关于规定荷载下柱截面设计方法的探讨

桁架和柱的设计中,常碰到压杆的稳定问题,这一问题在不知杆的截面尺寸情况下,是以试算的方法确定杆的临界力,然后确定截面尺寸.本文给出了常见型钢杆件、松元木杆件受压时稳定问题的图解法,设计者可依据其荷载、支承情况迅速地查出所需截面尺寸或型钢型号.     

钢管混凝土圆弧桁架拱平面内徐变稳定分析

核心混凝土的徐变会增加钢管混凝土拱肋的屈曲前变形,降低结构的稳定承载力,因此只有计入屈曲前变形的影响,才能准确得到钢管混凝土拱的徐变稳定承载力。基于圆弧形浅拱的非线性屈曲理论,采用虚功原理,建立了考虑徐变和剪切变形双重效应的管混凝土圆弧桁架拱的平面内非线性平衡方程,求得两铰和无铰桁架拱发生反对称分岔屈曲和对称跳跃屈曲的徐变稳定临界荷载。探讨了钢管混凝土桁架拱核心混凝土徐变随修正长细比、圆心角和加载龄期对该类结构弹性稳定承载力的影响,为钢管混凝土桁架拱长期设计提供理论依据。     

等直杆单元切线刚度矩阵的精确分析方法

为了有效完成大型铰接单层网壳结构的后屈曲分析,本文采用对杆单元杆端力函数求导的方法推导出了等直杆单元切线刚度矩阵的精确形式。该切线刚度矩阵不受结构小变形限制,适用于结构产生任意大结点位移情况。以六角星桁架、平面圆拱桁架和大跨K8单层网壳结构为算例,采用广义位移控制法进行非线性后屈曲分析,其中预测子采用本文杆单元切线刚度矩阵。算例分析结果表明,本文杆单元切线刚度矩阵在大型铰接单层网壳结构的非线性后屈曲分析中有很强的预测能力。     

等直杆单元切线刚度矩阵的精确分析方法

为了有效完成大型铰接单层网壳结构的后屈曲分析,本文采用对杆单元杆端力函数求导的方法推导出了等直杆单元切线刚度矩阵的精确形式。该切线刚度矩阵不受结构小变形限制,适用于结构产生任意大结点位移情况。以六角星桁架、平面圆拱桁架和大跨K8单层网壳结构为算例,采用广义位移控制法进行非线性后屈曲分析,其中预测子采用本文杆单元切线刚度矩阵。算例分析结果表明,本文杆单元切线刚度矩阵在大型铰接单层网壳结构的非线性后屈曲分析中有很强的预测能力。     

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．     

预应力钢绞线加固钢筋混凝土柱偏心受压试验研究

通过5根预应力钢绞线加固钢筋混凝土柱偏心受压试验,研究了预应力钢绞线加固后混凝土柱的破坏特征、偏压性能、破坏机理,对比了不同预应力、不同偏心距下加固后混凝土柱的极限承载力、侧向挠度、延性等性能。试验结果表明:预应力钢绞线加固方式充分发挥了钢绞线的侧向约束能力,当偏心距为20mm,钢绞线预应力为1k N、2k N所对应的构件承载力分别提高了9.14%、14.60%;当偏心距为40mm时,钢绞线预应力为2k N所对应的构件承载力提高了7.49%,极大地改善了原构件的力学性能。通过建立约束混凝土应力-应变关系,修正受压区等效矩形及界限相对受压区高度,给出了适用于预应力钢绞线加固小偏心钢筋混凝土柱承载力计算公式。     

水平管中受压扭细长圆杆（管）的几何非线性弯曲

本文建立了水平管中受压扭细长圆杆（管）几何非线性弯曲的微分方程和边界条件，作为特例分析了无重受压扭圆杆（管）的螺旋弯曲。     

考虑压杆稳定性时二杆桁架的优化设计

从材料力学中一个简单桁架结构的优化设计问题入手,讨论了考虑压杆稳定时二杆桁架的优化设计问题.     

关于原始尺寸原理的适用性

以平面三角桁架为例,通过放弃应用原始尺寸原理,即在变形后的位形上建立平衡方 程,并结合变形协调关系考虑几何非线性,得到了桁架各杆轴力的解,进而给出各杆应力和 中间铰位移以及各杆转角的解. 最后给出了钢质、木质和橡胶杆桁架的3个算例,还得到了 应力的相对误差估计式. 分析结果表明应用原始尺寸原理所带来的杆内应力的相对误差与杆 内名义应变相同,对于金属桁架在满足强度条件的范围内,应用原始尺寸原理所带来的误差 是可以忽略的,而对于橡胶桁架来说其误差是需要考虑的.     

钱令希教授和庙岭村的水利工程

以平面三角桁架为例,通过放弃应用原始尺寸原理,即在变形后的位形上建立平衡方程,并结合变形协调关系考虑几何非线性,得到了桁架各杆轴力的解,进而给出各杆应力和中间铰位移以及各杆转角的解.最后给出了钢质、木质和橡胶杆桁架的3个算例,还得到了应力的相对误差估计式.分析结果表明应用原始尺寸原理所带来的杆内应力的相对误差与杆内名义应变相同,对于金属桁架在满足强度条件的范围内,应用原始尺寸原理所带来的误差是可以忽略的,而对于橡胶桁架来说其误差是需要考虑的.     

锈蚀钢筋混凝土偏心受压构件实验及其承载力计算方法研究

大量锈蚀钢筋混凝土偏压构件的实验研究表明,随着纵向受力主筋锈蚀率的增大,偏心受压构件的承载力及其刚度均有不同程度的降低。并且由于钢筋锈蚀,钢筋混凝土偏心受压构件延性也随之降低,脆性性质明显,从而可能使得钢筋混凝土偏压构件的破坏形态发生变化。在对预制钢筋混凝土柱进行快速锈蚀实验85研究的基础上,对锈蚀偏心受压构件的结构性能退化机理和破坏特征进行了分析;在现行计算理论和实验85结果分析的基础上,通过拟合出的锈蚀钢筋与混凝土间的应变不协调系数,对未锈蚀构件的相对界限受压区高度进行修正,得到了锈蚀偏心受压构件相对界限受压区高度的修正公式;考虑锈蚀钢筋截面的削弱、钢筋屈服强度的降低以及钢筋和混凝土之间粘结性能退化的影响,提出锈蚀偏心受压构件正截面承载力计算方法,为今后混凝土结构耐久性评估和可靠性鉴定提供了科学依据。     

空间静不定桁架的变形协调条件及求解

根据桁架受载后各杆件的伸长量、各杆件夹角的变化之间的几何关系，以各杆的伸长量和夹角的微小变化为未知量，建立了空间静不定桁架的变形协调条件，并结合实例给出了求解空间静不定桁架的一种计算方法．     

火灾后T形型钢混凝土柱偏心受压力学性能试验研究

对7根T形型钢混凝土柱进行了火灾后的力学性能试验研究。火灾试验按照ISO834标准升温过程进行控制,1根未受火试件作为对比。T形型钢混凝土柱采用空腹式配钢形式,横向腹杆间距为200mm,试件通过偏心受压试验,考虑加载角和偏心距的影响。通过试验得到异形柱极限承载力、截面应变分布、荷载-挠度曲线以及截面特性。试验结果表明:(1)受火1h后,T形型钢混凝土柱仍然具有比较高的竖向承载力;(2)桁架式配钢方式以及合理的腹杆、箍筋布置保证了型钢与混凝土之间能够较好的协同工作,平截面假定对火灾后的T形型钢混凝土柱仍然适用;(3)荷载角和偏心距对试件的延性和变形能力影响显著。     

从非线性动力学的视角认识细长压杆的稳定性

工程上大部分机构和结构都处于动载的作用下，受压细长杆的失稳是复杂的动力破坏事件．应用Lagrange描述法建立了两端角铰支受压细长杆的非线性动力学模型，通过对这种模型简化分别得到非线性静力学模型、线性动力学模型和含三次非线性项的动力学模型．利用谱截断方法，讨论了线性动力学模型的局部分岔．通过讨论平衡态存在性和稳定性，得到了含三次非线性项的动力学模型分岔条件．研究表明，受压细长杆的非线性动力学模型中存在叉形分岔．     

压电桁架结构的稳定性及有限元分析方法

从力的平衡方程出发，考虑机电耦合效应，推导了含压电材料的桁架结构稳定性有限元方程。通过数值算例分析表明，机电耦合效应对桁架结构的稳定性影响较在，而电压对结构稳定性的影响相对较小，压电杆的优化布置能够有效地提高结构稳定性。     

钢筋混凝土柱抗弯承载力的概率模型与校准分析

为了克服传统确定性抗弯承载力模型和校准方法无法合理考虑不确定性所存在的缺陷,分别建立了钢筋混凝土(RC)柱的概率抗弯承载力模型与概率校准方法。首先,基于RC柱正截面受弯承载力的基本假定,结合偏心受压RC柱的截面内力平衡条件,分别建立了大(小)偏心受压RC柱的确定性抗弯承载力模型;然后,综合考虑固有不确定性和认知不确定性的影响,分别建立了大(小)偏心受压RC柱概率抗弯承载力模型的解析表达式,进而结合贝叶斯理论和MCMC法确定了概率模型参数的后验分布信息,从而建立了RC柱的概率抗弯承载力模型;最后,基于概率抗弯承载力模型所确定的概率密度函数、置信区间和置信水平,提出了传统确定性抗弯承载力模型的概率校准方法。研究结果表明,所建立的概率抗弯承载力模型不仅可以合理描述RC柱抗弯承载力的概率分布特性,而且可以校准传统确定性抗弯承载力模型的计算精度和置信水平。     

锈蚀H型钢偏心受压承载性能试验研究

通过锈蚀H型钢构件的偏心受压试验,研究锈蚀对H型钢构件偏压承载能力的影响,并为工程师提供锈蚀H型钢构件偏心受压承载能力的试验数据。试验采用5根锈蚀H型钢,2根未锈蚀构件作为对比试验,分别对受拉翼缘、受压翼缘和腹板的锈蚀对H型钢构件偏心受压承载能力的影响进行了详细探究,得出翼缘的锈蚀对钢构件偏压承载能力的影响较腹板显著,其中受压翼缘比受拉翼缘影响更甚。锈蚀对钢材力学性能的影响也在文中进行了试验研究,结果表明：钢材的锈蚀对其屈服强度和极限强度无显著影响,但显著影响钢材塑性性能。     

拉索预应力巨型网格结构参激振动及动力稳定性研究

针对拉索预应力巨型网格结构的参激振动及动力稳定性问题进行了研究。首先建立索-拱简化模型,分析了桁架拱拉索参激振动的诱发机制与特征,并利用ANSYS软件进一步探究了参激振动的影响因素,然后对简谐荷载作用下拉索预应力桁架拱及整体结构的动力稳定性进行了分析。研究表明：当结构振动频率为索基频的2倍左右时,拉索会发生参激振动,振动响应特征与激励幅值、阻尼、拉索初张力、支承方式等相关;拉索预应力桁架拱在水平简谐荷载作用下一般会发生动力失稳破坏,在竖向简谐荷载作用下发生动力强度破坏,拉索预应力巨型网格整体结构在简谐荷载作用下通常发生动力失稳破坏。     

组合式十字形钢管混凝土柱偏压力学性能试验研究

设计了一种由槽钢和方形钢管拼焊形成的组合式十字形钢管混凝土柱,将其灵活地布置在框架结构的中节点,可使柱肢与填充墙等厚,有效地提高建筑使用面积。共制作了6根组合式十字形钢管混凝土柱试件,考虑了偏心距和长细比两种变化参数。通过对其进行偏心受压试验研究,考察了试件的破坏形态和荷载-挠度曲线,并分析了其在不同偏心距和长细比下的荷载-应变曲线发展规律。结果表明:组合式十字形钢管混凝土柱中钢管和槽钢对混凝土的约束作用强,表现为较高的延性系数;偏心距或长细比越大,试件的极限承载力及弹性刚度越小,且偏心距越大延性越好,长细比对延性影响不显著;在受拉侧纵向应变基本上符合平截面假定,在受压侧纵向应变不符合平截面假定。     

基于多节点微桁架元的薄板锚固区拉压杆模型

目前混凝土桥梁结构D区多依据应力迹线的走向以及应力积分来确定拉压杆模型的基本构形, 模型中杆件 的布置存在一定的困难和随意性.针对此问题, 以后张薄板锚固区为研究对象, 提出一种多尺度分区渐进结构优化算法.首先, 通过一种新的多节点微桁架元构建相应的等效基结构.然后利用此算法对不同偏心锚固力作用下的等效基结构进行分析, 以自动生成锚固区拉压杆模型.最后, 将该拉压杆模型与美国AASHTO桥梁设计规范中推荐的模型进行了对比.研究结果表明:该算法能够定量化确认拉压杆模型中杆件的位置, 特别是拉杆位置与数值分析得到的受拉区合力作用线能较好吻合.