双线混凝土U型梁的剪力滞效应研究

为了研究双线混凝土U型梁的剪力滞效应,对U型梁截面进过合理简化,选取轴力自平衡的余弦函数定义了翘曲位移函数.在考虑剪滞效应和剪切效应的基础上,构建了双线混凝土U型梁的总应变能函数.利用势能驻值原理,推导出了简支、悬臂和连续双线混凝土U型梁分别在均布荷载和集中荷载作用下的剪力滞系数解析解.以某实际工程双线混凝土U型梁为例...     

考虑剪切变形下基坑开挖引起下卧既有隧道的纵向变形研究

基坑开挖引起的土体卸载会使得下卧既有隧道受力变形,甚至引起既有隧道管片的开裂断裂.将隧道简化成既能考虑纵向刚度又能考虑剪切变形的Timoshenko梁,地基采用三参数Kerr地基模型,采用有限差分法并考虑隧道两端的边界条件获得隧道纵向变形解析解.通过与有限元数据、既有地基模型理论、实测工程进行对比,验证了该方法的合理性...     

考虑剪切变形及转动惯量的H型钢梁自由振动

以3种典型热轧H型钢截面简支梁为研究对象,分别采用初等梁理论模型和考虑剪切变形及转动惯量影响的高等梁理论模型,分析在不同长细比情况下H型钢截面简支梁前3阶自由振动频率的差异,得出了初等梁理论进行H型钢梁自由振动分析的适用条件,该结论可供结构动力分析及动力设计参考。     

曲线波形钢腹板箱梁竖向弯曲自振特性

为精确计算曲线波形钢腹板简支箱梁的竖向弯曲自振特性,考虑箱梁剪力滞和剪切变形双重效应,在假设箱梁翼板纵向位移函数的基础上,运用能量变分法和哈密顿原理推导了曲线波形钢腹板简支箱梁的弯曲自由振动微分方程,得到其竖向弯曲自振频率的解析解;建立有限元模型,将分析结果与推导的理论公式计算结果加以对比,并分析了跨径比、宽跨比和高跨比对竖向弯曲基频的影响。研究结果表明:本文竖向弯曲自振频率公式的计算结果与有限元分析结果差值在9%以内,且比初等梁理论计算精度高;剪力滞效应和剪切变形均削减了曲线波形钢腹板简支箱梁的刚度,使其竖向弯曲自振频率与初等梁理论的计算结果相比有所降低,同时考虑2种效应可能使竖向弯曲基频降低25%以上。剪力滞效应对竖向弯曲基频的影响随着跨径比和宽跨比的增大而增大,而高跨比变化时影响略有减小;剪切变形对竖向弯曲基频的影响随着宽跨比和高跨比的增大而增大,而跨径比变化时影响保持不变。对于不同参数取值的曲线波形钢腹板简支箱梁,竖向弯曲基频的剪切变形影响系数变化范围为5%～25%,而剪力滞效应的影响系数一般小于10%。在分析曲线波形钢腹板箱梁动力性能时应考虑剪切变形;当跨径比小于0.4,宽跨比小于0.1时,可忽略剪力滞效应的影响。     

弹性阶段波形钢腹板简支曲线组合梁弯扭变形的解析解

为了研究波形钢腹板简支曲线组合梁在弯扭复合作用下的挠度及扭转角效应,根据波形钢腹板自身的结构特点,考虑曲梁曲率、箱梁剪力滞效应、剪切变形和扭转变形,利用最小势能原理和变分法推导了弯扭效应微分方程,并采用伽辽金法进行求解,得到了竖向均布荷载下波形钢腹板简支曲线组合梁的挠度、扭转角的解析解,将计算结果与有限元模型计算结果进行了对比,结果吻合良好。     

以附加挠度为广义位移的双室箱梁剪力滞效应研究

从剪力滞翘曲正应力自平衡条件出发,引入修正系数对翘曲位移函数进一步修正,选取剪力滞效应引起的附加挠度为广义位移,将箱梁的剪力滞变形状态从初等梁挠曲变形状态中分离出来作为一种独立的变形状态分析,应用能量变分法建立箱梁截面控制微分方程,结合简支边界条件分别给出集中荷载和均布荷载作用下箱梁附加挠度和初等梁挠度的解析解。数值算例表明,初等梁挠度解和材料力学初等梁挠度解、跨中截面测点本文应力解和文献有限元解均吻合良好,证明将剪力滞纵向翘曲模式与初等梁竖向挠曲模式分离的假设是正确的。挠度研究表明,剪力滞效应对均布和集中荷载跨中挠度分别提高了3.17%和3.73%。     

冲击荷载下三种钢轨梁模型动力特性分析

建立了Euler梁、Timoshenko梁、修正Timoshenko梁钢轨模型,比较了三者固有频率的差异,分析了冲击荷载作用下三种模型的动力响应.结果表明:修正Timoshenko梁钢轨模型与Timoshenko梁钢轨模型的固有频率在中低频范围内相差不大,在高频时相差约6％,两种模型的振动位移、加速度响应大小基本接近,均大于Euler梁钢轨模型;修正Timoshenko梁模型形式简单,计算效率与Euler梁模型相当,而计算精度与Timoshenko梁模型接近.     

变高度薄壁箱梁的剪力滞

考虑了3个不同的剪滞纵向位移差函数以反映薄壁箱梁不同宽度翼板的剪滞变化幅度,提出了一种能对工程中常用的变高度梯形截面箱梁剪力滞及剪切变形效应进行分析的方法。应用能量变分原理,导出了箱梁受横向荷载作用下的剪滞控制微分方程和边界条件,获得相应的闭合解。在理论解的基础上,进而建立一种考虑剪滞剪切效应的有限段模型。进行了有机玻璃模型试验,并对模型桥作了有限段法和有限元法的数值计算,计算值与试验结果均吻合良好。     

波形钢腹板曲线结合梁弯扭效应的解析解推导及参数分析

为了研究波形钢腹板曲线结合梁的弯扭效应,基于波形钢腹板的特点,综合考虑曲率影响、截面剪力滞效应、波形腹板剪切效应、扭转和畸变效应,采用能量变分法推导了波形钢腹板简支曲线结合梁在弯扭作用下的控制微分方程,采用伽辽金法求解得到了其弯扭效应的解析解,并对曲线半径和圆心角进行了参数分析。随曲线半径的增大,波形钢腹板简支曲线结合梁的跨中挠度、扭转角、畸变角和剪力滞附加弯矩均增大,但扭弯应力比减小;随圆心角的增大,跨中挠度、扭转角和畸变角均增大,剪力滞附加弯矩基本不变,扭弯应力比则线性增加。说明曲线半径的减小和圆心角的增大,可使波形钢腹板简支曲线结合梁的扭转效应增强,弯曲特性减弱,圆心角和曲线半径是表征其弯扭效应的两个重要指标。     

下承式钢桁结合梁在双线对称荷载作用下的近似解

下承式钢桁结合梁桥是适合高速铁路的桥梁结构形式之一,由于受力复杂,难以直接确定其在荷载作用下的精确解析解.本文根据下承式钢桁结合梁的变形特征,将其进行连续化处理, 等效为闭口薄壁组合箱形梁.然后用势能驻值原理导出下承式钢桁结合梁考虑桥面系钢纵梁-混凝土板相对滑移、横梁竖向变形的影响和混凝土板剪滞效应的控制微分方程.根据结构在双线对称荷载作用下的受力特点,假设等效闭口薄壁组合箱形梁的位移函数,求出下承式钢桁结合梁的近似解.利用本文方法对一个4节间简支下承式钢桁结合梁试验模型进行结构的位移和应力计算.通过将本文解与试验结果对比,说明本文公式的正确性.     

薄壁箱梁剪滞剪切效应自振特性分析

在推导考虑剪力滞、剪切变形双重效应的单元刚度矩阵与等效结点荷载矩阵的基础上[1],进一步推导出考虑双重效应的单元质量矩阵,从而形成完整的薄壁箱梁考虑双重效应的矩阵分析体系,可方便地纳入矩阵位移法程序系统,为常见的薄壁连续梁等复杂结构的剪力滞效应分析提供一种计算手段。利用自编程序ZLBOX对薄壁箱型简支梁和悬臂梁考虑剪力滞、剪切变形双重效应时的自振特性进行了分析,所得结果与ANSYS实体单元计算结果符合良好。计算结果表明,剪力滞、剪切变形双重效应使薄壁箱梁的自振频率降低,剪力滞效应占双重效应的85%以上,双重效应对高阶频率的影响比低阶频率的影响大。     

城市交通系统中宽扁梁结构的自由振动分析

为研究城市交通系统中宽扁梁的动力性能,由明德林(Mindlin)板理论退化得到板梁的控制方程,并推导出两端简支和两端固支板梁的自由振动特征方程,然后分别求解其自振频率和模态,并将计算结果与铁木辛科(Timoshenko)梁、Mindlin板的结果进行对比,总结板梁方程的梁宽适用范围并考虑泊松比对宽梁自由振动的影响。分析表明:相较Timoshenko梁方程,板梁方程更贴近Mindlin板的计算结果,尤其是前5阶自振频率,更适于较大泊松比的宽梁结构动力分析。     

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...     

箱梁剪力滞效应分析的有限梁段法

在薄壁箱梁剪力滞理论变分法基本微分方程的基础上,提出一种与一般梁单元方法相适应的分析箱梁剪力滞效应的有限梁段方法,导出相应的梁段单元计算剪力滞效应的系数矩阵和广义荷载列阵计算公式。分析简支梁和悬臂梁两种不同边界型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效应,并与相应的变分法解析结果做对比,验证本文方法的有效性和可靠性。本文方法简洁方便,计算公式表达简单,适宜各种边界条件下实际桥梁结构中箱梁剪力滞效应的分析。     

一种薄壁箱梁自振频率分析的多参数翘曲位移函数法

以能量变分原理为基础,设置3个不同的剪滞纵向位移差函数以准确反映薄壁箱梁不同宽度翼板的剪滞变化幅度,在综合考虑剪力滞后、剪切变形及转动惯量效应的基础上,提出一种能对工程中常用的梯形薄壁箱梁自振特性进行分析的方法。本文利用最小势能原理建立了梯形薄壁箱梁的控制微分方程和自然边界条件,据此推导几种常用边界条件的固有频率方程(简支、悬臂、连续、两端固支)。在算例中,本文将解析解与板壳有限元结果进行比较,证明本文方法的有效性,明确剪力滞后效应对几种不同边界条件梯形箱梁自振特性影响的规律,为箱梁动力特性的进一步研究奠定基础。本文所得公式对目前的剪滞分析理论有所进展,具有一定的理论意义和实用价值,因此更具一般性。     

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...     

基于直接刚度法的弹性地基深梁单元

为研究弹性地基深梁的受力及变形性能,根据双参数弹性地基模型和Timoshenko深梁模型的基本方程,建立了弹性地基深梁挠度控制方程,求得了挠度方程全解,并给出了弹性地基深梁梁轴转角、截面弯曲转角及剪切角的表达式;结合节点位移条件,得到了位移系数;根据节点力方程建立了刚度平衡方程,给出了弹性地基深梁的刚度矩阵方程及均布荷载的等效节点力向量。在此基础上,分别计算了均布荷载、跨中集中力、两端集中力、两端集中力矩等荷载工况下的节点位移,求得弹性地基深梁挠度曲线,验证了本文给出的刚度矩阵方程及等效节点力向量的合理性及适用性。     

高速铁路节段预制简支箱梁构造设计和力学性能分析

以国外某高速铁路工程24.6~32.6 m节段预制简支箱梁为研究对象,将节段划分为端头节段(D类)、渐变节段(G类)及标准节段(B类),结合当地运输及架设条件,通过改变各节段数量组成相同梁高、不同跨径的简支箱梁;结合节段预制简支箱梁特点,论述剪力键构造、预应力布置及临时连接设计要点;采用MIDAS/civil、MIDAS FEA、ANSYS与BSAS程序建立模型,对节段预制简支箱梁的力学性能进行检算分析;重点分析胶接缝对简支箱梁受力性能的影响,节段预制简支箱梁抗弯、抗剪折减系数以及抗裂安全系数取值。分析结果表明,节段预制简支箱梁结构受力和变形满足规范要求,适用于高速铁路工程。     

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。     

基于Timoshenko梁求解钢轨导纳研究

利用有限元软件,建立钢轨导纳分析模型,采用完全法求解钢轨导纳,对Timoshenko梁与Euler梁模型计算结果进行对比研究。研究结果表明:在频率1 500 Hz以内,采用Timoshenko梁和Euler梁模型的钢轨位移导纳计算结果基本一致;当频率在1 500 Hz以上时,Timoshenko梁模型仍能较好反映导纳的峰—峰值变化规律;采用Timoshenko梁计算得到的前4个导纳峰值频率依次为450 Hz,700 Hz,1 000Hz和1 250 Hz,最大值发生在1 250 Hz,其中位移导纳最大幅值为4.19×10-8m/N;钢轨频响曲线的峰值与模态固有频率一一对应,通过对比认为,钢轨在1 250 Hz频率发生了Pinned-pinned振动。