空间大挠度Timoshenko梁的有限元计算方法

解析了几何非线性的大挠度Timoshenko梁的变分原理,建立了考虑横向剪切应变的大挠度梁的空间单元刚度矩阵;采用基于梁截面弯矩-曲率关系的宏观有限元方法,直接通过节点坐标系计算内部节点力,提高了大位移、大转动梁的计算精度及效率;编制了考虑单元大转角、大位移和剪切变形影响的非线性有限元程序;通过数值算例验证了该程序的可行性和有效性.     

空间大挠度Timoshenko梁的有限元计算方法

解析了几何非线性的大挠度Timoshenko梁的变分原理,建立了考虑横向剪切应变的大挠度梁的空间单元刚度矩阵;采用基于梁截面弯矩-曲率关系的宏观有限元方法,直接通过节点坐标系计算内部节点力,提高了大位移、大转动梁的计算精度及效率;编制了考虑单元大转角、大位移和剪切变形影响的非线性有限元程序;通过数值算例验证了该程序的可行性和有效性。     

拱桥大挠度问题内力分析的样条配点法

运用拱的挠度理论,推导出考虑结构几何非线性影响的控制微分方程;应用样条配点法,以三次B样条函数为位移试函数,导出了拱结构非线性内力分析的新方法。针对某特大跨度钢管混凝土拱桥进行了数值对比分析,计算结果表明,该方法的计算精度与效率令人满意。     

解析型Timoshenko梁有限单元

为提高深梁结构内力及变形的计算精度和效率,以Timoshenko梁理论为基础,建立了深梁位移控制方程,进而构造了深梁挠度、截面弯曲转角和剪切角的解析位移形函数. 采用势能原理建立了深梁的势能泛函,利用势能变分原理得到了解析型单元列式,进而给出了解析型单元总刚度矩阵,将其与理论解、插值多项式深梁单元进行对比分析. 结果表明:构造的解析型单元只需划分为一个单元即可保证计算的深梁挠度和转角与理论解一致,采用插值多项式单元确定的挠度和转角与理论解的相对误差最大可达到19.785%. 同时,为验证剪切变形对深梁位移影响,将构造的单元与Euler梁单元的计算结果进行对比. 对比表明:对于承受均布荷载作用的悬臂梁,基于Euler梁计算的位移与基于Timoshenko梁理论构造的解析型单元计算的位移偏差可达到50%;对于承受端部集中弯矩作用的简支梁,基于Euler梁计算的位移与基于Timoshenko梁理论构造的解析型单元计算的位移偏差可达到10.769%. 本文构造的单元满足了高精度、高效率的要求;该解析型梁单元可适用于浅梁分析,且不存在剪切闭锁的问题.      

带表面裂纹连续梁损伤识别的曲率模态小波分析

以带横向非对称非贯通表面裂纹的连续梁为研究对象,利用小波奇异性检测原理,提出了带表面裂纹连续梁损伤识别小波分析方法.以带表面裂纹连续梁三维有限元分析求解梁的位移模态为基础,利用中心差分法得到梁的曲率模态,再用sym4小波对曲率模态进行连续小波变换,根据小波系数模极大值识别损伤位置,以一个三跨连续梁内两处半椭圆形表面裂纹的损伤识别为例,通过数值计算分析,验证了方法的有效性.同时,计算结果表明,运用曲率模态小波变换识别连续梁损伤比基本振型的小波变换方法更为准确、有效.该研究对带表面裂纹结构的损伤诊断应用具有参考价值.     

圆管翼缘钢-混凝土新型组合梁极限抗弯承载力与延性

为研究圆管翼缘组合梁的抗弯性能, 进行了3根圆管翼缘组合梁静力加载抗弯破坏性试验, 分析了试验梁的抗弯破坏过程与破坏特征; 考虑混凝土损伤塑性本构及栓钉滑移与断裂, 建立了圆管翼缘组合梁非线性数值模型, 基于试验结果分析了数值模型的适用性; 以钢梁下翼缘宽度、混凝土翼板厚度与圆管管径为主要结构参数, 计算了48根正交设计的圆管翼缘数值模型组合梁的力学性能; 依据试验梁与数值模型梁的抗弯受力性能, 提出了基于简化塑性理论的圆管翼缘组合梁极限抗弯承载力计算公式; 应用数值模型梁位移延性系数计算结果, 回归得到了圆管翼缘组合梁位移延性系数计算公式。计算结果表明: 数值模型组合梁与试验梁承载力比值为0.99~1.03, 挠度比值为0.87~1.09, 因此, 弯矩-挠度计算曲线与试验曲线吻合良好, 可采用数值模型组合梁准确模拟圆管翼缘组合梁的抗弯全过程受力行为; 圆管翼缘组合梁极限抗弯承载力随钢梁下翼缘宽度、混凝土翼板厚度的增大而增大, 随圆管管径的改变变化较小, 位移延性系数随混凝土翼板厚度与圆管管径平方的增大呈线性增大, 随钢梁下翼缘宽度的增大呈线性减小; 不同塑性发展程度的各类模型梁位移延性系数为3.16~7.19, 体现了较好的延性; 采用极限抗弯承载力简化计算公式与圆管翼缘数值模型组合梁计算的极限抗弯承载力比值为0.91~1.09, 平均比值为0.98, 因此, 公式计算结果准确; 为使圆管翼缘组合梁具有一定延性, 建议位移延性系数大于3.5。      

桩底约束条件对弧形排桩-连系梁内力影响研究

弧形排桩-连系梁抗滑结构为多次超静定结构,将桩顶弧形连系梁计算模型简化为无铰拱,视抗滑桩与弧形连系梁之间的约束力为冗力,利用桩顶与弧形连系梁之间的变形协调条件,建立了抗滑结构的整体柔度方程;在桩底自由、铰支及固定等3种不同桩底约束条件下,分别求解桩梁之间的约束冗力,比较了3种桩底约束条件下弧形连系梁的内力,及抗滑桩的内力和位移。研究表明:桩底固定时,桩底部弯矩较大;桩底自由时,弯矩明显减小,桩身位移增加;在桩顶连系梁的约束下,减小桩身锚固段长度,能够减小桩身底部弯矩的影响规律。     

基于粘弹性本构的CFRP加固RC梁数值仿真分析

为探讨胶黏剂粘弹性对碳纤维增强复合材料(CFRP)加固钢筋混凝土(RC)梁力学行为的影响,以Burger模型表征胶黏剂的应力-应变-时间关系,利用Laplace变换和逆变换推导了Burger模型Prony级数形式的松弛剪切模量;采用ABAQUS对粘贴CFRP加固RC梁进行数值模拟,分析了胶黏剂粘弹性对界面应力、CFRP轴力、RC梁弯矩和加固梁挠度的影响.研究结果表明:胶黏剂的粘弹性对加固梁的力学行为有一定的影响,随着持载时间的增加,界面峰值剪应力和峰值正应力均减小,CFRP轴力减小,RC梁弯矩增大,加固梁挠度增大;当胶层厚度为0.2 mm时,加载30 d后,界面峰值剪应力减小了40.1%,界面峰值正应力减小了33.0%,加固梁挠度增加了3.7‰,距离CFRP端部20 mm处截面上CFRP轴力减小了15.8%,RC梁弯矩增加了17.4%.     

移动载荷识别的B-样条函数逼近法

基于欧拉梁振动理论及最小二乘法，提出了利用B－样条函数逼近法识别桥上移动荷载。通过B－样条函数拟合桥梁挠度识别桥梁模态响应，由梁的模态方程和最小二乘法识别桥上移动载荷。并进行了计算机仿真，获得了令人满意的效果。该方法具有很强的实用性和抗噪声干扰能力。     

用拉普拉斯变换求梁的内力和变形

本文根据梁的变形和弯矩、剪力、荷载的关系，利用Laplace变换方法将挠度方程变换，把常用的荷载对应的变换制成表，较简便地求解梁的内力和变形．     

梁自由横振动方程的有限差分方法

以简支梁的自由横振动问题为背景,求解一个非稳态四阶线性偏微分方程的初边值问题。通过引进辅助函数组,将四阶问题转化为二阶混合初边值问题。对两个辅助函数和二阶混合初边值问题进行离散并消掉中间变量,对由简支梁两端挠度为零得来的二阶偏微分边界条件进行近似处理,构造出求解四阶非稳态线性偏微分方程的差分隐格式。数值实验表明构造的隐格式绝对稳定并且具有很高的精度阶。     

强流束在三圆筒单透镜中的传输研究

强流脉冲束在三圆筒单透镜中的传输是一个相当复杂的问题,因为不同类型的粒子束分布产生不同的空间电荷场,而在束流运动过程中,空间电荷场也在不断地变化,而且粒子运动的轨迹与空间电荷势又是相互依赖的,因此需要求得一个自洽的解.对于强流脉冲束在三圆筒单透镜中的传输,束流的空间电荷效应显著,需要考虑空间电荷效应对束流传输的影响.采用矩阵法分析非强流脉冲束流与强流脉冲束流在三圆筒单透镜中的传输矩阵,采用迭代方法计算强流脉冲束流的空间电荷效应对束流传输的影响,并编写了束流在三圆筒单透镜等元件中传输的计算程序.程序在进行模拟计算时,可以直观地显示束流相图、束流包络线等图形     

Experimental study of the shear capacity of glass fiber reinforced polymer reinforced concrete beam with circular cross section

In order to research the shear behavior of glass fiber reinforced polymer (GFRP) reinforced concrete beam with circular cross section, based on the test results of 36 concrete beams subjected to four-point loading up to failure, the shear capacity and mechanical properties of deformation were analyzed comparatively between GFRP reinforced concrete (GFRP-RC) beams and steel reinforced concrete (steel-RC) beams. Furthermore, influencing factors of shear capacity of GFRP-RC beam with circular cross section were also investigated. The test results indicate that the failure modes of GFRP-RC and steel-RC beams are the same, but the crack patterns are slightly different. And, the shear capacity of GFRP-RC beam firstly increases with the reduction of shear span ratio, and then decreases. In addition, it was found that the influencing coefficient of GFRP on concrete increases with shear span ratio reducing.     

Midas／Civil软件在现浇梁支架模拟计算中的应用

新建武汉至咸宁城际铁路汤逊湖特大桥小角度跨越江夏大道,上部结构设计为2联连续梁,下部设计为5座跨路门式墩,施工中搭设跨路门式墩盖梁支架和跨路现浇连续弯梁支架。详细介绍了使用Midas／Civ-il软件建立空间模型、准确模拟受力进行现浇支架计算的过程,包括边界条件的设定、荷载的处理和结构分组办法等。计算结果表明：支架门式墩盖梁梁体长度方向稳定性较差,需要加固处理;梁体支架横向贝雷梁下弦杆剪力偏大,改为加强型。文中的考虑解决问题的方法思路和过程可以为类似的工程提供借鉴。     

聚丙烯纤维增强混凝土梁变形性能的试验研究

为探究PP-ECC梁与RC梁变形发展规律的区别,通过逐级加载和循环加载两种加载制度对4根PP-ECC梁和4根RC梁进行抗弯试验;同时,基于有效惯性矩法推导出适用于短期荷载作用下PP-ECC梁的最大变形计算公式. 研究结果表明:逐级加载下,PP-ECC梁呈现出更为明显的塑性变形阶段,与RC梁相比,PP-ECC梁经过5次循环加载后的循环荷载变形曲线与原曲线拟合度较好;循环加载过程中,PP-ECC梁在基准荷载下的加载变形增长率和卸载变形增长率均小于相同配筋率的RC梁,呈现出更好的抗损伤变形能力和变形恢复能力;基于有效惯性矩法推导出的变形修正模型计算结果与试验结果拟合度较好,可应用于实际工程对PP-ECC梁在短期荷载作用下最大变形的计算.      

波形钢腹板组合梁弯曲变形的三角级数解

为研究波形钢腹板剪切变形对波形钢腹板组合梁弯曲变形行为的影响,采用三角级数拟合简支波形钢腹板组合梁的变形曲线,各构件弯曲变形满足平截面假定,基于最小势能原理,推导了简支和悬臂波形钢腹板组合梁分别在均布荷载和集中荷载作用下的弯曲变形解析解和简化解;基于简化解推导出考虑剪切变形的波形钢腹板组合梁挠度增大系数,并给出对考虑剪切变形影响与否的高跨比界限;采用有限元方法验证了解析解和简化解的正确性和适用性. 研究结果表明:所提方法边界条件明确、推导过程简单、结果可靠、适用性强,可为波形钢腹板组合梁的设计和变形计算提供可靠的依据.      

两种FRP-混凝土组合梁对比试验及界面抗剪

为研究FRP型材-混凝土组合梁界面连接方式及界面抗剪计算方法,对FRP小型材和钢螺栓2种剪力键形式进行了对比研究.对1根纯FRP梁、2根剪力键为FRP小工字梁、3根剪力键为钢螺栓的组合梁进行了四点弯曲试验.对比不同梁的承载力、破坏模式、刚度等.研究了不同连接形式及连接程度对组合梁性能的影响.推导了界面纵向抗剪承载力计算公式.试验和理论研究结果表明：钢螺栓剪力键传递界面剪力的效率和极限承载力较FRP小工字梁剪力键高.     

超高性能混凝土深梁受剪性能

为促进超高性能混凝土(UHPC)深梁的应用, 进行了4根以混凝土强度为主要参数的UHPC深梁受剪性能试验, 并开展了C40和C80混凝土深梁的对比试验; 分析了UHPC深梁的荷载-挠度曲线、破坏模式、钢筋应变、裂缝形态与极限荷载; 为探讨现有普通混凝土深梁受剪承载力计算方法是否可用于UHPC深梁, 应用《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)对6根深梁试件进行了抗剪强度计算。研究结果表明: 混凝土强度越大, 在相同荷载下深梁的刚度越大, 在深梁开裂前的弹性阶段, UHPC试件刚度随钢纤维掺量的增大略有增大; 与C40和C80混凝土深梁一样, UHPC深梁裂缝包括弯剪裂缝和腹剪裂缝, 当荷载分别为13%~22%和18%~34%极限荷载时, 两类裂缝先后出现; UHPC深梁在加载全过程中梁、拱受力机制共存, 加载前期梁受力机制起主导作用, 后期则拱受力机制起主导作用; UHPC深梁裂缝多而密, 发生剪压破坏, 在支座上端反拱区不产生裂缝, 而C40和C80混凝土深梁出现斜压破坏, 且在支座上端反拱区产生裂缝; 试验梁受剪承载力随混凝土强度的增大约呈指数式增大, 混凝土强度从C40增大到C80、C190时, 其受剪承载力分别增大了30.76%和201.92%;采用《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)中方法计算的UHPC深梁受剪承载力与试验值比值的均值为0.89, 均方差为0.15, 在没有更精确的计算方法之前, 该计算方法暂时可用。