格构式支架整体稳定分析与设计建议

为研究格构式支架结构的整体稳定性,根据弹性稳定理论,对格构式支架采用了按实腹式等效并考虑剪切刚度的方法进行了理论分析,并在分析过程中推导了计算临界荷载的理论公式,采用通用有限元软件对推导出的理论公式进行验证,根据推导的公式,给出了在桥梁工程施工中优化设计格构式支架的建议,以供相关人员参考。     

江南地区传统木构建筑透榫节点受力性能研究

为研究江南传统木构建筑中的主要榫卯节点透榫的结构性能及其影响因素,通过缩尺模型试验对该种榫卯节点在低周反复荷载作用下的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线和转角刚度进行了分析,综合考虑节点的接触非线性和木材的材料非线性,采用ANSYS非线性有限元方法对其受力性能进行理论分析,并与试验结果进行比较分析,结果表明:该种榫卯节点的弯矩-转角滞回曲线基本上都呈Z形,具有明显的捏拢特性。该种榫卯试件均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,其最终破坏形态均为榫头根部断裂破坏,极限转角为0.11~0.14rad;ANSYS非线性有限元分析的结果和试验结果较为吻合,通过理论分析获取了该种透榫节点的平面内（竖向）转角刚度KV、平面外（水平）转角刚度KH和扭转刚度KR的相互关系,可近似归纳为2.5∶1∶1。      

钢-混凝土组合箱梁力学分析

提出一种钢-混凝土箱型截面组合梁结构,应用力法计算钢-混凝土箱型截面组合梁的内力,给出负弯矩区的刚度与其长度的关系.连续组合梁是变刚度截面,按弹性分析法给出正负弯矩区的抗弯刚度.对组合梁截面承载力进行分析,得出组合截面弹性极限抗弯承载力与塑性极限抗弯承载力.     

薄钢板PEC柱-削弱截面钢梁框架层间抗震试验研究

为研究薄钢板组合PEC柱(强轴)-削弱截面钢梁组合框架的层间抗震性能,设计制作1榀组合框架中间层子结构1∶2缩尺试件并对其进行水平循环往复荷载抗震试验.基于试验现象和测试数据整理,得到了试件破坏模式与滞回特征曲线,并对试件水平抗侧刚度、耗能性能和变形模式等进行了分析.研究结果显示:采用梁端截面削弱方式可通过梁端塑性铰形成位置偏离节点区以满足"强节点"的抗震要求;试件整体与层间中间层位移延性系数分别大于4.05和4.81,对应等效粘滞阻尼比最大值分别为0.288和0.286;试件结构水平抗侧刚度沿高度均匀分布,侧移变形呈理想倒三角弯剪型侧移变形模式;试件结构破坏模式为梁端削弱截面充分屈服形成塑性铰的理想塑性破坏机构,且其承载力下降到极限承载力85%时,对应试件整体与层间侧移角分别为0.043 3 rad和0.039 4 rad,相应超过框架结构大震层间侧移限值0.035 0 rad,说明试件结构具有良好的抗震延性.     

基于网格截面法的非线性梁单元

为准确描述材料进入非线性阶段后的应力状态,针对采用梁单元时框架结构材料非线性的有限元分析问题,提出了基于分布式塑性理论的三维材料非线性梁单元分析方法--网格截面梁单元法,并通过算例对其有效性和准确性进行了验证.这种方法采用平面等参单元将梁单元截面网格化,通过引入材料本构模型,由截面网格材料的应力-应变关系和应力分别积分得到梁单元的截面刚度矩阵和截面抗力,再通过位移插值函数计算梁单元在材料进入非线性阶段时的单元刚度矩阵和节点抗力.     

气动式主动顺应去毛刺工具研究

设计了一种气动式主动顺应去毛刺工具,并进行建模仿真和实验对比分析。设计的工具在轴向和径向均主动可控,使用线性气动执行器来控制轴向力,并与测量轴向高度的线性编码器集成,通过与角度传感器集成的气动环形驱动器来进行径向力控制,两个顺应系统通过万向节结构实现混合控制。对工具进行动态建模和分析,根据超弹性理论采用Arruda-Boyce本构模型并基于施加在工具尖端上的力和因力作用而引起的位移来确定轴、径向刚度,通过ANSYS Workbench进行刚度模拟计算再由实验验证仿真结果,证明该去毛刺工具在作业过程中可以自由浮动,具有主动顺应性的同时还能根据轴向和径向上所受压力提供与之相适应的刚度,减小作业中的振颤与干扰,保证加工精度。     

钢管轻集料混凝土短柱偏心受压性能的试验

进行了18根钢管轻集料混凝土短柱的偏心受压试验.分析了偏心荷载作用下不同含钢率、偏心率的钢管轻集料混凝土短柱的破坏过程、破坏模式及破坏机理,并对试件的承载力影响参数及其承载力性能开展了研究.试验结果表明,钢管轻集料混凝土短柱在偏压荷载作用下,其荷载-挠度曲线主要分弹性阶段、弹塑性阶段和下降段;内填轻集料混凝土能够有效延缓外侧钢管的局部屈曲;试件的破坏模式属于弹塑性破坏或塑性破坏;在试件中截面,钢管对核心轻集料混凝土的约束作用与受力区域及加载过程有关;含钢率和偏心率对试件的极限承载力性能有一定影响,含钢率越大,试件承载力极限也越大,偏心率越大,试件极限承载力越小;钢管轻集料混凝土短柱偏压承载力与相同条件下的钢管普通混凝土短柱大致相当.     

基于弹性补偿有限元法的拱桥极限分析

基于塑性极限荷载理论,提出了一种拱桥极限分析的新方法--基于弹性补偿有限元法的拱桥极限承载力分析方法,综合考虑拉压、剪力、弯矩和扭矩等内力作用,根据近似广义屈服准则,通过连续修改单元的弹性模量而引起应力重新分布, 以模拟拱桥结构体系的塑性失效行为.同时,编制了拱桥极限承载力计算程序,计算结果与模型拱桥的试验结果相比较,验证了方法所具有的较高的计算精度和计算效率.并且讨论了拱桥材料特性、截面几何尺寸和矢跨比等参数对拱桥极限承载力的影响.     

转K7型转向架轮对径向装置抗剪刚度设计

针对转K7型副构架式自导向径向转向架,通过相关结构受力与刚度串并联关系分析,明确了决定其轮对径向装置抗剪刚度的几何和刚度参数,构建了抗剪刚度的数学计算公式.基于车辆系统动力学分析技术,确定了转K7型转向架轮对径向装置所需抗剪刚度为11 MN·m-1.考虑转向架结构实际受限条件,对轮对径向装置各组成件的几何和刚度参数进行匹配设计.首先设计确定出对角斜撑角和连接杆轴向拉压刚度分别为42.和150 MN·m-1,然后使用抗剪刚度数学计算公式导出所需的副构架结构横向刚度应不小于23.6 MN·m-1,进而按该参数要求对副构架结构进行相应设计.考虑部件间接触配合关系,建立了轮对径向装置的高仿真非线性有限元装配体分析模型.计算结果表明:结构横向刚度为24 MN·m-1,达到了轮对径向装置抗剪刚度的设计要求;抗剪刚度为所需设计值11 MN·m-1,验证了抗剪刚度数学计算公式和设计方法的可靠性.     

变曲率曲线梁的单元刚度矩阵分析

针对单元刚度矩阵多为隐函数,不便于直接应用的问题,在极坐标系下,假定变曲率曲线梁剪心和形心重合,根据卡氏第二定理,推导了一种显式变曲率曲线梁单元悬臂端柔度矩阵的解析解公式.该公式先将其柔度矩阵退化到经典的形式;再通过求逆运算得到变曲率曲线梁单元悬臂端刚度矩阵;最后根据静力平衡条件与结点位移的任意性获得曲线梁的单元刚度矩阵.以两端固定曲线梁为例,利用MATLAB编程与ANSYS有限元计算结果进行了对比,结果表明:竖向位移和扭转角相差都在5%以内,两者的误差较小,验证了单元刚度矩阵对变曲率曲线梁计算的有效性;矩阵中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,说明了它的正确性.     

燕都东街大桥现浇梁支架预压分析

为了验证满堂支架的搭设质量、脚手架自身质量以及地基承载力情况,同时也为了准确掌握现浇箱梁施工过程中脚手架各工况的实际挠度和刚度,满堂支架在混凝土浇筑前需要在现场做静载试验,以确保支架在混凝土浇筑过程中的安全并消除结构的非弹性变形,掌握弹性变形数据,可以使预拱度设置的更合理。     

PBL剪力键荷载-滑移关系试验研究

为研究PBL剪力键(perfobond rib shear connector)加载全过程的结构行为,对11组37个试件进行了静载破坏试验,研究了PBL剪力键在各工作阶段下的荷载-滑移曲线及破坏特征.采用归一化方法分析了混凝土榫抗剪刚度、贯穿钢筋抗拉能力对PBL剪力键各工作阶段荷载-滑移关系的影响,提出了加载全过程的荷载-滑移关系公式.研究结果表明:在弹性段内,PBL剪力键的荷载-滑移关系呈线性,曲线斜率与混凝土榫抗剪刚度有关,在弹塑性段和强化段内,荷载-滑移关系呈幂函数,其系数与混凝土榫抗剪刚度、贯穿钢筋抗拉能力成线性关系;开孔孔径45、60 mm的PBL剪力键中,贯穿钢筋的合理直径分别为16、20 mm.     

FRP约束超高性能混凝土圆柱轴压本构模型

为研究纤维增强复合材料(FRP)约束超高性能混凝土(UHPC)圆柱体的轴压性能,对30根FRP布约束和3根无约束UHPC圆柱体进行了轴心抗压试验,分析了FRP种类、纤维布层数和约束形式对UHPC轴压性能的影响规律.根据试验结果,同时考虑约束刚度和纤维布极限应变的影响,通过回归得到了约束试件强度和极限应变预测公式,并对Lam-Teng模型中的截距进行了修正.研究结果表明:约束比和侧向约束刚度是影响约束试件强度和极限应变的主要因素;约束试件的应力-应变曲线由抛物线和直线段组成;改进后Lam-Teng模型的拟合优度均值为0.96,能更精确地预测约束试件的应力-应变关系.      

角钢连接件剪切刚度计算方法及试验研究

鉴于角钢连接件剪切刚度的重要性,基于弹性地基梁理论推导了角钢连接件的等效剪切刚度计算公式,设计制作了3个角钢连接件试件进行推出试验,根据国、内外剪力连接件剪切刚度计算方法进行计算,将各方法计算结果与本文公式计算结果进行对比并就其适用性进行讨论分析。分析结果表明：国内、外连接件剪切刚度计算方法差异较大,日本规范计算结果与本文提出公式计算结果较为吻合,我国钢结构设计规范和0.8?mm割线法计算所得结果偏于安全,弹性阶段抗剪连接件的剪切刚度计算采用日本规范和本文公式计算比较合理。     

上承式钢桁拱桥面内极限承载力分析

为研究大跨度上承式钢桁拱桥在面内荷载作用下的非线性结构行为及极限承载力的主要影响因素,采用纤维模型法推导了计算材料非线性梁单元刚度矩阵的公式和确定单元截面中性轴的方程,分析了某上承式大跨度钢桁拱桥加载全过程的塑性区发展和应力重分布情况,探讨了几何非线性、拱上建筑联合作用、施工方法、布载方式对钢桁拱桥极限承载力的影响。发现几何非线性与拱上建筑联合作用对拱肋最大应力的影响较小,影响程度不超过6%,布载方式与施工方法对大跨度钢桁拱桥的极限承载能力有较大影响。     

加筋板在轴向压力下的极限强度研究

采用非线性有限元直接计算方法,对系列加筋板在轴向压力下的极限强度进行了计算分析.大量数值计算结果与smith及Tanaka的实验结果进行了验证.基于有限元分析结果,提出了加筋板极限强度的预报公式.文中公式与有限元计算及实验对比结果表明,所提出的公式具有较高的精度.     

聚碳酸酯板Ⅰ型裂纹尖塑性区实验研究

用国产聚碳酸酯板,制成中心Ⅰ型裂纹试样,在同步坐标偏光仪中测量了不同载荷水平下裂纹尖的塑性区尺寸rp,所得实验结果与Irwin塑性区模型和Dugdale塑性区模型进行了比较.结果表明:裂纹尖塑性区尺寸rp分三个阶段依次吻合于Irwin平面应力模型、Irwin平面应变模型和Dugdale模型.     

曲线纤维变刚度壁板的亚音速气弹稳定性研究

针对曲线纤维变刚度复合材料层合板在高速列车壁板结构轻量化设计中的广阔应用前景,研究了弹性、黏弹性变刚度复合壁板在亚音速流场中的气动弹性稳定性问题. 首先,基于Mindlin厚板理论和势流流动理论分别描述壁板结构变形和亚音速气动力,根据虚功原理和有限元法建立了曲线纤维变刚度复合材料弹性/黏弹性壁板的气动弹性稳定性分析模型,进而采用复模态理论求解复合材料变刚度壁板发散临界速度;在验证方法正确性和收敛性的基础上,研究了壁板关键参数等对复合变刚度壁板发散失稳特性的影响规律. 研究结果表明:与直线纤维壁板相比,通过调整曲线纤维路径可以实现壁板的发散临界速度50%左右的提升,有效增强壁板气动弹性稳定性.      

空间异形薄壁拱结构极限稳定研究

为研究空间异形薄壁拱结构极限稳定的问题,以某大跨径异形拱为工程背景,分别建立了板—壳—梁混合模型和空间梁杆单元模型,对比分析了2种模型在局部超载作用下结构的受力规律及荷载曲线。结果表明：混合模型考虑了薄壁箱型截面的翘曲、畸变等局部效应,得到的极限承载力结果较空间梁杆模型低。两者的荷载—位移曲线在线弹性阶段吻合较好,在进入塑性阶段后,受局部效应的影响,两者曲线差异越来越大,在结构的极限稳定分析时,传统的空间梁杆单元模型偏不安全。     

暗支撑型钢混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为了研究不同数量暗支撑对型钢混凝土剪力墙的抗震性能影响,选取4个剪跨比为1.75的矩形截面型钢混凝土剪力墙试件进行了低周反复荷载下的试验研究（其中1个为普通剪力墙对比试件,3个为工字钢暗支撑剪力墙试件）,对比分析了不同数量暗支撑条件下型钢混凝土剪力墙试件的破坏特征、承载力、刚度、延性、滞回特性及耗能能力.试验研究表明:带暗支撑型钢混凝土剪力墙试件的裂缝细密且分布区域较大,塑性铰发展充分,滞回曲线饱满,耗能能力明显提高;带暗支撑型钢混凝土剪力墙试件的屈服荷载和极限荷载相比普通剪力墙分别提高了88.76%和91.97%,极限位移角提高26.67%,抗震能力比对比试件显著提高.