钢管混凝土K型相贯节点试验研究与数值模拟

从钢管混凝土格构式风电塔架原型中取出节点模型,对5个K型焊接相贯节点进行了试验研究和理论分析,研究了不同几何参数条件下节点的破坏过程和特征、荷载-变形关系和承载能力等。建立了有限元模型,分析了各研究参数对节点破坏形态和极限承载力的影响规律,得到了节点失效机制的判别参数与准则。试验结果表明:圆钢管混凝土K型相贯节点在丧失承载力前弦杆的宏观变形特征不明显,腹杆失效是主要破坏形态;与空心圆钢管相贯节点相比,刚度大大增加,相贯线周围应力集中程度也降低。有限元分析结果表明:圆钢管混凝土K型相贯节点的控制破坏形态包括腹杆失效和弦杆冲剪破坏,控制破坏类型的关键指标是腹杆与弦杆的壁厚比τ和夹角θ。为避免钢管混凝土格构式风电塔架出现节点失效,须限制参数τ、θ的取值。本文建议τ≤1,θ≤45°。     

一种钢管混凝土格构柱极限承载力的快速计算方法

采用半波正弦曲线模拟杆件的变形曲线,在考虑紧箍效应钢管混凝土应力-应变关系和剪切变形影响的基础上,建立了杆件中截面的平衡方程,提出了钢管混凝土格构柱弹塑性极限承载力数值方法,并编制了相应的计算程序。该方法不仅适用于两端偏心相等的偏压构件及两端偏心不等的偏压构件的弹塑性极限承载力的计算,而且,其收敛速度很快,比分段合成数值法更能适用于工程计算。利用提出的计算方法和编制的程序对国内已有两端偏心相同的四肢钢管混凝土格构偏压长柱的试验结果进行了计算,并与现有规程及分段合成法进行了比较,结果表明:规程计算方法结果偏于保守,计算误差大,本文方法的计算结果与试验结果吻合良好。     

钢管混凝土格构柱偏压承载能力分析的数值方法

采用泰勒级数作为分段插值函数,在考虑多个截面的平衡条件和紧箍效应钢管混凝土应力-应变关系基础上,提出了钢管混凝土格构柱弹塑性极限承载力数值方法,并编制了相应的计算程序。与现有的分段合成法相比,该方法考虑了剪力对柱变形的影响,不仅适用于两端偏心相等的偏压构件,而且适用于两端偏心不等的偏压构件的弹塑性极限承载力的计算。利用提出的计算方法和编制的程序对国内已有两端偏心相同的四肢钢管混凝土格构偏压长柱的试验结果进行了计算,并与现有规程进行了比较,结果表明:现有计算方法结果偏于保守,计算误差大,本文提出的计算结果与试验结果吻合良好。     

碎石桩复合地基若干问题的理论分析

由桩-土侧向变形及竖向变形协调条件，基于弹性理论导出了桩及桩周土的应力-应变关系、桩体材料屈服时桩-土应力比的计算式．推出了桩周土处于极限平衡状态下，碎石桩极限承载力计算式．指出了用碎石桩加固软土地基效果比较明显．但用碎石桩来加固土的变形模量大于8MPa的地基，加固效果十分有限．最后，通过工程实例，将计算结果与实验结果作了对比．     

框桁式复合墙体抗震性能试验及有限元分析

提出一种新型框桁式复合墙,由钢筋混凝土外框和内部桁式杆件构成。为了研究其抗震性能,按1∶2的缩尺比例初步设计和制作了3个单片框桁式复合墙体,进行了拟静力试验,并采用ABAQUS软件建立了有限元非线性分析模型,重点分析了轴压比、混凝土强度、箍筋配箍率及纵筋配筋率对其承载力和延性的影响。结果表明,墙体桁杆先于外框墙肢产生变形和破坏,最终在墙肢底部与桁杆围成的三角形部位由于弯矩值达到极限而发生破坏,破坏顺序明确,可达到多级耗能的目的;三个试件的延性系数均小于2.5,各试件延性系数的不同说明桁杆截面形式是影响墙体承载力的重要因素;随着轴压比、混凝土强度和纵筋配筋率的增大,试件承载力有不同程度的提高,试件的延性系数随轴压比和纵筋配筋率的增大而减小,随混凝土强度的增大而增大;箍筋配箍率对试件荷载-位移曲线、承载力和延性系数的影响很小;各因素对各项抗震性能的影响程度不同。     

薄壁钢管再生混凝土轴压实验研究

通过对9个薄壁圆钢管再生混凝土短柱和9个薄壁方钢管再生混凝土短柱进行的轴压试验研究,比较了三种方法测定试件轴向变形的差异,分析了不同取代率和不同截面形式薄壁钢管再生混凝土的破坏变形特征,并运用不同设计规程对薄壁钢管再生混凝土的承载力强度进行了计算分析。得出薄壁钢管再生混凝土的变形破坏形式与普通薄壁钢管混凝土相似,及再生混凝土取代率对试件极限承载力和变形能力有一定影响的结论。另外根据计算比较,得到各规程在计算薄壁钢管再生混凝土极限承载力时的适用性。     

动态混合网格生成及隐式非定常计算方法

建立了一种基于动态混合网格的非定常数值计算方法. 混合网格由贴体的四边形网格、外场 的多层次矩形网格和中间的三角形网格构成. 当物体运动时，贴体四边形网格随物体运动而 运动，而外场的矩形网格保持静止，中间的三角形网格随之变形；当物体运动位移较大，导 致三角形网格的质量降低，甚至导致网格相交时，在局部重新生成网格. 新网格上的物理量 由旧网格上的物理量插值而得. 为了提高计算效率，采用了双时间步和子迭代相结合的隐式 有限体积格式计算非定常Navier-Stokes方程. 子迭代采用高效的块LU-SGS方法. 利用该 方法数值模拟了NACA0012振荡翼型的无黏和黏性绕流，得到了与实验和他人计算相当一致 的结果.     

格构式钢管混凝土风电塔架新型附着式节点受力性能研究

以节点的节点板厚度和腹杆壁厚为参数,设计出五个新型附着式节点,并对其进行了试验研究,分析试件破坏模式、荷载-相对变形曲线和节点板应力分布。研究结果表明,新型附着式节点破坏模式主要有两种:一种是节点板破坏,主要表现为沿着受压撕裂线破坏;一种是腹杆破坏,主要表现为受压腹杆整体屈曲。破坏模式为节点板破坏的时候,节点整体变形相对较大,节点板上应力集中也更加明显,此时改变节点板厚度对节点极限承载力影响较大;而破坏模式为腹杆整体屈曲时,节点板厚度的改变对极限承载力的影响微弱。通过有限元分析以及考虑经济性的同时,本文建议节点板厚度取腹杆壁厚的1.5倍,以确保节点板不被破坏。     

纤维再生混凝土单向板承载力极限状态方程及可靠度计算

当前缺少计算纤维再生混凝土单向板处于承载力极限状态时的可靠度计算公式.为此,首先基于纤维再生混凝土的本构关系,推导了受压区等效矩形应力图系数;然后根据单向板破坏控制因素确定随机变量统计参数,建立纤维再生混凝土板的受弯承载力极限状态方程;接着结合验算点法推导可靠度计算公式,研究了纤维加入前后再生混凝土单向板可靠度指标的变...     

压浆桩桩端承载力计算

根据实验结果建立了压浆桩桩端承载力计算的一种模式，通过极限分析，给出了桩端极限承载力的上限解，为确定桩端承载力提供了科学估算的依据，可供桩压浆设计时参考．     

火灾下圆钢管混凝土柱非线性有限元分析

首先提出合理的火灾下钢管混凝土拉、压材料数值热-力耦合本构模型及相应的计算方法;然后基于连续介质力学,推导火灾下U.L.列式虚功增量方程,采用非线性梁单元理论,给出火灾下钢管混凝土柱非线性有限元方程组的求解方法,编制非线性有限元程序NACFSTLF;最后对已有火灾下钢管混凝土柱的试验资料进行双重非线性有限元分析并考察钢管混凝土柱初始缺陷对其抗火性能的影响。分析结果表明:火灾下钢管混凝土柱的轴向变形-火灾时间曲线的计算结果基本上反映钢管混凝土柱的变形特性,而计算的耐火极限基本上是试验结果的上限;同时随着火灾下柱初始缺陷的增大,相同火灾时间下柱的跨中侧向挠度变形逐渐增大,耐火极限逐渐降低,而对柱的轴向变形影响相对较小。     

受均布载荷压杆后屈曲形态的数值计算

对受均布载荷压杆的屈曲及后屈曲行为进行了分析.基于杆的大变形理论,考虑杆的轴向伸长,建立了受均布载荷作用下细长压杆的几何非线性平衡方程.采用打靶法和解析延拓法数值求解非线性两点边值问题,得到了杆的后屈曲平衡路径和平衡构形.     

基于变形和累积耗能的型钢再生混凝土柱地震损伤模型研究

为研究型钢再生混凝土柱地震损伤性能,本文依据17个试件低周反复荷载试验研究结果,将型钢再生混凝土柱划分为正常使用、暂时使用、修复后使用、生命安全和防止倒塌五个状态水平;以层间位移角作为该柱抗震性能控制指标,对试验数据进行数理统计分析,确定型钢再生混凝土柱不同性能水平下量化指标取值;结合型钢再生混凝土柱受力特征,对修正的ParkAng损伤模型进行改进,确定构件单调荷载下极限变形计算方法;采用多变量回归方法得到耗能因子的计算式,并分析设计参数对型钢再生混凝土柱耗能能力的影响规律,最终建立型钢再生混凝土柱基于变形和累积耗能的地震损伤模型,结果表明:型钢再生混凝土柱在破坏状态时的损伤指标计算平均值为0.986,接近1.0,离散性较小;故该损伤模型用于评价型钢再生混凝土柱的地震损伤性能是可行的;在此基础上,建立了型钢再生混凝土柱不同状态水平与损伤指数的对应关系,并确定了相应的损伤指数取值。上述结论可为型钢再生混凝土柱的抗震性能设计和地震损伤评估提供参考。     

Euler杆大挠度屈曲的解析逼近

研究Euler杆大挠度屈曲问题，将控制方程的线性化与谐波平衡法组合起来，分别建立以杆端转角形式表示的屈曲荷载及最大挠度的解析逼近公式，这些公式既适用于小变形又适用于大变形。     

AFL加固受损RC柱拟静力抗震实验研究

对已受损并引起承载力和抗震性能不足的在役桥梁墩柱,急需进行加固补强。为此,本文探讨采用新型纤维增强复合材料(FRP)片材——芳纶纤维薄板(AFL)加固受损钢筋混凝土(RC)桥梁墩柱及其拟静力抗震实验方法,并对AFL加固受损RC柱实施了拟静力抗震实验。研究结果表明,采用本文所示AFL加固方法可有效提高RC柱的抗剪承载力、极限位移,改善其延性变形能力和滞回耗能能力。     

Non-linear dynamic stability of damped Beck's column with variable cross-section

In this paper the non-linear dynamic stability of Beck's column with variable mass and stiffness properties in the presence of damping (both internal and external) is investigated using a complete non-linear dynamic analysis. This approach permits the examination of the global stability of the system in contrast to the static non-linear one, which, though more economical in computational cost, is associated only with the loss of local stability via flutter or divergence. The governing equations describing the dynamic response are derived in terms of the displacements taking also into account the axial deformation, which has a striking influence on the critical load. Since the cross-sectional properties of the beam vary along its axis, the resulting coupled non-linear differential equations have variable coefficients. Their solution is achieved using the analog equation method (AEM) of Katsikadelis. Besides its accuracy and effectiveness, this method overcomes the shortcoming of a FEM solution, which may experience lack of convergence. Interesting conclusions are drawn. The important, however, finding is that the inclusion of the axial deformation affects highly the critical load of Beck's column with varying cross-sectional properties, while it leaves it unaltered for Beck's column with uniform cross-section.     

轴向约束梁柱在火灾引起温度沿截面不均匀分布条件下的大变形分析

火灾升温引起钢材强度和刚度降低,对温度沿截面分布不均匀的构件还将产生热弯曲,火灾下结构分析同时涉及几何非线性和材料非线性,无法求得解析解,只能通过数值方法求解.本文基于轴线可伸长梁理论,用勒让德多项式作为基函数逼近梁柱轴向和横向变形,根据平衡方程误差平方和最小的条件确定多项式系数的方法,分析了轴向约束钢柱在火灾引起的沿截面线性分布温度场下的受力和变形性能.考虑了温度梯度、轴向约束刚度比、荷载比、构件长度等参数的影响和升温条件下钢材的弹塑性性能的影响,该方法结果与解析结果和有限元分析结果吻合.研究表明,随着荷载比的增大构件的临界温度迅速降低,轴向约束刚度、温度梯度和构件长度仅影响构件的变形,对构件的临界温度影响较小.     

A coupled WC-TL SPH method for simulation of hydroelastic problems

A coupled weakly compressible (WC) and total Lagrangian (TL) smoothed particle hydrodynamics (SPH) method is developed for simulating hydroelastic problems. The fluid phase is simulated using WCSPH method, while the structural dynamics are solved using TLSPH method. Fluid and solid components of the method are validated separately. A sloshing water tank problem is solved to test the WCSPH method while oscillation of a thin plate and large deformation of a cantilever beam are simulated to test the TLSPH method. After validating each component, the coupled WC-TL SPH scheme is used to simulate two benchmark hydroelastic problems. The first test case shows the evolution of water column with an elastic boundary gate, and the second one investigates the breaking water column impact on elastic structures. The agreement between WC-TL SPH results and literature data shows the ability of the proposed method in simulating hydroelastic phenomena.     

高层筒体结构整体稳定及二阶位移分析的改进条元法

根据柱壳理论,构造了一种柱壳曲条,本文结合柱壳曲条和平壳条元求解高层筒体结构的整体稳定及二阶位移。采用三次H erm ite插值函数模拟条元横截面的翘曲位移变化,能较好地反映筒体受力“剪切滞后”效应;采用一族能较好地逼近弯剪型变形曲线的正交多项式作基函数来描述位移沿竖向变化。用最小势能原理建立稳定及二阶位移分析方程。该方法适用于任意平面形状的高层建筑筒体结构及剪力墙结构的稳定及二阶位移分析。与其它方法相比,该方法具有精度高、通用性强、计算量小等优点。     

具有广义力场损伤粘弹性梁-柱的广义变分原理及应用

本文从考虑损伤的粘弹性材料的卷积型本构关系出发,建立了在小变形下损伤粘弹性梁-柱的控制方程。提出了以卷积形式表示的梁-柱弯曲问题的泛函,并给出了损伤粘弹性梁-柱的广义变分原理。应用这个广义变分原理,可分别给出梁-柱位移和损伤满足的基本方程,以及相应的初始条件和边界条件。应用Galerkin截断和非线性动力学的数值分析方法,分析了两端简支损伤粘弹性梁柱的动力学行为,给出了不同的材料参数对系统响应的影响。