变截面修正Timoshenko梁自振频率的回传射线矩阵法分析

考虑剪切变形对转动惯量的影响,对经典Timoshenko梁理论进行修正,并基于回传射线矩阵法,将横截面线性变化的圆台均匀分为多段分段等截面等效梁,推导并求解三种经典边界(两端简支、两端固支、一端固支一端自由)条件下变截面修正Timoshenko梁的自振频率,进一步分析分段数目和梁长度的变化对变截面修正Timoshenko梁自振频率的影响;将计算结果与相同边界条件下经典Timoshenko梁的相应结果进行对比。研究表明：回传射线矩阵法用于分析变截面梁的自振频率时具有良好的计算精度和收敛性;相同边界条件下修正Timoshenko梁的自振频率小于经典Timoshenko梁,且梁越短粗,修正造成的影响(剪切变形对转动惯量的影响)就越大。     

地震作用下液化场地变截面桩与等截面桩的动力响应对比分析

为研究液化场地变截面桩的动力响应,依托翔安大桥实体工程,采用有限元软件,建立变截面桩－土和等截面桩－土相互作用模型,模拟液化场地变截面桩及等截面桩在地震作用下的振动反应,分析在地震作用下变截面位置不同的变截面桩及等截面桩的动力响应特征。结果表明:地震作用下,液化土层不同深度处的孔压比变化规律基本相同,均从0逐渐增大最后趋于稳定;变截面桩的桩身加速度和桩身位移均大于等截面桩,且桩顶加速度峰值出现的时刻均滞后于桩底;在饱和砂土层处,桩身位移变化趋势均较陡;变截面桩的桩身弯矩峰值和桩身剪力峰值均大于等截面桩,且其峰值出现的位置较等截面桩深;地震作用下,变截面桩及等截面桩的弯矩与剪力均在安全范围之内;液化场地变截面梁桥桩基础抗震设计时,应着重分析液化土层与非液化土层分界面以下的抗弯能力设计及液化土层中抗剪能力设计。     

基于离散时间传递矩阵法的变截面梁地震时程分析方法研究

为提高变截面梁地震动力求解的计算效率,提出了基于离散时间传递矩阵法的时程分析方法。首先,从欧拉梁的偏微分振动方程出发,基于逐步时间积分法的线性化方法并结合张量变换原理,建立了变截面梁的动力时程计算方法;其次,考虑地震动激励的非一致输入效应,采用数值迭代求解的方式建立了变截面梁地震动力时程分析的离散时间传递矩阵算法;最后,编制了数值仿真计算程序,并结合具体算例进行了算法的有效性和高效性验证。算例结果表明:在采用相同计算模型的前提下,离散时间传递矩阵法不仅能够在计算精度方面与有限元法保持一致,同时还拥有更高的计算效率。     

指数函数模量成层地基上变截面坝的随机地震反应分析

利用剪切梁理论推导出了指数函数剪切模量成层地基上变截面坝的自振频率方程及任意阶振型函数的解析表达式,在此基础上用振型叠加原理分别给出了地基和变截面坝的地震反应解析表达式.利用随机振动理论,并基于基岩输入地震加速度的功率谱密度函数(白噪声谱和过滤白噪声谱),研究了地基和变截面坝对地震的随机动力响应问题.数值计算表明:①在白噪声谱的情况下,土层和变截面坝的最大期望反应均有别于过滤白噪声谱时的相应值;②平稳输入与输出时地基和变截面坝的最大期望反应与平稳输入非平稳输出的相应值很接近;③平稳输入过高地估计了土层和变截面坝的随机响应.     

移动荷载作用下桥梁动力响应分析

桥梁的振动状态是评价结构动力设计参数合理与否的重要指标。变截面梁可以提供更好和更合适的质量和应力分布,满足在建筑、机械、航空航天和其他工程创新应用中的要求。研究等高度矩形变截面均匀梁在移动荷载作用下的动力响应,具有一定的理论意义和实际应用价值。建立了移动载荷作用下,两端简支系统的控制方程,得到了精确的理论解,并给出了有限差分法和ANSYS有限元法的数值结果,三者互相验证,吻合良好。最后讨论了非均匀系数δ、车辆行驶速度c等参数变化对系统动力响应的影响。     

上海浦东国际机场T2航站楼弹塑性时程分析

上海浦东机场T2航站楼结构为复杂大跨混合结构,本文采用NosaCAD2005有限元程序建立结构分析模型,模型主要由非线性杆单元组成,包括梁、柱和二力杆单元,梁、柱采用三段变刚度杆模型,以受弯为主的梁单元截面弯矩-曲率关系采用二折线和三折线模型,柱和二力杆截面采用纤维模型。通过多遇和罕遇烈度下的弹塑性时程分析,研究了该结构的变形、内力、破坏情况的发展历程。计算结果表明,该结构可以满足"小震不坏,大震不倒"的设防要求。     

考虑水-桩-土相互作用的单桩式海上风机结构系统自振频率解析解

海上风机结构系统频率是海上风机结构和基础设计考虑的关键因素之一,桩-土相互作用对海上风机结构系统频率影响显著。基于欧拉-伯努利梁理论和传递矩阵方法,考虑水-桩-土相互作用及塔筒变截面特性,建立单桩式海上风机结构系统横向振动自振频率特征方程;将桩-水相互作用等效为附加质量、桩-土相互作用等效为线性弹簧,变截面塔筒等效为多段均匀梁,利用MATLAB中fsolve函数求解固有频率。通过与有限元分析结果进行对比,验证本文方法精度与有效性,并将本文方法应用于实际工程中,研究桩基础埋深、上部质量、转动惯量和桩-水相互作用对单桩式海上风机结构系统自振频率的影响。     

钢纤维高强混凝土框架边节点梁的曲率延性

进行了9个钢纤维高强混凝土框架边节点的抗震试验.通过测试钢纤维高强混凝土框架边节点梁端的荷载-变形滞回曲线和梁相关截面的横向变形,研究了钢纤维体积率、掺加范围和轴压比等因素对高强混凝土框架边节点梁截面曲率延性和滞回曲线的影响.结果表明,钢纤维能改善高强混凝土框架边节点梁截面延性,显著提高高强混凝土框架节点的抗震延性和耗能能力,对解决节点箍筋密集、改善施工条件具有明显效果.     

软钢棒体阻尼器耗能元件设计与性能分析

设计了3种不同截面形式的软钢棒体耗能器元件,其中包括1种等截面棒体阻尼器耗能元件和2种变截面棒体阻尼器耗能元件。采用有限元软件ABAQUS对这3种耗能元件的耗能性能进行了数值模拟分析,并利用正交试验法研究了耗能器元件的直径、长细比、锚固端板厚度、内缩直径以及端部延伸长度等参数对元件耗能性能的影响。结果表明:变截面棒体耗能元件比等截面棒体耗能元件的耗能性能更强;此外,对于变截面棒体耗能元件,如果将锚固端等直径延伸一段距离,则其耗能性能会得到很大的改善。     

FRP（钢绞线）加筋混凝土梁正截面受弯承载力计算

纤维增强复合筋、不锈钢绞线等高强材料作为混凝土梁的受力筋可以充分发挥强度高、耐腐蚀性能好等优点,在土木工程中得到了广泛应用。为了分析此类高强材料加筋混凝土梁的受弯性能,在平截面假定基础上,对混凝土和受力纵筋分别采用混凝土Hongnestad模型和线弹性模型,通过平衡条件,推导了FRP（钢绞线）加筋混凝土梁受弯承载力的计算公式,并与国内外82根简支梁的试验结果进行了对比。研究结果表明：加筋混凝土梁抗弯强度试验值与理论值之比的平均值为1.07,标准差为0.14。建议公式可以较好地计算FRP（钢绞线）加筋混凝土梁的受弯承载力。实际工程构件抗弯截面设计时,建议安全配筋率取1.4倍平衡配筋率,设计截面弯矩取0.625倍理论受弯承载力,以使构件具有足够安全储备。     

不对称钢骨混凝土梁抗弯刚度的试验研究

文章在5根不对称钢骨混凝土梁试验研究的基础上，利用现行规范[1]中对称钢骨混凝土梁截面抗弯刚度的计算公式，提出了不对称钢骨混凝土梁截面抗弯刚度的计算方法，建立了相应的计算公式。结果表明，按照本文公式得到的计算值与实测值吻合良好。     

钢筋混凝土框架梁的变形能力及基于性能的抗震设计方法

本文以Priestley改进的Mander约束混凝土模型为基础推导了RC梁截面λbv-ξn-μbψ关系的一般计算公式和简化计算公式λbv-ξ-μbψ,建立了配箍特征值λbv、相对受压区高度ξn及曲率延性μbψ三者之间的量化关系式,用于梁截面在目标曲率延性下的变形能力设计,给出了梁截面在目标曲率延性下的设计流程图.对所设计的梁截面进行变形能力验算,均可达到设定的目标曲率延性.在简化的λbv-ξ-μbψ公式基础上建立了框架梁的性能设计方程,即λbv-ξ-θplb关系式,给出了RC框架梁基于性能的抗震设计方法的一般步骤.设计者可灵活地根据性能要求设定可接受的破损指标DI进行梁的性能设计.     

基于Timoshenko梁理论纤维模型巨型钢框架结构非线性地震反应分析方法

巨型钢框架结构中,组成主结构的杆件截面高度很大,荷载作用下截面剪切变形对杆件承载力和塑性发展的影响不能忽略,即基于弯曲梁理论的截面纤维模型梁柱单元用于此类结构非线性分析时精度并不高.本文基于刚度法将截面纤维模型与Timoshenko梁理论结合,考虑剪切屈服与弯曲屈服相分离建立杆件单元刚度矩阵通过有限元软件MSC.Mar...     

合理确定梁端塑性铰弯矩值及改进钢框架梁连接设计

多次强震震害表明,梁破坏时梁端截面并未能形成理想塑性铰,而是在梁柱连接处发生脆性破坏。提出了改进钢框架梁连接设计的具体作法,即局部加大梁端焊缝截面的同时,在梁端一定距离处又适当削弱梁翼缘尺寸,合理确定梁端塑性铰弯矩,按梁两端出现同向塑性铰求出钢框架梁柱连接、梁的拼接处的内力(M、V)作为多遇地震作用下的调整内力设计值,改进梁柱连接、梁拼接的设计,供工程设计和修订相应规范作参考。     

应用OpenSees模拟钢管混凝土不等跨框架抗震性能

基于一榀方钢管混凝土柱-H型钢梁不等跨平面框架的抗震性能试验,应用OpenSees有限元软件,模拟了低周反复荷载作用下框架的荷载-位移曲线,并对其抗震性能影响参数进行分析。研究结果表明:OpenSees中塑性铰纤维单元模拟栓焊连接的H型钢梁具有合理性。混凝土强度对框架的抗震性能影响较小,提高钢材强度可以有效提升框架结构的承载力和延性,其中Q345具有较高的性价比。柱截面宽厚比越小,框架承载力越高。轴压比增大会对框架抗震性能产生不利影响,工程中应避免出现高轴压比。在钢管混凝土不等跨框架结构设计中,钢梁跨度要综合考虑梁截面抗弯能力和梁柱线刚度比,其变梁异型中节点宜选择合适的梁高比。     

钢管混凝土-钢板深梁结构抗震试验与承载力计算

提出了钢管混凝土-钢板深梁结构,进行了4个钢管混凝土-钢板深梁结构模型试件的低周反复荷载试验,4个试件均由等截面钢管混凝土柱和等尺寸钢板深梁构成,各试件高宽比相同。4个试件的区别在于设置的钢板深梁道数不同,以重点研究钢板深梁对结构抗震性能的影响。分析了各试件的承载力、刚度及退化过程、延性、滞回特性、耗能和损伤与破坏过程等。基于试验,提出了承载力计算模型,计算结果与实测结果符合较好。研究表明:钢管混凝土-钢板深梁结构,具有良好的抗震性能;钢板深梁与钢管混凝土设计参数应合理匹配,以实现强钢管混凝土柱和弱钢板深梁的延性屈服机制;钢管混凝土-钢板深梁结构可用于结构抗震设计。     

不同配筋形式钢筋混凝土框架变梁节点抗震性能试验研究

完成6个1/3比例钢筋混凝土框架变梁中节点试件低周反复荷载试验,重点研究了小梁交叉弯折纵筋(即"X"筋)、梁垂直加腋等配筋构造措施对变梁节点抗震性能的影响。研究结果表明:增加节点区配箍率和小梁采用交叉弯折纵筋后节点组合体仍发生了核心区剪切破坏,表明此种配筋方式对该类非常规节点抗震性能的改善不明显;小梁底部垂直加腋后,在小梁与加腋界面处发生破坏,避免了节点区的剪切破坏,从而改善了变梁节点的抗震性能。此外,轴压比变化对变梁节点抗震性能的影响不显著,增加核心区配箍率则可以增大节点组合体剪力、减小核心区裂缝间距和宽度,从而改善变梁中节点的抗震性能。     

大直径单桩海上风机横向自振频率实用计算方法

海上风机系统一阶横向自振频率的精确求解是风机振动分析的关键之一。基于Timoshenko梁理论,采用多段等效的方式模拟风机塔筒的连续变截面特性,并考虑土体的分层特点,建立风机系统横向振动方程,通过相邻连接段的位移、转角、弯矩和剪力之间的连续关系,推导出风机系统横向自振频率的半解析解,并与风机实测频率进行对比,验证了本方法的精确性与有效性。同时考虑风机前期设计及运营期间由于风机尺寸、土体参数可能出现的参数变化,对风机尺寸及土层要素进行了参数分析。分析表明：风机系统的横向振动频率受塔筒高度及变截面特性、土体模量、海床平面高度变化、桩径与桩长影响较大,受连接段高度的影响较小。     

基于分灾模式的钢筋混凝土梁抗弯加固性能评估方法

针对当前钢筋混凝土梁抗弯加固性能评估法未考虑不同建筑结构的抗灾差异,所求得的各项承载力参数不够客观,从而造成评估结果与实际检测结果差异大,评估精度低的问题,提出基于分灾模式的钢筋混凝土梁抗弯加固性能评估方法。计算梁底初始拉应变、梁正截面极限抗弯承载力和钢筋混凝土梁正截面荷载挠度,然后设计分灾模式的钢筋混凝土梁抗弯加固,通过分析载荷与压应变、载荷与挠度以及剪力与位移变化,得到钢筋混凝土梁抗弯加固后各项承载力参数,输入各项梁承载力参数到ANSYS通用程序,利用该程序结合钢筋混凝土梁抗弯加固性能进行评估。通过进行仿真实验,结果表明加入分灾元件的钢筋混凝土梁抗弯加固性能有明显提高。将本文方法评估结果与实验实际评估结果对比可知,提出的评估方法与实际检测结果基本一致,评估精度准确性较高。     

部分预制型钢混凝土梁抗震性能试验研究

为探究部分预制型钢混凝土梁的抗震性能,进行了7个部分预制型钢混凝土梁试件的拟静力试验,研究了试件的裂缝开展过程、破坏形态、承载能力、延性、耗能能力和刚度退化情况,探究预制截面模式、剪跨比和后浇混凝土强度等对其抗震能力的影响。结果表明:地震作用下,该7个试件力学性能较好,剪跨比是影响试件抗震性能的首要要素,剪跨比大的试件耗能能力强,型钢约束部分混凝土可以提高试件的耗能能力,截面模式和后浇混凝土强度对抗震性能影响不大。