂平面杆元非线性分析

为了解决平面杆元在相交处可能存在的刚性连接问题,根据带刚臂平面杆元在受力后的运动和变形特点,基于UL法,推导出两端带任意刚臂的平面杆元的切线刚度矩阵.利用该研究成果编制了程序,对无刚臂和有刚臂的平面杆结构进行几何非线性分析.计算结果证明了这种非线性单元列式的正确性和非线性求解过程的收敛性.

弹性结点平面框架有限元及其应用

研究了弹性结点有限元方法,详细导出了弹性结点杆件的单元刚度矩阵和常见荷载列阵。在此基础上对扣件式钢管脚手架整体稳定性提出一种全新分析方法,扣件的弹性系数由试验获得,它是由大量试验数据进行回归分析,在工程允许的置信度下给出的统计值。

基于MATLAB平面桁架有限元分析研究

基于平面桁架有限元分析的基本原理,利用MATLAB软件对某平面桁架编制了计算程序,得到了结构的内力计算结果、变形图和结构的动力特性,并将计算结果与ANSYS有限元分析软件的结果进行比较.结果表明,二者的计算结果一致.利用MATLAB可以编制结构有限元分析程序,计算速度快,数据准确,并能为复杂结构有限元分析提供参考.

圆管桁架受压腹杆平面内计算长度有限元分析

利用有限元分析方法研究了平面圆管桁架受压腹杆平面内计算长度的主要影响参数以及计算长度随各参数的变化规律。研究结果表明:影响圆管桁架受压腹杆平面内计算长度的主要因素为受压腹杆与弦杆的直径比、壁厚比以及弦杆直径与壁厚的比值,并且随着上述各参数的增大,受压腹杆平面内计算长度系数均呈增大的趋势。最后,根据几十种不同影响参数的有限元计算结果,提出了可供工程应用的圆管桁架受压腹杆平面内计算长度系数的建议值。

建立斜拉索单元刚度矩阵的等效线性化方法

用线性化方法建立斜拉索单元刚度矩阵,其单元刚度矩阵范数和张力增量与拟弹性模量方法的结果具有很好的一致性.对一斜拉索平面桁架算例进行分析,结果表明线性化方法所建立的斜拉索单元刚度矩阵与拟弹性模量方法具有同样精度,说明本文方法是有效的,可用于大型结构的有限元分析中.

钢材弹塑性分析的新模型

基于正六面体微元与桁架单元的受力变形等效,建立了一个桁架单元新模型,求解了钢材的弹塑性平面应力问题和空间问题,并通过大量的计算实例,验证了该新单元模型具有良好的计算精度。

混凝土弹塑性分析的新模型

针对混凝土弹塑性分析的平面应力问题和空间问题进行了分析,基于等效外力下的变形相同,提出了一个桁架单元新模型,并给出了实例验证,与实体单元的计算结果吻合良好。

桃源站站房结构设计研究

桃源站站房主体结构为超长结构,且结构存在特别不规则。弧形屋顶高低错落,前檐悬挑大,部分钢梁倾斜角度大,其轴压力明显较大。通过屋盖结构选型对比,确定了钢结构屋盖体系;依据设计规范,采取了在外幕墙与屋盖悬挑钢结构之间设置摇臂连接的措施以减小悬挑区域荷载、在倾斜H型钢梁平面外采取了设置圆管支撑的措施以减小钢梁截面;利用有限元分析软件对钢梁与桁架连接处的复杂节点进行补充分析;依据基于性能的抗震设计方法对特别不规则结构进行补充分析和设计。分析和研究解决了若干实际工程问题,确保了结构安全合理,其思路及措施方法可供其它站房工程设计参考和借鉴。

随机平面桁架动力特性蒙特卡罗法的节俭研究

考虑平面桁架所有结构参数的随机性,通过随机因子法和对随机参数间相关性的研究,对结构的质量矩阵和刚度矩阵的随机性提出了两种近似处理方法。第1种方法能获得结构动力特性均方根上限,第2种方法能获得结构动力特性随机性的近似解,这两种方法都能显著节俭Monte-Carlo数值模拟法求解的计算量。算例表明,该方法不但节省了数值模拟的时间,且具有较好的精度。

有限单元法平面桁架单元非线性过程分析研究

根据混凝土结构的基本力学性能和有限单元法及非线性分析的基本方法，在用有限元法分析钢筋混凝土结构时，采用平面桁架单元对混凝土结构进行单元划分。理论分析和计算结果表明，采用平面桁架单元对混凝土结构平面应力问题进行有限元非线性分析是可行的，它能满足工程精度要求，能够很容易追踪混凝土裂缝开展的位置、顺序、宽度及深度，同时也简化了结构的计算模型。

拱形管桁架平面外稳定有限元分析

为了研究倒三角形拱形管桁架在不同荷载形式、边界条件和尺寸参数下的平面外稳定承载力,采用有限元方法,对倒三角形拱形管桁架进行特征值屈曲分析和非线性分析。结果表明:全跨均布荷载的平面外承载力大于半跨均布荷载的平面外承载力;铰接拱脚的平面外承载力小于销轴拱脚以及固支拱脚;矢跨比越小,平面外稳定承载力越大;宽高比越大,平面外稳定承载力越大。采用全跨均布荷载、固支或销支拱脚、小矢跨比和大宽高比,能最大程度发挥结构的平面外稳定性。

单索面斜拉桥内力分布特征及荷载传递机理研究

为研究单索面斜拉桥的受力特性,以东水门长江大桥(采用正交异性钢桥面板的单索面斜拉桥)为背景,采用ANSYS软件建立全桥三维有限元模型,计算上、下层桥面沿纵向和横向的轴力、剪力及弯矩分布规律,分析上、下层桥面及腹杆的最大、最小主应力。结果表明:上层桥面沿纵向轴力和剪力在斜拉索及桥塔处取得极值,沿横向轴力变化不大,剪力和弯矩在中纵梁处取得最大值;下层桥面沿纵向轴力在跨中及桥塔处取得极值,沿横向轴力变化不大,剪力和弯矩分别在桥面中部和侧边取得最大值;受斜拉索索力影响,上层桥面锚箱附近易发生应力集中,应力向两侧均匀传递,下层桥面荷载主要通过腹杆内、外侧进行传递,腹杆应力峰值在其两端与节点板连接处。

某地下室上浮问题分析

某住宅项目地下室施工期间因施工方将地下室顶板作为施工场地未及时覆土,且未按设计要求控制地下水位,突遇多日连续强降雨,导致地下室局部抗浮破坏。本文分别采用平面刚桁架简化计算模型与整体有限元分析进行分析,计算结果与现场实测较为吻合,为今后抗浮计算分析提供参考。

20m跨考虑节点面外刚度的平面钢管桁架拱面外稳定承载力分析

本文介绍了相贯节点转动刚度对平面钢管桁架拱面外承载力的影响。采用ANSYS建模,模型采用弹簧单元来模拟节点刚度的影响。对所建立的模型,可采用节点刚度参数分析。

基于MATLAB的平面桁架有限元法

基于平面桁架有限元分析的基本原理,利用MATLAB编写了结构自振频率及模态图的求解程序,得到了结构的固有频率与模态图,并将计算结果与MIDAS有限元分析软件的结果进行比较.结果表明:利用MATLAB编写的结构有限元分析程序效率高、数据准确,且MATLAB结果更加可视化,可为复杂桁架结构的有限元分析提供参考.

基于梁段有限元法的悬索桥板桁结合型加劲梁剪力滞分析

悬索桥板桁结合型加劲梁桥面系与主桁共同受力,桥面系剪应力沿截面横向分布不均匀,使其弯曲正应力的横向分布呈曲线性状,此即剪力滞效应。相比采用实体或板壳单元进行板结合桁梁剪力滞分析建模复杂、效率低下等问题,利用最小势能原理,采用梁段有限元法的思路,以桁架梁连续化为基础,提出了一种计入剪切变形、剪力滞翘曲影响的悬索桥板桁结合桥面系加劲梁的平面薄壁梁单元,并在求解过程中考虑大变形的影响,推导了加劲梁单元刚度矩阵和几何刚度矩阵,并据此编写了计算程序。利用本程序对简支板桁结合型加劲梁和拟修建的三跨连续悬索桥的控制截面桥面板应力、主梁位移、截面有效宽度和剪力滞力矩进行了计算,并与采用板壳有限元法的计算结果进行了比较。结果表明,计算结果与板壳有限元法结果吻合较好。所建立的考虑剪切变形、剪力滞效应和大变形影响的梁段有限元法便于程序化,适用性和可扩展性强,便于工程计算使用。

平面桁架喷杆位移分析及验证

目前市面上的喷雾机喷杆多是三角桁架结构,制作繁琐,折叠后仍占较大空间。基于此,研究了一种平面桁架宽幅喷杆,利用有限元分析其在5种不同工况下的位移变化规律。制作喷杆后,搭载于整车上进行针对性工况实验。经测量,喷杆的振动最大变形位移量≤170 mm。研究了喷杆振动变形规律,为之后的喷杆振动控制研究提供技术参考。