钢框架考虑节点域剪切变形及P—△效应的层间剪切模型

采用杆系模型形成结构的总刚矩阵，分析时考虑了梁、柱的弯曲、剪切、轴向变形以及节点域的剪切变形；经过静力缩聚将其化为质点串模型，然后结合层模型的一些特点，得出等效层问剪切刚度，最后利用层问剪切模型的简化二阶分析方法得到了考虑二阶效应及节点剪切变形的层间剪切模型总刚矩阵。     

考虑剪切变形和二阶效应的变截面构件的计算

同时考虑剪切变形和二阶效应来解析计算杆件的临界力,是求解变系数临界微分方程的难题。本研究采用有限元法推导了变截面单元刚度矩阵。采用三次Hermite插值函数和三次拉格朗日插值函数来计算单元内的弯曲变形和惯性矩变化。采用线性插值函数来计算单元内的剪切变形和截面面积变化。利用最小势能原理对总势能进行变分,系统给出了计入弯曲变形、剪切变形以及轴力二阶效应的变截面构件单元刚度矩阵。最后,用自编的有限元程序对算例进行验证。研究结果表明:本算法的计算精度较高,还可分析二阶位移放大系数以及变截面门式刚架立柱之间的支援作用。     

高层框架动力分析刚度矩阵的弯剪层模型

多层框架结构侧向变形主要为层间剪切变形,其刚度矩阵常采用层间剪切模型;高层框架结构,由于框架梁对框架柱约束作用相对较弱,其侧向变形常包含有层间剪切和弯曲两种成分,因此刚度矩阵可采用层间弯剪模型.本文根据高层框架结构变形特点,针对高层框架结构动力分析的刚度矩阵,提出了一种比较简单实用的弯剪层模型.     

剪切效应梁单元刚度和质量矩阵的推导及应用

从工程梁理论中的梁位移微分方程出发直接推导出考虑剪切效应的空间梁单元的刚度矩阵,并从动力荷载的虚功原理出发推导出考虑剪切效应的其质量矩阵。编制了简单的有限元程序去验证,通过计算实例分别比较考虑剪切效应和不考虑剪切效应对结构固有频率的影响,结果表明在剪切系数较大时,不考虑剪切效应会引起较大的误差。     

直线箱梁剪力滞及剪切变形双重效应的矩阵分析法

以文献[1]中对直线箱梁考虑剪力滞后，剪切变形的分析为基础，给出考虑双重产应的直线箱梁在均布荷载作用下的初参数解，并推导出了在双重效应下直梁单元的单刚矩阵及等效节点荷载向量，从而使得解析计算理论可被方便地用来计算任意支承条件的直线箱梁。     

剪切变形对单层单跨框架稳定的影响

根据Timoshenko二广义位移梁理论,导出了考虑剪切变形影响压弯构件的解析解和弯矩-转角位移方程.利用位移法分析了单层单跨框架柱下端分别为铰接或固结时的对称与反对称失稳问题,建立了失稳时关于计算长度系数的超越方程.在此基础上,计算了单层单跨框架不同剪弯刚度比的计算长度系数,并与不考虑剪切变形影响的结果进行了比较,得出了剪切变形显著影响无侧移失稳框架的计算长度系数,但不影响有侧移失稳框架的计算长度系数,且得到现行的不考虑剪切变形影响的计算长度系数法偏不安全等结论,指出本研究所用方法可推广至多层多跨框架稳定分析中.     

复合式路面层间界面剪切滑移特性

依托南大梁高速公路复合式路面试验段, 测试了不同糙化界面的露骨率和构造深度, 并钻取芯样进行45°剪切试验。结合45°剪切试验测试结果与层间剪切过程力学特性, 将层间剪变特性曲线划分为弹性阶段、破坏阶段、剪切强度衰减阶段和残余阶段, 采用界面构造深度、剪切强度峰值、剪切强度峰值对应层间相对滑动位移和残余剪切强度等指标评价层间剪变特性, 分析了界面糙化方式、防水黏结材料类型和用量、温度和加载速率对复合式路面层间剪变特性的影响。测试结果表明: 凿毛界面构造深度(1.17mm) 大于喷砂界面构造深度(0.37mm), 结合不同糙化界面下剪切过程的层间力学特性差异, 凿毛界面较喷砂界面所成型复合试件具有更优的抗剪性能; 防水黏结材料相同时, 凿毛界面层间剪切强度峰值对应层间相对滑动位移(0.19~0.79mm) 较喷砂界面(0.16~0.33mm) 更大, 且防水黏结材料对残余剪切强度和剪切强度峰值的影响大于层间剪切强度峰值对应层间相对滑动位移的影响; 整体而言, 温度对层间剪变特性影响显著, 5℃时层间剪切强度峰值为40℃时的7.0~10.0倍, 测试条件对层间剪切强度影响较大, 50mm·min-1加载速率时测试层间剪切强度峰值为5mm·min-1加载速率时的1.9~3.5倍。可见, 凿毛糙化方式更有助于提高复合式路面层间剪切强度, 且复合式路面层间剪变特性需采用多指标予以评价。      

剪切变形对刚框架结构二阶效应的影响

以梁柱理论中考虑剪切变形影响的割线刚度为出发点，导出单元的切线刚度，并由此探求考虑剪切变形影响的稳定函数模型的计算方法，经算例表明，该计算方法精确，可靠，方便。     

路面材料剪切试验仪的开发与应用

针对沥青路面层间推移问题,设计开发了路面材料剪切仪用于层间抗剪强度测试。介绍了仪器的设计原理与构造及使用方法,通过具体试验验证了其测试性能的可靠性,证明其可以用于对路面结构层、桥面铺装层的层间抗剪切的试验,为评价路面层间处理工艺措施提供了有效的手段。     

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。     

基于离散-连续耦合的钢桥面铺装剪切模拟

层间剪切破坏是钢桥面铺装主要病害之一,为了对钢桥面铺装复合结构层间剪切行为进行研究,基于三维离散-连续耦合方法建立了钢桥面铺装复合结构仿真模型,分析得出30℃条件下钢桥面铺装层间剪切破坏行为的变化规律,分析剪切速率对钢桥面铺装层间剪切受力状态的影响。研究结果表明过高或过低的行车速度对钢桥面铺装层都不利。对比分析离散-连续模型与离散元模型模拟结果发现,离散-连续模型计算结果更加符合实际情况。     

一种新的考虑剪切变形影响的梁单元

综述了Ｓ．Ｐ．Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ、Ｊ．Ｓ．Ｐｒｚｅｍｉｅｎｉｅｃｋｉ、胡海昌考虑剪切变形影响计算梁变位方法的优缺点，提出了通过构造剪切位移函数计算梁剪切变形影响的新方法。     

横向受力桩中剪切变形影响的分析

本文利用有限元法计算考虑剪切变形时横向受力桩的内力和位移,并以此分析了剪切变形对桩 顶位移和桩身最大弯矩的影响。分析认为:按现有铁路工程技术规范进行的横向受力桩基设计, 剪切变形的影响极其微小,可以略去不计。      

沥青混凝土桥面铺装剪切试验研究

对沥青混凝土桥面铺装层进行剪切试验,并模拟了实际中的几种工况.通过对试件变形、应力及应变的分析,找出了引起桥面铺装层剪切破坏的主要原因.依据试件剪切破坏的过程,提出了疲劳破坏的控制条件.最后对试验误差进行了分析.     

剪切效应对桥梁结构的动力影响分析

在桥梁结构静力计算时，考虑剪切变形后结构的挠度会有所增大．在传统的动力分析计算时,大部分情况下．均忽略了剪切变形的影响。但从理论上分析了剪切变形对结构动力性质的影响，但缺乏工程应用实例．本文从实例计算出发，利用有限元分析程序研究了不同的结构形式中剪切变形的影响，以丰富计算理论，为以后类似工程结构提供技术参考。     

按高阶理论考虑剪切变形影响的梁单元刚度矩阵

采用Ｂｉｃｋｆｏｒｄ高阶剪切变形理论，建立了厚梁变形的控制微分方程，将求解了的位移函数作为形函数，推导了厚梁单元的刚度矩阵公式。算例表明，本方法较一阶剪切主形理论更准确。     

加铺于旧沥青路面的薄层罩面层间剪切疲劳性能研究

薄层罩面作为一种预防性养护措施,其层间抗剪性能的好坏直接影响到罩面层的使用年限,为了更好地评价薄层罩面的疲劳寿命,进行了层间不同粘结材料、不同应力水平和不同温度条件下的剪切疲劳试验,并建立层间剪切疲劳方程。结果表明:层间粘结材料、试验温度和应力比等都对薄层罩面层间剪切疲劳寿命影响较大,不同粘结材料的层间剪切疲劳寿命随着应力比的增大、试验温度的升高都明显下降。     

正六角形蜂窝芯层面内等效弹性参数研究

由于蜂窝芯层结构在外载作用下,蜂窝胞元壁板不但会产生弯曲变形,而且也会产生伸缩变形和剪切变形。过去Gibson公式在计算蜂窝芯层等效参数时只考虑了弯曲变形,虽然简便,但在导致蜂窝芯层分析时,弹性矩阵会出现不确定性;后来,宋明慧公式在Gibson公式的基础上,进一步考虑了伸缩变形的影响,但由于没有考虑剪切变形的影响,导致的蜂窝芯层结构不稳定,而且简化的弹性矩阵会出现奇异。该文新推导的面内等效弹性参数理论计算公式考虑了弯曲变形、伸缩变形和剪切变形对面内等效刚度的影响,是对Gibson和宋明慧公式的修正,克服了他们公式上的缺陷。     

砂岩-泥岩沉积互层面剪切特性数值模拟研究

沉积层面力学特性是探究砂岩泥岩互层岩质边坡变形及稳定的重要因素。以室内试验结果为依据,采用接触面与薄层单元模拟层面剪切特性,对比了两者应力应变曲线特点,分析了开挖条件下软硬互层岩质边坡层间应力分布。结果表明,接触面模拟砂岩泥岩界面特性时,其剪切应力应变曲线符合双曲线特征,呈应变软化现象,存在明显残余强度。薄层单元模拟层面剪切力学特性时存在初期应力剧增现象,模拟结果与试验值存在一定程度离散性。接触面与薄层单元均能模拟砂岩泥岩界面剪切应力应变特性。顺层岩质边坡开挖时难以控制接触面法开挖过程模型计算收敛程度,薄层单元方式更能有利于模拟开挖作用下其层面剪应力分布(即剪切错动效应)。