正弯矩和拉力共同作用下刚性组合节点承载力计算方法

框架结构中某柱发生失效会造成梁跨度增加,进而导致梁的内力增大、跨中挠度变大,作用在失效柱上方节点的荷载组合也由负弯矩转变为同时存在的拉力和正弯矩．针对此工况,本文对在正弯矩和拉力作用下的刚性钢-混凝土组合节点进行内力分析,采用内力平衡法推导了拉弯承载力公式,并与相应的组合梁及钢梁的公式进行对比．同时利用ABAQUS有限元软件建立组合节点的有限元分析模型,得到不同参数下钢-混凝土组合节点的拉弯相关曲线,并与本文所提出的公式的计算结果进行了对比,两者吻合较好,为刚性组合节点在拉力和正弯矩共同作用下的拉弯受力设计提供了一定的参考依据．     

受火作用单对称截面钢梁的侧向弯扭屈曲分析

通过非线性有限元通用程序 ANSYS 进行数值分析,首次对单轴对称钢梁在火载荷作用下发生的侧向弯扭屈曲行为进行系统的参数研究,主要考察载荷比、跨度、端部约束条件、温度梯度等因素对钢梁弯扭屈曲失效行为的影响.结果发现:钢梁发生侧向弯扭屈曲的临界温度随温度梯度的增加而提高,但随着载荷比的增大而降低;悬链作用对侧向弯扭屈曲的影响可以忽略;固支梁的抗火性能要优于简支梁;对于两种梁的跨度情形(3m和6m),跨度较大时具有突变特性的侧向弯曲屈曲难以发生,但这种跨度变化并未改变侧向弯扭屈曲这一重要失效形式.     

钢结构框架中组合梁等效刚度的确定方法

刚接或半刚性连接的组合梁在荷载作用下,在梁的长度范围内既有正弯矩作用段,又有负弯矩作用段,由于组合梁截面在正弯矩作用和负弯矩作用下截面抗弯刚度不一致,因而在弯矩为零的点处梁的截面抗弯刚度发生突变,而组合梁框架分析的关键是确定组合梁刚度突变分界点的位置及确定在整体分析中所采用的等效梁的刚度。本文根据应变能相等的原理对钢结构框架中组合梁的等效抗弯刚度进行了研究,推导了其等效刚度的表达式,并给出不同荷载作用形式下刚接框架组合梁等效刚度简化计算公式,为组合梁钢框架的整体分析提供了便利。最后分析了水平荷载以及梁柱连接特性对组合梁等效刚度的影响,分析结果表明,采用本文提出的组合梁等效刚度进行半刚性连接框架整体分析偏于安全。     

随机边界弹性约束空间预应力钢桁架随机内力摄动分析

本文在文献[2]-[4]的基础上,进一步建立了具有任意弹性约束的拉索式空间预应力钢桁架计算模型,其中所有弹性约束均由一组弹簧模拟,在此基础上考虑到边界弹性约束刚度的随机性,进一步建立了拉索式预应力空间钢桁架随机内力摄动分析的计算公式,并针对三角形立体钢桁架进行了分析,为预应力立体钢桁架的可靠性研究奠定了一定的理论基础。     

面内变刚度薄板弯曲问题的挠度?弯矩耦合神经网络方法

发展了一种求解面内变刚度功能梯度薄板弯曲问题的神经网络方法. 面内变刚度薄板弯曲问题的偏微分控制方程为一复杂的4阶偏微分方程, 传统的基于强形式的神经网络解法在求解该偏微分方程时可能会遇到难以收敛、边界条件难以处理的情况. 本文基于Kirchhoff薄板弯曲理论, 提出了一种直角坐标系下任意面内变刚度薄板弯曲问题的神经网络解法. 神经网络模型包含挠度网络与弯矩网络, 分别用于预测薄板的挠度与弯矩, 从而将求解4阶偏微分方程转换为求解一系列二阶偏微分方程组, 通过对挠度、弯矩试函数的构造可使得神经网络计算结果严格满足边界条件. 在误差的反向传播中, 根据本文提出的误差函数公式计算训练误差并结合Adam优化算法更新模型的内部参数. 求解了不同边界条件、形状的面内变刚度薄板弯曲问题, 并将所得计算结果与理论解、有限元解进行对比. 研究表明, 本文模型对于求解面内变刚度薄板弯曲问题具备适应性, 虽然模型中的弯矩网络收敛较挠度网络要慢, 但本文方法在试函数的构造上更为简单、适应性更强.      

反对称横向荷载作用下钢梁的弹性弯扭屈曲研究

为了建立反对称横向荷载作用下双轴对称截面简支钢梁弹性弯扭屈曲的设计理论,考虑荷载比例系数ψ的影响,推导了反对称横向荷载作用下钢梁的弯扭屈曲总势能方程。采用Rayleigh-Ritz法得到了反对称横向荷载作用下钢梁弹性临界弯矩M_(cr)的通用计算式以及系数C_1、C_2的计算式,并总结了荷载比例系数ψ对临界弯矩的影响规律。采用有限元法对本文理论公式进行了验证,当0≤ψ≤4时,临界弯矩M_(cr)的理论解与有限元解吻合良好;当ψ4时,临界弯矩收敛于ψ=4时的值。在此基础上,通过线性回归分析,拟合出了等效弯矩系数C_b与荷载比例系数ψ以及跨长影响系数ξ之间的近似关系式,C_b的近似解与有限元解吻合较好,最大误差为6.5%,大部分工况下误差控制在5%以内。该拟合公式适用性较强,精度较高。     

端弯矩与端部约束对钢柱抗火性能的影响

基于有限元方法模拟约束钢柱在火荷载作用下的抗火行为,分析轴向约束刚度、转动约束刚度、同向曲率的端弯矩作用对其抗火性能的影响,探讨轴向约束刚度、转动约束刚度与临界温度之间的关系。通过对约束钢柱火灾下的受力及变形性能较为全面地进行参数分析,得出:轴向约束刚度比增大,钢柱临界温度降低;转动约束刚度比增大,临界温度升高;在轴向约束条件下,截面温度分布均匀时端弯矩作用使钢柱临界温度显著降低;截面温差为200℃时,端弯矩作用的不利影响更加明显,端弯矩作用越大,受约束钢柱抗火性能越低;具有转动约束的钢柱,约束作用较小时,端弯矩作用会对其抗火性能产生不利影响,约束作用较大时,端弯矩作用对其抗火性能影响较小;截面温差为200℃时,端弯矩作用下的转动约束钢柱临界温度值几乎与轴向荷载作用下相同。另外,划分了"安全区"和"非安全区"两个区域,在抗火设计中保证钢柱的温度在安全区范围内,钢柱的抗火能力即可满足要求;端弯矩作用对约束钢柱抗火性能具有不利影响,会使安全区范围缩小。     

FRP约束钢管混凝土柱轴力-弯矩相关关系研究

为了建立FRP(Fiber Reinforced Polymer)约束钢管混凝土压弯构件轴力-弯矩相关关系曲线,分析组合结构中各组份对柱体压弯性能的影响,建立了FRP约束钢管混凝土截面分析计算模型,考虑不同FPR-钢复合约束程度和荷载偏心率对混凝土本构的影响。与现有CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)-钢管混凝土压弯试验结果对比,验证了模型的合理性。对模型开展参数分析,结果表明,FRP约束混凝土压弯性能主要受环向FRP影响,环向FRP层数的增加在提高柱体轴压承载力的同时可有效降低其界限偏心率,提高大偏心状态下柱体的轴压比;纵向FRP层数仅会影响柱体承载力,对其界限偏心率及大偏心受压状态下的轴压比影响不显著;随着环向FRP约束程度的提高,柱体对P-Δ效应的敏感性增强。     

外包钢-砼组合梁纯扭作用下抗扭刚度的实验及数值模拟

为了研究新型外包钢-砼T形截面组合梁在纯扭作用下的变形性能,设计了5根不同配箍率的的足尺悬臂组合梁。通过对5根悬臂梁的抗扭性能的实验研究,得到了组合梁的扭矩-扭率关系曲线。利用有限元分析软件ANSYS,对组合梁的抗扭性能进行了非线性有限元分析,得到了混凝土与外包钢在极限阶段的应力云图。根据实验以及有限元结果分析了组合梁在整个加载过程中扭转刚度的变化。基于现行砼结构设计规范,提出了组合梁从开裂到极限阶段抗扭刚度的计算公式,可供组合梁受扭设计参考。把有限元模型和公式的计算结果与实验结果进行比较,三者吻合较好。     

外包钢-砼组合梁纯扭作用下抗扭刚度的实验及数值模拟

为了研究新型外包钢-砼T形截面组合梁在纯扭作用下的变形性能,设计了5根不同配箍率的的足尺悬臂组合梁。通过对5根悬臂梁的抗扭性能的实验研究,得到了组合梁的扭矩-扭率关系曲线。利用有限元分析软件ANSYS,对组合梁的抗扭性能进行了非线性有限元分析,得到了混凝土与外包钢在极限阶段的应力云图。根据实验以及有限元结果分析了组合梁在整个加载过程中扭转刚度的变化。基于现行砼结构设计规范,提出了组合梁从开裂到极限阶段抗扭刚度的计算公式,可供组合梁受扭设计参考。把有限元模型和公式的计算结果与实验结果进行比较,三者吻合较好。     

复合板旋转约束刚度推导及箱型结构屈曲分析

基于结构稳定性理论,推导出正交各向异性纤维树脂增强复合材料箱型结构各板连接处旋转约束刚度的近似表达式．与以往的经验公式相比,考虑了材料的正交各向异性和截面尺寸的影响．通过对箱型结构的正交各向异性比、截面属性以及纵横比对旋转约束刚度的影响进行参数研究,验证了旋转约束刚度新公式的精确性和适用范围．通过比较采用不同近似表达式得到的结果与有限元计算结果的对比,表明本文的旋转约束刚度新公式可以更精确地用来计算箱型结构的临界屈曲载荷．     

部分共同作用框架组合梁有限元分析模型

本文提出了一种新的适用框架整体分析的组合梁有限元模型。在分析了相互作用程度对组合梁刚度影响的基础上,根据Newmark等人的一维部分相互作用理论,建立起部分共同作用组合梁平衡微分方程;结合框架组合梁受力特点引入合理的边界条件,推导出了能够考虑滑移的组合梁单元弹性刚度方程;还给出了常见非节点荷载的等效荷载公式。该组合梁单元节点自由度少,每个构件只需一个单元来模拟,方便了带组合梁钢框架的结构分析。本文的研究还为进一步地考虑混凝土开裂、压碎,钢材屈服等非线性因素,建立组合梁单元弹塑性刚度矩阵提供了理论基础。     

Coupled bending-torsion vibration of a homogeneous beam with a single delamination subjected to axial loads and static end moments

Delaminations in structures may significantly reduce the stiffness and strength of the structures and may affect their vibration characteristics. As structural components, beams have been used for various purposes, in many of which beams are often subjected to axial loads and static end moments. In the present study, an analytical solution is developed to study the coupled bending-torsion vibration of a homogeneous beam with a single delamination subjected to axial loads and static end moments. Euler–Bernoulli beam theory and the "free mode" assumption in delamination vibration are adopted. This is the first study of the influences of static end moments upon the effects of delaminations on natural frequencies, critical buckling loads and critical moments for lateral instability. The results show that the effects of delamination on reducing natural frequencies, critical buckling load and critical moment for lateral instability are aggravated by the presence of static end moment. In turn, the effects of static end moments on vibration and instability characteristics are affected by the presence of delamination. The analytical results of this study can serve as a benchmark for finite element method and other numerical solutions.     

Generic non-linear modelling of a bi-material composite beam with partial shear interaction

Composite members composed of two materials joined by shear connection find widespread use in engineering infrastructure, in both traditional practice and innovative applications. Studies in the literature dating back nearly 60 years have elucidated the mechanics of the behaviour of these composite structural members in which the solution for the slip at the interface between the materials was determined by solving a linear differential equation. However, these solutions are based on a linear formulation of the strain-displacement relationship, and in some applications this relationship must be represented in non-linear form, so that the second order effects in the member can be quantified correctly. This paper presents such a study for a composite member with two materials, being typical of a steel-concrete composite beam in structural engineering. It quantifies the restraint of the member ends by longitudinal and rotational elastic springs, so that the axial tension developed is a function of the transverse loading, material properties, cross-sectional properties and the restraint stiffness. The problem is treated using minimisation of the total potential stored in the two members, the elastic shear connection at their interface, the restraints at the ends and the work done by the transverse forces, for which the differential equations for the deformations can be determined from routine variational calculus. The non-linear equation of equilibrium relating the external loading to the internal actions is stated in closed form by invoking the static and kinematic boundary conditions for the member. The solution is compared with closed form treatments derived elsewhere, and a representative member is analysed so that the influences of the non-linearity, end restraint stiffness and degree of partial shear interaction on its behaviour can be examined.     

部分共同作用组合梁单元刚度矩阵改进

以钢-混凝土组合梁平衡微分方程的齐次解作为组合梁单元的位移函数，取消了 要求单元两端滑移量为零的假定,给出了钢、混凝土和弹性夹层合而为一的组合梁单元刚度矩 阵和等效节点荷载，为更好地分析由组合梁组成的复杂结构提供了有力的分析工具.     

Modification in the theory on flexural-torsional buckling of structures

I.IntroductionltwasuntiIl899thattheflrsttreatmentwaspub1ishedofflexural-torsionalbucklingbyMichelII1]whoconsideredthelateralbucklingofbeamsofnarrowrectangularcross-sectionandwhoseworkwasextendedin19O5byTimoshenkol2ltoincludetheeffectsofwarpingtorsioninI-s…     

双材料单伸臂叠合梁的界面滑移与自振特性分析

将叠合梁划分为接触区和分离区,接触区界面间的摩擦作用会对叠合梁的滑移、刚度和自振频率产生影响。本文给出了单伸臂叠合梁在均布荷载和集中力作用下,考虑叠合界面摩擦作用的滑移应变和滑移分布的表达式;推导了考虑叠合界面间摩擦力及摩擦力产生的抵抗弯矩共同作用下的截面刚度。假设梁按等波长和等刚度两种形式自由振动,运用传递矩阵法推导出了单伸臂叠合梁自振频率的计算公式。最后,基于一个钢-混凝土组合与叠合试验梁的算例分析了滑移沿梁长的分布及自振频率。结果表明:随界面间摩擦系数的增大,接触区界面的滑移值逐渐减小;摩擦效应对叠合梁自振频率的影响随阶次的升高越来越明显。     

Free vibration analyses of axially loaded laminated composite beams based on higher-order shear deformation theory

The dynamic stiffness matrix method is introduced to solve exactly the free vibration and buckling problems of axially loaded laminated composite beams with arbitrary lay-ups. The Poisson effect, axial force, extensional deformation, shear deformation and rotary inertia are included in the mathematical formulation. The exact dynamic stiffness matrix is derived from the analytical solutions of the governing differential equations of the composite beams based on third-order shear deformation beam theory. The application of the present method is illustrated by two numerical examples, in which the effects of axial force and boundary condition on the natural frequencies, mode shapes and buckling loads are examined. Comparison of the current results to the existing solutions in the literature demonstrates the accuracy and effectiveness of the present method.     

中柱失效时组合框架压拱效应力学模型分析

钢-混凝土组合梁在正弯矩下的转动中心通常要高于其在负弯矩作用下的转动中心,因此在中柱失效工况下,组合框架中存在压拱效应．针对两榀分别采用了焊接连接和平齐式端板连接的钢-混凝土组合框架进行了拆除中柱的试验研究,记录并详细分析了压拱效应．分析结果表明,无论采取何种梁柱节点形式,组合框架中均存在压拱效应;常规压杆模型无法准确描述压拱效应的效果．提出了一种考虑钢梁下翼缘及部分腹板受拉的桁架弹簧模型,并对该模型的竖向荷载-位移公式和水平位移-竖向位移公式进行了推导,公式结果与试验结果吻合良好．本文提出的桁架弹簧模型及相应变形公式可以很好地预测压拱效应对于整体结构承载力和变形的贡献,为抗连续倒塌工况下组合框架的设计提供了参考．     

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提出该结构体系在水平载荷作用下,可视为夹层复合构件,并提出了计算模型. 根据 变形协调原理对其进行受力分析,建立了多层多跨密肋复合墙体结构横向位移及各组成构件承 受剪力和弯矩表达式. 通过计算分析指出,各组件剪力分配只与各组件刚度及宽度比有关, 内墙板上部分配剪力大于下部,边框反之;各组件局部弯矩系数随$\lambda $的增加而减小,其整体工作性能增强,当$\lambda $增加到一定数值时,其工作性能与悬壁构件类似.