葵花型索穹顶结构等效平面桁架静力计算方法

选取n次轴对称葵花型索穹顶结构的1/n,将空间轴对称结构等效为一次超静定平面桁架结构.给出了葵花型索穹顶结构撑杆不在同一径向上的内力和位移处理方法,推导了力法求解约束力的计算公式,提出了小变形时各点位移计算的位移传递矩阵和计算公式.最后,通过一个算例介绍了该方法的计算过程并与有限元计算结果进行了比较,内力和位移误差均在工程设计要求内,验证了方法的正确性和准确性.     

张拉膜结构的有限元分析

应用有限元程序ANSYS进行了薄膜结构的找形分析和荷载分析．张拉结构受力后将产生较大的位移,因此需要采用非线性理论．通过一系列计算,可以发现影响找形结果的因素有：单元的划分,初始弹性模量的选取,膜的预张力,边索和脊索的预张拉力值及其比值．在实际工程中,由于膜结构建筑要求和边界条件的限制,找到具有极小曲面性质的初始平衡形状较难,因此,一般把应力的差值控制在一定的范围内．工程实例计算结果表明：在风荷载作用下膜结构的竖向位移反应比较大,风吸力通常是索膜结构设计的控制因素．     

双向张弦梁找形的有限元法

根据双向张弦梁上弦压力和下弦拉力在节点产生的竖向分力与撑杆高度之间的关系推导了单元刚度矩阵,根据外荷载与上弦和下弦在节点产生的竖向分力相等的原则建立了以撑杆高度为未知数的双向张弦梁找形的线性有限元列式并编制了有限元程序,给出了张弦梁计算时下弦拉索初应变确定方法和张拉控制方法;通过对平屋顶和曲面屋顶双向张弦梁2个算例找形计算和受力分析验证了找形方法的正确性以及撑杆高度与屋面形状的无关性,本文给出的计算方法将撑杆高度作为未知量,考虑了上弦为曲面时拱的作用,计算方便、结果准确.     

桅杆结构静力分析简化计算方法

通过整体分析,推导出空间单索在任意荷载作用下的静力计算公式和空间索单元的非线性刚度方程,在此基础上,给出桅杆结构静力分析简化计算的非线性方程式。     

预应力钢桁架结构分析中的摩擦滑移索单元

为精确模拟预应力钢桁架中连续长索在支撑点的滑动,本文创建了一种考虑摩擦力影响的新单元。被称为摩擦滑移索单元的新单元有三个节点,中间节点为支撑点。本文首先利用弹性悬链线的解析解,建立了弹性悬链线单元,并推导了单元两端点的张拉刚度。摩擦滑移索单元由两个弹性悬链线单元组合而成,根据支撑点处索的滑动方向、索力差、滑动摩擦力和滑移刚度调整两索段的原长,使支撑点两侧的索力满足给定的摩擦关系。算例验证了新单元算法的正确性和高效性,对设计的预应力钢桁架的分析,显示了张拉过程中及使用荷载作用下新单元在结构分析中的应用。新单元可直接用于常规的有限元分析,研究在工作状态或施工中存在连续长索滑移的索结构。     

索托桥结构分析的滑移索单元法

为在索托桥的结构分析中精确模拟连续长索的滑动,本文创建了一种新的单元。被称为“滑移索单元”的新单元有三个节点,以点接触的形式模拟索从下方绕过滑轮,它可以通过自动调整两侧索段的长度而使单元处于平衡状态,从而简化了计算。新单元算法的推导基于有限元分析的基本原理和弹性悬链线的解析解,并利用了平衡状态时单元内力之间的关系。本文介绍滑移索单元的推导过程,用设计的算例验证了它的正确性,分析了连续长索的滑移对索托桥桥面竖向变形的影响。新单元可以直接用于常规的有限元分析中,研究处于工作状态或在施工中的索结构。     

预应力钢梁体外索的张力增量分析

将预应力钢梁看作梁与索的组合结构,充分考虑了二者之间的相互作用．利用变分原理推导出在外荷载作用下,体外索张力增量的计算公式,并通过预应力钢梁模型试验对计算结果进行了验证．     

具有任意截面形状的各向异性平面杆系结构静力分析的回传波射矩阵法

基于Timoshenko梁静力理论和各向异性材料的本构关系,对于一般截面形状的杆系结构,推导了杆端内力与杆端位移之间的关系,并给出了作用于杆件上的荷载转化为等效节点荷载的方法.以混合节点为例,根据结构节点的力平衡和位移协调条件,推导了常见形式节点的传递分配矩阵和载荷源向量,进而得到结构的回传波射矩阵列式,求解以杆端位移为基本未知量的矩阵方程,给出了杆端位移和内力的计算公式.文中给出了算例分析.与有限元法数值结果的比较表明,回传波射矩阵法用于分析各向异性材料平面杆系结构的静力问题是有效和精确的.     

基于能量优化的桁架几何非线性问题力密度法

力密度法最初是求解膜结构找形问题的方法,经发展可用于计算桁架结构的几何非线性问题。本文应用力密度法建立结构变形后的非线性平衡方程及相应的雅可比矩阵,用于迭代求解;从能量原理出发,推导出杆单元应变能、外荷载势能、结构总势能在每次迭代位移方向上关于步长λ的显式列式。相对于固定步长的牛顿法,本文将最优迭代步长λ引入求解,使结构在每次迭代位移方向上均达到总势能最小。经桁架算例验证,表明该方法可加快计算收敛进程。     

弹性力学问题的局部边界积分方程方法

提出了弹性力学平面问题的局部边界积分方程方法。这种方法是一种无网格方法,它采用移动最小二乘近似试函数,且只包含中心在所考虑节点的局部边界上的边界积分。它易于施加本质边界条件。所得系统矩阵是一个带状稀疏矩阵。它组合了伽辽金有限元法、整体边界元法和无单元伽辽金法的优点。该方法可以容易推广到求解非线性问题以及非均匀介质的力学问题。计算了两个弹性力学平面问题的例子,给出了位移和能量的索波列夫模,所得计算结果证明：该方法是一种具有收敛快、精度高、简便有效的通用方法。     

用二次形函数薄层法分析弹性层状地基中的动力问题

薄层法是分析和模拟弹性波在层状介质中传播的一种半解析半数值方法。本文在土层垂直方向离散中利用Galerkin加权残值法推导出二次形函数薄层元的计算公式。采用薄层单元模拟半空间上的层状场地,模型底面用阻尼器边界或傍轴边界代替半空间。利用点源简谐荷载作用下的土层反应与其它数值分析方法的对比讨论薄层模型的设置指标。并用一次和二次两种形函数离散方法计算了层状地基中的面波频散曲线、圆形均布简谐荷载作用下弹性半空间的位移反应和半无限地基中单桩的竖向阻抗函数,分别讨论其计算精度。     

倒三角形荷载下双重弯剪型结构的位移计算方法

为了研究双重弯剪型结构承受倒三角形荷载的位移计算方法,在前期研究工作基础上,首次推导出倒三角形荷载下双重弯剪型结构中两个子结构的弯曲变形、剪切变形、总水平位移的通用表达式,进一步完善了广义双重结构的位移计算理论.针对框架-密肋复合墙结构、框架-剪力墙结构的变形特点,由双重弯剪型结构的位移计算公式出发,推导出前两种结构承受倒三角形荷载时的特解与位移解析解,证明了:框架-密肋复合墙结构是双重弯剪型结构的一个子结构抗弯刚度趋于无穷大的具体表现形式;框架-剪力墙结构是双重弯剪型结构的一个子结构抗弯刚度趋于无穷大且另一个子结构抗剪刚度趋于无穷大的具体表现形式.本文对具有不同变形特征的双重结构位移计算方法的分析有助于从更高层面理解水平荷载下任意双重结构的变形规律及相互之间的关系.     

柔性索网结构的非线性变形

根据柔索应变与位移的非线性几何关系以及自重作用和温度影响下的平衡方程,采用欧拉描述的坐标系精确地求得了各点的位移和张力的解析解。对柔性索网结构建立的非线性代数方程组应用改进的Powell混合算法编制的高精度DNEQNF程序直接进行求解,给出了平面索网变形分析的数值算例并与相关文献进行了比较。算例结果表明与其它方法相比,本文方法对求解柔索的非线性变形问题求解简单,便于应用。     

二节点变轴力平面梁柱单元

为了考虑平面梁柱构件在变化轴向荷载作用下的P-Δ效应,本文采用二节点平面梁柱单元,根据最小势能原理推导了单元的初应力刚度矩阵,并分别阐述了应用该单元求解结构临界荷载因子及迭代计算荷载-位移反应的方法。通过两个简单算例验证,该单元比常规的二节点常轴力梁柱单元更有效、精度更高。     

单层平面索网幕墙结构的风振响应分析及实用抗风设计方法

单层平面索网玻璃幕墙结构是广泛应用于大型公共建筑中的一种新型结构形式,由于其具有柔性大、质量轻、阻尼小、自振频率低的特点,属风敏感结构。由于单索幕墙具有较高的几何非线性,本文采用基于随机振动理论的模态叠加频域方法进行了单索幕墙结构的风振响应分析。将模态叠加频域方法的计算结果和非线性时程分析方法的精确计算结果进行了比较,证明了该方法的准确性。并且本文通过分析各阶模态对单索幕墙结构风振响应的贡献,得到脉动风荷载下结构的振动以第一阶模态为主的结论。根据该结论本文采用频域方法推导了单索幕墙结构的位移均方差和索内力均方差的实用计算公式,同时考虑单索幕墙的结构特点提出了基于结构响应的单索幕墙结构实用抗风设计方法。     

基于虚荷载变量的形状优化和灵敏度分析

基于选择施加在结构“控制点”上的虚荷载作为优化设计变量,针对一种新的承受约束的形状优化数值方法进行了研究。借助于节点位移与虚荷载之间的线性关系,提出了一种新的计算灵敏度系数的解析方法。利用节点移动速度域概念构造了优化新形状产生的计算公式,以结构中节点的最大应力最小化作为优化目标,通过控制网格结点的最大位移量,较好地解决了单元网格在形状优化中的扭曲问题。对三个不同的实例成功地完成了形状优化。     

一般情况下小垂度索的刚度方程及其应用

索单元的刚度随变形而变化,索结构的力学分析是一个典型的几何非线性问题,因而在数值分析中单索的刚度方程显得尤为重要。由于许多文献不常见的单索刚度方程在推导时忽略了索单元元弦向倾的影响,用来进行结构计算尚存在一定的误差。本文因此考虑了影响单元刚度的弦倾角等因素,推导了一般情况下小垂度索的显式表达刚度方程,并运用该刚度方程进行结构数值分析,与采用近似刚度方程的分析结果进行了比较,给出了近似刚度方程与本文     

带弹簧支撑超静定结构位移的简化计算方法

针对带有弹性支撑的超静定结构的位移计算问题, 对利用虚功原理得到的位移计 算一般公式进行了进一步推导, 提出了该类结构位移的简化计算方法. 文中计算公式表达形 式简洁, 且与一般刚性支撑超静定结构的位移计算方法一致. 通过与有限元分析结果的对比, 证明了该公式的正确性.     

张力结构的非线性有限元分析

张力结构中的索结构分析通常采用非线性二节点直线或二次曲线单元，但是在大跨度结构，尤其是索弯顶结构的分析中，常用的单元已不能满足精度的要求，本文提出了考虑自重作用下有初始垂度的五结点非线性空间曲线元模型，放弃了一些特殊的假定，考虑了应变表达式中高阶量的影响，推导出了适合于弹性大位移几何非线性分析的Ｌａｇｒａｎｇｄ方程及其切线刚度矩阵，编制了相应的计算程序。     

考虑翼缘影响的异形柱框架节点抗裂性能分析

在钢筋混凝土异形柱框架节点受力分析的基础上,应用弹性理论推导出考虑翼缘尺寸影响的节点抗裂承载力计算公式,并给出了节点核心区截面有效验算宽度、截面有效高度的表达式.另外,对4个异形柱框架节点进行了低周反复荷载作用下受力性能试验研究,分析了异形柱节点内箍筋应变随荷载变化情况.试验结果表明:节点内箍筋的应变在节点开裂前较小,计算异形柱节点开裂承载力时,可以不考虑其影响;当节点开裂后,箍筋应变突然增大.该荷载为节点核心区的开裂承载力.最后,将提出公式的计算结果与试验结果进行对比,表明该公式具有较好的适用性.