变曲率曲梁的单元等效节点荷载分析

研究目的:变曲率曲线梁在工程中得到广泛的应用,对其进行数值分析时,需建立变曲率曲线梁的单元刚度矩阵和节点荷载矩阵。因跨间集中荷载和均布荷载无法直接参与计算,需将其转换为等效节点荷载。本文主要研究目的是获得变曲率曲线梁跨中集中荷载的等效荷载矩阵。在极坐标系下,依据虚功原理,推导出一端固定的悬臂梁在跨间荷载作用下的悬臂端位移,再依据位移等效和内力等效得到曲梁单元一端的等效节点力,进而根据静力平衡条件得到单元另一端的等效节点力与等效节点荷载矩阵。研究结论:以两端固定的曲线梁在跨间集中荷载作用下为例,利用MATLAB编程与ANSYS有限元计算结果进行了对比,算例中竖向位移和扭转角误差较小,两者相差都在5%以内,得到如下结论:(1)等效节点荷载矩阵是正确的,验证了对变曲率曲线梁计算的有效性;(2)等效节点荷载矩阵的元素可用带参数的显函数表达,且所有参数都可直接引用;(3)推导的变曲率曲梁等效节点荷载矩阵可用于含等曲率梁的杆系结构的有限元分析。     

基于弹性地基梁的盾构隧道纵向上浮分析

盾构隧道施工中刚脱离盾尾的管片经常会出现局部或整体上浮。盾构隧道施工期管片上浮的原因有上浮力作用、纵向偏心荷载作用、切口水压作用、上覆土的反向压缩效应以及地基卸载效应等,重点分析上浮力对施工期管片上浮的影响。将上浮力分为静态上浮力和动态上浮力,分别分析其作用机理,给出计算式。以一隧道工程为例,根据纵向等效连续化模型将其简化为一纵向梁,基于弹性地基梁理论将上覆土的抗浮效应简化为地基弹簧,在求得其纵向等效抗弯刚度、静态上浮力、动态上浮力以及上覆土地基弹簧参数后,运用同济曙光软件,计算得到100 m长管片在静、动态上浮力作用下的上浮量为4-15 cm。该计算值与实测结果比较吻合,表明弹性地基梁方法可以分析盾构隧道的纵向上浮。     

弹性地基板分析的一种新方法

在板与地基的共同作用分析中,为了提高分析的精度,将每个板单元下的地基单元划分为2×2个子单元,假定每个子单元下的地基反力是均布的,用Boussinesq公式求得各个子单元在均布力作用下的位移系数,利用形函数和坐标变换公式建立子单元与原单元之间的力和位移关系,并将这种关系反映到地基柔度矩阵中去,将地基柔度矩阵求逆后与板刚度阵叠加并求解即可求得节点位移,进而求得地基反力和板中内力.     

考虑摩阻效应的弹性地基梁幂级数解

基于Winkler地基模型,假定地基梁与地基土体间的摩阻力沿有限梁长呈线性分布,考虑弹性地基梁与地基土体之间的水平摩阻效应,建立集中荷载作用下地基梁挠曲变形及内力计算模型和相应的变形控制微分方程.采用幂级数法,分别给出计算弹性地基梁竖向挠曲变形、转角、弯矩、剪力的幂级数半解析解.将本文方法与传统弹性地基梁法进行比较以验证本文方法的可行性,并进一步分析梁土间摩阻效应对弹性地基梁位移及内力的影响.分析结果表明,梁土接触面上的摩阻力对地基梁的位移及内力有一定程度影响,且地基土越坚硬,梁土接触面越粗糙,该摩阻效应对梁位移及内力的影响也就越大.     

剪力滞对箱梁弯曲刚度影响的分析

在薄壁箱梁剪力滞变分法原理的基础上,提出一种可以考虑剪力滞与梁弯曲刚度耦合影响的箱梁剪力滞效应的有限梁段方法,导出相应的有限单元公式。该方法在梁段单元每节点上采用两个剪力滞自由度,以适应不同的剪力滞位移边界条件。分析简支梁和悬臂梁两种不同边界形式的箱梁在均布荷载和集中荷载等不同荷载条件下的剪力滞系数和考虑剪力滞影响的梁的挠度,并与相应的变分法解析结果作对比,验证本方法的有效性和可靠性。算例结果表明,剪力滞对梁弯曲刚度的影响是明显的,且梁的刚度越大,这种影响的比例就越大。     

基于联动迭代及Heaviside函数的铁路桥墩刚度和位移计算方法

为提高铁路简支梁桥墩刚度及墩顶位移计算的准确度及通用性，克服桥墩及桩基设计中无法实时考虑桩-土耦合作用对刚度的影响，提出一种基于联动迭代及利用Heaviside函数的铁路桥墩刚度及位移计算的广义柔度矩阵法。该算法通过将桩基计算“m”法相关参数代入广义柔度矩阵，实现瞬态反馈桩长及地质变化对桥墩刚度的影响；基于力学等效原则推导集中荷载与分布荷载的等效节点力表达式，并通过将各荷载工况边界条件与Heaviside函数等效置换，得到桥墩单元作用任意形式集中荷载或分布荷载的等效节点力通用完备解；将该算法编入设计程序，实现铁路桥梁桩长、刚度、墩顶位移等参数的精准耦合计算。以变截面圆端形空心桥墩共同作用制动力、纵向风力及土压力为算例，计算结果表明，该算法与3种有限元软件计算的墩顶位移最大误差均在0.600%以内，计算精度高。     

含软弱夹层地基上轨道梁承载力有限元分析

考虑轨道梁与地基、软弱夹层与相邻土层间的界面作用,建立轨道梁与地基作用体系的有限元模型,分析轨道梁荷载作用下含软弱夹层地基承载能力。依据本文计算结果给出了相应设计方案。通过与试验结果的比较分析,证实了计算模型和计算结果的合理性。研究结果表明:规范方法计算结果偏保守,本文的分析方法更能反映结构与地基作用特性,计算结果与试验结果接近,给出更为合理的承载能力评价;对于含软弱夹层地基,基础垫层厚度和软弱夹层厚度对地基承载力计算结果影响较大;随着轨道梁刚度变化,地基承载能力和变形特性不同,而柔性轨道梁对地基适应性更好,结构受力也更合理。     

一般半刚性节点连接框架结构分析方法

研究对象为任意节点连接和任意支撑的平面框架。一般梁单元由等截面直杆及其杆端的轴向弹簧、切向弹簧和转动弹簧组成,推导得到此类单元的刚度矩阵、单元在8种基本荷载作用下的等效节点荷载。采用Matlab语言编写了适用于一般节点非线性连接框架的静力分析程序,非线性形式为指数函数或多项式函数,可以得到结构不同连接刚度下的节点位移、杆端位移和杆端力。算例显示出节点柔度对结构受力和变形的影响。     

基于无拉力Winkler地基梁的原位测试方法

基于梁与无拉力Winkler地基的相互作用,提出一种用于测试基床系数的岩土工程原位测试新方法,对现有测试技术进行补充和发展。在无拉力Winkler弹性地基梁中点处作用一个垂直于地面的集中力,通过测量集中力作用点处的弯矩和垂直于地面的位移,反推出地基的基床系数。讨论测试梁的尺寸和制作材料,介绍试验数据的处理方法。理论计算表明,梁与地基的相互作用范围只与地基系数相关,与力的大小无关,据此可验证测试梁的长度是否符合测试要求,确保测试结果的精确度。     

基于能量原理的弹性地基梁底面摩阻效应分析

针对Winkler地基模型不能考虑梁与地基底面摩阻效应的不足,在地基与梁底接触面上引入一系列各自独立的水平弹簧,假定弹簧反力即切向摩阻力与梁底和地基间的切向相对位移成正比,从能量角度出发,基于最小势能原理,建立考虑底面摩阻效应的弹性地基梁能量方程,并引入位移形函数进行求解,导出对称载荷条件下考虑切向摩阻力作用时地基梁位移及内力解答。最后通过地基梁计算实例分析,验证该解答的正确性和合理性,并对相关计算参数进行深入探讨。计算结果表明:切向摩阻力沿梁长呈非线性分布,其对地基梁挠度及弯矩计算的影响较大,而对剪力的影响并不强烈。     

组合梁滑移和剪切变形双重效应的有限元分析

根据最小势能原理和变分法,定量研究组合梁界面滑移对构件性能的影响。滑移增大结构曲率,降低构件刚度,增加附加弯矩,从而引起挠度增大。建立考虑滑移效应和剪切变形双重作用下挠度和滑移控制微分方程。求得集中荷载条件下挠度和滑移的解析表达式。在解析表达式的基础上推导考虑双重效应的组合梁单元刚度矩阵。     

钢-超高性能混凝土组合梁剪力滞分析的有限梁段法

在选定的剪力滞翘曲位移函数的基础上,钢-超高性能混凝土(UHPC)组合梁剪力滞控制微分方程以及相应边界条件可基于能量变分法推导得到.将钢-UHPC组合梁离散为若干梁段,通过剪力滞控制微分方程的常数求解,可得到用于求解钢-UHPC梁段单元剪力滞效应的系数矩阵和广义荷载列阵,从而建立梁段单元各结点具有2个剪力滞未知量的有限...     

多跨弹性支座圆弧梁计算的传递矩阵法

以圆弧梁初参数方程的通解为基础,求得承受任意分布载荷的圆弧梁段的载荷函数,推得反映状态向量变化的传递矩阵式。根据变形协调条件和力的平衡条件推得圆弧梁在弹性支座作用处和集中载荷作用处的点矩阵,解决在这些截面两侧某些状态变量突变的问题。将多跨弹性支座圆弧梁的复杂计算变成一个利用一维矩阵连续相乘的简单问题。通过验证表明,这种方法的计算结果和理论解一致。通过对多跨弹性支座圆弧梁实例的计算表明,其结果与其他方法求得的结果也十分吻合。     

群钉连接装配式组合轨道梁受力特性研究

为促进钢-混凝土组合结构的工业化建造,实现钢构件和混凝土构件的工厂化预制、装配化施工,针对传统剪力钉均匀满铺建立的等效刚度理论不能反映群钉集中布置时组合结构受力特性的问题,以跨座式单轨交通为研究背景,设计制作群钉连接装配式钢-混凝土组合轨道梁,进行装配前的钢梁与装配后的组合梁固有频率、荷载-挠度曲线、截面应变曲线对比分...     

变截面箱梁剪力滞及剪切变形效应近似计算方法

变截面箱梁因其抗弯刚度沿梁轴向变化,通常采用有限元法分析,本文基于等效刚度及等效刚度比法,提出了一种可同时考虑剪力滞效应及剪切变形效应的,适用于手算的变截面箱梁荷载作用下挠度及剪滞系数的近似计算方法.通过一变截面悬臂箱梁算例分析,与初等梁理论计算结果进行了比较.结果表明:不考虑剪力滞效应及剪切变形效应将使得挠度计算结果...     

桥上CRTSⅡ型板式轨道梁端高强度挤塑板的合理弹性模量研究

依据梁端CRTSⅡ型板式轨道的结构受力特征,采用梁模拟钢轨、轨道板和底座板,线性弹簧模拟扣件与CA砂浆的弹性作用,采用单向受压弹簧模拟滑动层与挤塑板的支撑作用,建立梁端轨道叠合梁计算模型,分析挤塑板弹性模量对无砟轨道承受轮载以及梁端位移时的受力变化规律。分析表明:由于梁端挤塑板弹性模量相对较低,列车通过时容易引起刚度不平顺、增大轨道受力,应适当提高挤塑板弹性模量;而梁端位移作用时,较大的挤塑板弹性模量则会引起较大的附加弯矩。综合考虑两方面作用,在常用32 m梁上,挤塑板弹性模量在10~50 MPa时,轨道受力状态最佳,其他梁型应根据实际梁端位移适当调整挤塑板弹性模量。     

修圆矩形孔蜂窝梁的成孔方法及刚度计算

提出将蜂窝梁孔洞做成角部修圆的矩形，可以避免六边形孔蜂窝梁的孔角应力集中和圆孔蜂窝梁的扩张比损失。介绍了修圆矩形孔蜂窝梁的错位成孔方法：提出了确定其抗弯刚度折减系数的数值方法和计算结果，该方法根据纯弯蜂窝梁有限元分析结果按照经典力学中挠度一刚度关系式反算其等效刚度。借鉴空腹截面刚度表达式但对其孔洞高度进行折减，给出了孔高折减系数的经验公式，用之于修圆矩形孔蜂窝梁的抗弯刚度计算，简单而又准确。     

考虑加劲肋的悬挂式单轨轨道梁挠度研究

为研究悬挂式单轨轨道梁的加劲肋对其整体挠度的影响,建立了静活载作用下超静定变截面梁的力学模型,以模拟其变刚度条件下的弯曲变形,并推导出轨道梁任意截面的转角和弯曲挠度变形的一般方程。应用Matlab软件编程实现了梁最大挠度的计算机求解,并根据求解结果对悬挂式单轨轨道梁进行了初步的结构优化设计探讨。     

基于优化原理框架结构梁柱合理线刚度比研究

框架结构初步设计中,梁柱截面尺寸估算分别按照梁的跨度及柱所分担的轴力来进行,由此得到结构抗侧刚度并不一定最大。框架柱的抗侧刚度不仅取决于自身的线刚度,还与其两端的框架梁对其约束程度有关,故存在1个合理的框架梁柱线刚度之比,使结构抗侧刚度最大。在保证梁柱材料总量相等的情况下,运用优化原理寻求框架结构等效抗侧刚度的最大值,此时框架结构梁柱线刚度比即为合理值,进而可确定梁柱的合理截面高度,并给出计算图表。算例结果表明,优化后的结构抗侧刚度较优化前明显增加,结构侧移明显减少。该方法简单、实用,可供初步设计使用。