A new finite element of spatial thin-walled beams

Based on the theories of Timoshenko＇s beams and Vlasov＇s thin-walled members, a new spatial thin-walled beam element with an interior node is developed. By independently interpolating bending angles and warp, factors such as transverse shear deformation, torsional shear deformation and their Coupling, coupling of flexure and torsion, and second shear stress are considered. According to the generalized variational theory of Hellinger-Reissner, the element stiffness matrix is derived. Examples show that the developed model is accurate and can be applied in the finite element analysis of thinwalled structures.

新型空间薄壁梁单元

基于Timoshenko梁理论和Vlasov薄壁杆件约束扭转理论,建立了具有内部结点的新型空间薄壁截面梁单元.通过对弯曲转角和翘曲角采取独立插值的方法,考虑了横向剪切变形,扭转剪切变形及其耦合作用,弯曲变形和扭转变形的耦合以及二次剪应力等因素影响,由Hellinger-Reiss-ner广义变分原理,推得单元刚度矩阵.算例表明所建模型具有良好的精度,可用于空间薄壁杆系结构的有限元分析.

对薄壁杆件扭转刚度矩阵的建议

指出了在高层建筑结构简化计算中使用的、用双曲函数表达的薄壁杆件扭转刚度矩阵在实用中可能出现的问题.介绍了另两种可统一考虑二次剪应力影响的扭转刚度矩阵表达式.通过数值算例的对比,建议推广应用计算结果稳定、运用范围广的陈伯真表达式.

冷弯槽钢单侧挂板墙梁的计算分析

对冷弯槽钢单侧挂板墙梁的受力性能进行了分析，讨论了墙梁间拉条对截面抗担所起的作用，以及综合考虑弯曲剪应力、自由扭转剪应力、弯曲扭转剪应力的剪应力计算。当考虑拉条抗扭作用后可减小墙梁截面，节省钢材。

高层大跨度无粘结预应力砼扁梁框-剪结构体系设计

将目前国内先进的预应力理论与技术应用于一幢28层高层建筑中,建立并研究了预应力扁梁框-剪结构体系;提出有粘结与无粘结相结合的预应力双筋梁抗爆新结构;将大跨无粘结预应力连续地基梁用作抗浮结构.为今后进一步发展及推广预应力新技术提供了参考.

空间闭口薄壁梁单元弹性模型

以作者前面对开口薄壁梁单元的研究为基础,基于Timoshenko梁理论和Benscoter闭口薄壁杆件理论,建立了具有内部结点自由度的空间闭口薄壁梁单元模型,考虑了弯曲和扭转的耦合作用、横向剪切变形以及翘曲剪应力等因素的影响。通过编制相应的有限元程序,对自由端受横向集中荷载和扭矩作用的悬臂梁进行数值分析,并将计算结果与已有的理论解和有限元解进行对比验证。结果表明所建立的闭口梁单元具有很好的计算精度,求得的位移场与理论解和ANSYS的壳单元解基本一致。

开闭混合断面薄壁梁约束扭转分析

从薄壁微元体的纵向平衡出发,分析开闭混合断面薄壁梁约束扭转二次剪力流的传递和分布规律,提出了开闭混合断面薄壁梁约束扭转二次剪力流的分解计算方法,数值算例验证了该方法的合理性。引入反映二次剪应力对总剪应力影响程度的剪应力系数,结合悬臂梁数值算例,详细分析悬臂板宽度变化对剪应力系数和二次扭矩的影响规律。研究结果表明:开闭混合断面薄壁梁约束扭转时在腹板内产生很大的剪应力,当悬臂板宽度与闭合箱室宽度之比约为0.4时,腹板中点处剪应力系数可达到最大值2.8;悬臂板在约束扭转中承受很大的二次扭矩,甚至会等于闭合箱室承受的二次扭矩;对于箱室高宽比较大的薄壁梁,当悬臂板宽度与闭合箱室宽度之比约为0.7时,悬臂板承受二次扭矩的作用可得到充分发挥。

钢构件受扭应力计算与工程设计方法研究

钢结构广泛地用于各种复杂的建筑工程中,在复杂荷载作用下,某些钢构件受扭不可避免,而设计院常用钢结构设计软件均没有考虑钢构件受扭引起的应力,现行国家规范《钢结构设计规范》(GB50017—2003)中也没有规定钢构件的抗扭计算方法。不考虑钢构件的受扭可能导致部分杆件的失效,甚至引起整个结构的破坏,给安全造成极大的隐患。本文基于薄壁杆件的受扭理论,总结出了剪、弯、扭共同作用下各种截面的应力计算和强度稳定验算公式。并提出了扭剪比的概念,通过在常用设计软件中查看钢构件的应力比、扭剪比,即可方便地初步判断构件所受的扭矩是否危险。本文的研究结论可供广大钢结构设计人员参考。