复杂荷载作用下单轴对称开口薄壁梁柱的弯扭屈曲

采用Rayleigh-Ritz法求解两端等弯矩、横向集中荷载和均布荷载作用下单轴对称开口薄壁截面梁柱弯扭屈曲临界荷载。分析中考虑了3种常见边界条件以及屈曲前变形的影响。将本文弯扭屈曲临界荷载理论值与试验值比较，吻合较好。     

考虑剪切变形影响的圆形空心桥墩稳定性分析

为探究考虑剪切变形对圆形空心桥墩稳定性的影响,将圆形空心桥墩作为中厚壳结构,考虑结构和荷载的轴对称,建立了考虑剪切变形影响的圆形空心桥墩轴对称变形微分方程,其与Winkler地基上Timoshenko梁的微分方程一致;当不考虑剪切变形影响时,微分方程可退化成与Winkler地基上Bernoulli-Euler梁的微分方程一致。求解了微分方程的特征解,并结合空心桥墩的边界条件,推导了桥墩局部失稳的超越方程。通过改变算例的墩高、半径及壁厚等结构参数,对比分析了轴对称失稳临界荷载值和整体失稳临界荷载值的大小,并将其结果与不考虑剪切变形影响得到的结果进行了对比。研究结果表明,在参数特定取值条件下,轴对称失稳先于整体失稳,而剪切变形的影响不可忽视。     

两端不等弯矩作用下薄壁梁柱的弯扭屈曲

本文采用Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｒｉｔｚ法求解两端不等弯矩作用下单轴对称开口薄壁截面梁柱弯扭屈曲临界荷载，分析中考虑了三种常见的边界条件以及屈曲前变形的影响，将本文弯扭屈由临界荷载理论值与试验值比较，吻合较好。     

非落地钢管桁架拱结构稳定性能

由于使用空间的需要,钢管桁架拱多为非落地拱,支承于桁架柱或其他结构上.桁架柱或其他结构的刚度的变化,会直接影响钢管桁架拱的稳定性能.本文在考虑刚度等效原则的基础上,根据线弹性稳定理论,推导出非落地钢管桁架拱结构面内、外临界荷载表达式.根据面外失稳临界荷载值不小于面内失稳临界荷载值的原则,沿圆弧拱侧向等距离布置侧向支撑,以防止其发生面外失稳,进而确定出侧向支撑的布置数目.分析得出圆弧拱的半径对侧向支撑的数目没有影响;随着桁架拱的开角(矢跨比)、桁架拱截面高度的增大,侧向支撑的数目增多;随着桁架拱截面宽度的增大,侧向支撑的数目减少.最后得出侧向支撑数目与无量纲参数f/L、h/b的关系表达式.     

基于板梁理论的单轴对称箱形钢梁组合扭转分析

以端部作用一个集中扭矩的单轴对称箱形截面悬臂梁为研究对象,基于板梁理论研究其扭转变形和截面扭转角.依据Timoshenko梁和Kirchhoff板力学模型,引入腹板翘曲变形偏移值m,求出单轴对称箱形钢梁扭转的总应变能和扭转刚度;根据端部作用集中扭矩的荷载,建立箱形钢梁的总势能方程,并求得单轴对称钢箱梁组合扭转最大扭转角的理论解.借助大型通用有限元分析软件ANSYS,依据扭转参数K,计算6组不同尺寸的钢梁在端部集中扭矩作用下的最大扭转角.与板梁理论的理论解进行对比,最大误差为3.37%,证明了理论解的正确性.     

初始缺陷圆弧拱面内非线性失稳实验研究

针对几何缺陷圆弧拱的面内非线性弹性失稳,利用自行设计的位移加载装置进行了实验研究,实时测量了圆弧拱在加载全过程的力-位移曲线,并跟踪了圆弧拱的实时变形情况和失稳模态,获得了圆弧拱的失稳平衡路径、缺陷圆弧拱的失稳上极值点和下极值点。将实验结果与理想状态拱的有限元数值计算结果进行了比较,揭示了圆弧拱矢跨比、初始几何缺陷对拱失稳极值点和失稳模态的影响。研究表明:1)初始几何缺陷影响了拱的荷载位移曲线,使得上极值点和下极值点偏离了理想曲线;2)初始几何缺陷使得圆弧拱在不稳定平衡路径中呈现出反对称变形趋势;3)随着矢跨比的增加,圆弧拱的前屈曲失稳临界荷载逐渐增大,结构的承载能力随之提高;4)初始几何缺陷对拱的前屈曲失稳模态的影响较后屈曲失稳模态大。     

混凝土人字形折板式网壳结构的弹性稳定分析

弹性稳定是结构非线性分析时考虑缺陷影响的基础。对混凝土人字形折板式网壳结构基于对称性作简化分析,导得结构弹性失稳临界荷载计算的超越方程并给出临界荷载-肋梁刚度比曲线。采用有限元方法计算结构的失稳荷载,给出了低阶失稳模态;并考虑边梁、脊线和肋刚度及矢跨比的影响计算弹性失稳临界荷载,上述刚度改变通过调整构件截面高度实现。结果表明:结构的低阶弹性失稳模态关于脊线对称,其中一阶模态为半波反对称变形;矢跨比是影响弹性失稳临界荷载的重要因素,建议矢跨比不低于1/6;增大边梁的截面高度并不能有效提高其抗扭刚度,因此不能显著影响弹性失稳临界荷载;脊线刚度对弹性失稳临界荷载的影响较小;肋刚度的增加可以大幅度提高结构弹性失稳临界荷载。     

考虑横向剪切的对称层合圆柱正交异性中心开孔扁球壳的非线性屈曲

应用修正迭代法，求解了考虑横向剪切的对称层合圆柱正交异性中心开孔扁球壳在均布压力作用下的非线性轴对称屈曲问题，获得了临界荷载的解析公式。最后，以实例讨论了横向剪切变形和开孔大小对临界荷载的影响。     

梯度温度下考虑剪切变形影响的弹性约束拱的力学行为

考虑了剪切变形的影响对梯度温度作用下弹性约束圆弧拱的力学行为展开研究,推导了梯度温度作用下工字形截面圆弧拱的有效中心位置,通过能量法推导了弹性约束拱在梯度温度作用下的平面内变形、轴力和弯矩显式表达式,数值讨论了具有不同圆心角和弹性约束的圆弧拱在梯度温度作用下的内力变化情况。结果表明,梯度温度对浅拱的影响较为显著。考虑剪切变形能够使拱的弯矩减小,同时拱的轴力随着弹性约束柔度增大而减小。     

功能梯度多层石墨烯增强纳米复合材料圆弧拱的参数失稳分析

针对功能梯度多层石墨烯增强纳米复合材料(functionally graded multilayer graphene nanoplatelets reinforced composite,FG-GPLRC)圆弧拱的参数失稳问题,基于Halpin-Tsai的复合材料微观力学模型和有限单元法理论建立了FG-GPLRC圆弧拱在拱顶作用周期荷载的运动控制方程,并转化为含阻尼项的Mathieu-Hill方程。利用Bolotin方法求解Mathieu-Hill方程获得FG-GPLRC圆弧拱的主动力不稳定区域,并分别研究了石墨烯纳米片(graphene nanoplatelets,GPLs)的分布类型、质量分数、几何形状对FG-GPLRC圆弧拱动力不稳定性的影响。数值结果表明,GPLs沿拱截面厚度方向的顶层和底层分布较多时能够明显减小FG-GPLRC圆弧拱的面内不稳定区域,提高其结构稳定性。当GPL的高宽比大于4和宽厚比大于103时,GPL的几何形状对FG-GPLRC圆弧拱的动力稳定性影响不再明显,且随着结构阻尼系数的增大,FG-GPLRC圆弧拱发生参数失稳的临界荷载也增大,从而降低了结构发生动力失稳的概率。     

单轴对称截面压杆考虑剪力滞效应的临界荷载

以单轴对称工字截面压杆为对象,针对截面几何尺寸不同的上、下翼缘分别设定相应的剪滞翘曲函数,利用能量变分原理并结合微分方程组降阶法,推导了单轴对称截面压杆考虑剪力滞效应的临界荷载的闭合解,由此考察了欧拉临界荷载公式的可靠性和适用条件.结果表明,欧拉公式高估了薄壁压杆的临界荷载;翼缘惯性矩与全截面惯性矩之比和跨宽比对临界荷载有一定影响,其中后者的影响更明显;欧拉临界荷载公式只适用于跨宽比较大的压杆.     

钢管混凝土抛物线空腹拱平面内稳定性能

钢管混凝土抛物线空腹拱是在钢管混凝土桁架拱上取消斜腹杆的拱结构。本文采取理论推导和数值模拟相结合的方式,对钢管混凝土抛物线空腹拱的平面内稳定性能进行深入研究。首先,使用有限元软件建立钢管混凝土圆管拱模型,与实验进行对比,证明建模方法的正确性。其次,推导出钢管混凝土抛物线空腹拱的换算长细比,并基于ABAQUS的分析结果,采用考虑矢跨比的轴压稳定系数公式,发现该公式能预测有限元计算结果。再次,对跨中加载和半跨加载分别进行一阶线弹性分析,研究钢管混凝土抛物线空腹拱中压力和弯矩的变化规律,并分析不均匀轴力和不均匀弯矩对压弯设计公式的影响。最后,推导出空腹拱的全截面塑性弯矩公式,根据二分法原理利用python语言求出全截面塑性弯矩的数值,并根据有限元的计算结果,提出压弯共同作用下钢管混凝土抛物线空腹拱的设计公式,使其能用于指导工程实践。     

旋流池半地下连续墙筒形结构内力变形分析

基于弹性薄板理论,推导出旋流池开挖过程中一种新的围护结构半地下连续墙,在侧向水土荷载作用下的变形和内力方程.根据理论公式,系统地分析了端部自由和端部固定两种边界条件下旋流池半地下连续墙筒形结构的变形和内力特点,并分析了各参数包括筒壁厚度、直径、高度和模量对其内力和变形的影响.研究结果表明,旋流池半地下连续墙围护结构在侧向水土荷载作用下的内力主要以环向压力为主,弯矩和剪力值除在端部较大外,其余位置都较小;当端部固定时,最大变形值出现在中部靠下的位置,变形值总体上较小;在各种影响因素中,旋流池半径对筒壁的内力和变形影响最大.最后,对旋流池半地下连续墙筒形围护结构的设计计算提出了建议.     

侧向点爆炸作用下浅埋圆拱结构塑性破坏规律

考虑近场侧向爆炸时荷载的非对称性、不均匀性和局部性,利用几何关系推导侧向爆炸时结构表面荷载的解析式.针对不同的结构截面受力模式,利用轴力和弯矩共同作用下的截面塑性破坏准则,并基于四铰破坏机制,提出浅埋圆拱结构塑性破坏简化计算方法.基于Matlab软件,判断圆拱结构塑性破坏时截面的受力模式,并确定结构塑性铰分布.结果表明:在2个拱脚附近、荷载峰值作用处,以及背爆面一侧拱肩位置产生塑性铰;在爆炸偏角较小时,塑性铰先出现于背爆面的拱脚和爆源投影点位置;随着爆炸偏角的增大,第1个塑性铰出现于迎爆面的拱脚位置.在实际工程中,大偏压是较为理想的破坏模式.     

考虑变形影响的钢筋混凝土圆柱受剪承载力计算模型

准确计算钢筋混凝土(RC)圆柱的受剪承载力是进行延性抗震设计的关键,可有效防止脆性剪切和弯剪破坏模式发生。基于已有的RC圆柱拟静力试验结果,分析了RC圆柱的地震破坏模式和受剪承载力确定方法,在理论分析的基础上提出了考虑变形(位移延性)影响的RC圆柱受剪承载力计算模型,并与现有模型进行了比较。研究结果表明,地震作用下RC圆柱的受剪承载力随塑性铰区变形的增加而减小;弯剪破坏模式下,RC圆柱的受剪承载力取决于塑性铰区剪切破坏发生时对应的水平荷载而非骨架曲线上的峰值荷载;所提出的模型能有效反映变形对RC圆柱受剪承载力的影响,计算结果与试验数据吻合较好,可用于不同地震破坏模式RC圆柱受剪承载力计算。     

中承式拱桥主拱静风载试验及数值模拟

大跨度中承式拱桥属于柔性空间结构,主拱上风荷载往往起控制作用.以重庆菜园坝长江大桥为例,进行主拱单拱及双拱节段模型测力风洞试验.均匀流下的单拱测力试验表明,主拱的阻力系数变异性较小,升力系数与力矩系数变异系数较大.双拱测力试验表明,迎风拱的静力三分力与单拱试验结果相差不大,下风拱静力三分力系数随两拱的间距宽度比及攻角变化.利用流体力学软件FLUENT对拱的静力三分力系数进行了数值模拟,模拟结果与试验吻合较好,很好地显示了阻力系数随两拱间距宽度比的变化.     

剪切变形对厚壁圆形贮液池的影响

将池壁厚度较大的圆形贮液池当作中厚壳圆筒,考虑剪切变形的影响,建立贮液池结构分析的中厚壳理论,其微分方程与Winkler地基上Timoshenko梁的微分方程一致,当贮液池池壁剪切刚度取无穷大时,其可退化成相应薄壳理论,是一个通用模型.利用初参数法,推导微分方程的解和有限元列式,分析底部固结、顶部自由圆形贮液池在三角形分布荷载和池顶弯矩作用下,其环向力系数、弯矩系数随池壁厚度、高度的变化,并与不考虑剪切变形影响的计算结果进行比较.数值计算结果表明:在圆形贮液池中考虑剪切变形影响的挠度等计算结果偏小;壁厚越大,计算结果越小;剪切变形对环向力和径向位移的影响比对弯矩和剪力的影响大,其影响程度与贮液池结构、边界条件及作用荷载形式有关.     

均布荷载作用下简支组合梁受力机理分析

为了揭示组合梁在均布荷载作用下的受力机理,考虑弯曲和滑移耦合变形,建立组合梁滑移受力机理模型.首先,以单跨简支组合梁为研究对象,探讨组合梁变形与滑移规律、横截面内力分布及结合部传力机理;然后,分析截面尺度、界面刚度与荷载加载面对组合梁受力机理的影响.结果表明：混凝土板抗剪和抗弯作用在房建组合梁中较明显,在桥梁组合梁中可忽略;随着界面刚度比的增加,简支组合梁的曲率、转角、挠度和滑移均减小;混凝土板和钢梁轴力同步增大,混凝土板剪力增大而钢梁剪力减小,混凝土板、钢梁弯矩减小而轴力力偶增大;结合部界面切向力增大而界面法向力基本不变;相较于按自质量分配荷载,均布荷载由混凝土板承担时界面压力增大,由钢梁承担时则界面受拉,应注意验算界面抗拉拔性能.