斜腹杆体外预应力结构杆索几何非线性耦合分析

采用增量线性化的分析方法,以斜腹杆体外预应力结构为研究对象,通过索单元模型的建立,应用几何关系、物理关系及平衡关系,求得索结点位移增量的结构切线刚度矩阵及腹杆伸缩增量列阵.研究表明,斜腹杆体外预应力结构切线刚度矩阵不仅与索单元杨氏模量、横截面面积、原长、当前的参量相关,还与腹杆当前的参量相关.用牛顿-拉斐逊(Newton-RaPhson)增量迭代法,对索结点位移编制计算程序.斜腹杆体外预应力结构杆索耦合的几何非线性分析,为梁-杆-索组合结构加固设计提供了理论依据.     

斜腹杆体外预应力杆-索结构刚度矩阵可逆性分析

根据线性代数理论,证明斜腹杆体外预应力杆-索结构刚度矩阵K的可逆性.把较为复杂的K的可逆性问题转换为简单矩阵的可逆性问题;对简单矩阵的行列式进行腹杆数分别为奇数和偶数两种条件下的恒等变形,得到由腹杆、索的方向角所确定的行列式.结果表明,当腹杆倾斜布置时行列式非0;当某一腹杆垂直布置时,对未定式通过洛比达法则求极限,其行列式也非0,即K的可逆性与腹杆、索的布置方向无关.杆-索结构刚度矩阵可逆性的证明为伸缩腹杆体外预应力加固技术在控制索应力的设计方面奠定了数学基础.     

斜腹杆体外预应力加固简支梁结构性能非线性分析

在有限元软件ABAQUS的分析平台上,以初始应力水平、索垂度和索直径为参数,建立斜腹杆体外预应力加固前后钢筋混凝土简支梁三维实体模型,研究两点对称荷载下试件的弯曲破坏形态、承载力、塑性应变分布、抗弯刚度以及体外索应力增量的变化规律.结果表明,当其它条件不变时,初始应力水平、索垂度和索直径与简支梁加固效果均呈增函数关系,开裂荷载的提高幅度为30%~150%,屈服荷载的提高幅度为10%~40%,极限承载力的提高幅度为10%~50%,梁体屈服前的抗弯刚度提高幅度为10%~60%;证明斜腹杆体外预应力加固技术能够提高梁的屈服强度、极限承载力和抗弯刚度,对改善钢筋混凝土简支梁的抗裂性能尤为显著.     

高层建筑结构中正交曲线-直线交叉梁系内力分析的研究

本文首先采用余能原理推导曲梁的转角位移方程式,求出曲梁的单元刚度矩阵解析表达式。然后根据结构的几何特征推导梁单元的杆端位移坐标转换矩阵,并引用所给正交曲线-直线交叉染系的等效结点荷载列阵,进而提出了一个求解此类结构的精确的有限元计算模型。文末采用本文编制的程序作了实例计算,数值分析结果表明:当使曲梁退化为直梁时,所求得的内力和位移值与相同条件下正交直染系的计算结果接近一致。     

斜腹杆体外预应力对RC嵌固梁加固性能的影响

用理论分析、模拟分析和试验验证的方法,研究斜腹杆体外预应力对钢筋混凝土嵌固梁的加固性能.按照变形协调原理建立嵌固梁荷载挠度方程,得到对应预应力索-梁组合单元的力学模型.利用ABAQUS有限元模拟的方法研究不同设计参数对嵌固梁加固效果的影响次序.结果表明,索垂度显著、索初始预应力居中、索截面面积次之;斜腹杆体外预应力简支加固方法能提高试件的刚度、抑制试件塑性发展速度、改善试件的承载能力和延性,试件开裂荷载、屈服荷载、极限荷载明显提高,加固效果显著.选择3组各2个试件进行静力试验验证.在弹性阶段,理论计算和软件模拟所得荷载-挠度曲线与试验结果吻合;进入塑性阶段后,试件的理论值远大于试验值和模拟值;而试验值与模拟值始终吻合,模拟分析结果可信.     

预应力混凝土弧形杆的单元分析

建筑物中预应力混凝土曲梁的应用越来越广泛,为编制能设计含有预应力混凝土曲杆单元的建筑结构设计软件,需对预应力混凝土弧形杆进行单元分析。根据力学基本原理导出圆弧形曲杆的单元刚度矩阵和节点荷载列阵,并以等代直杆形式给出常用曲杆预应力等效节点荷载的计算方法。     

底部钻具组合三维静力分析的新方法

利用二阶埃尔米特插值函数空间梁单元的结点自由度由６个扩充到８个,使井眼曲线的二阶导数连续,提高了计算精度。在１６自由度梁单元形函数矩阵和应变分析的基础上,推导了１６自由度梁单元的线弹性刚度矩阵、线弹性几何刚度矩阵和单元结点等效载荷列阵。     

斜腹杆体外预应力对砼简支梁加固后结构性能规律

用有限元软件ABAQUS对1根原梁和18根索梁进行了加固前后的非线性模拟.与原梁相比,索梁在施加体外预应力阶段,均出现微量反拱;在施加使用荷载时,索-斜腹杆-梁的组合受力体系在体外预应力作用下内力重分布现象显著,改变了梁混凝土截面的应力分布规律,提高了梁的开裂荷载和极限荷载,增强了梁的变形能力,梁两端靠近支座处出现了特有的低应力区.分析结果有力地验证了斜腹杆体外预应力加固方法的有效性,为技术应用提供了参考.     

基于线性调整理论分析Levy型索穹顶体系初始预应力及结构特性

提出一种应用线性调整理论求索杆体系初始预应力的方法.该方法可以在不考虑结构刚度的前提下,求解多自应力模态索杆体系的初始预应力.而且大大简化了计算工作量.将该方法应用于求解Levy型索穹顶体系的初始预应力问题,并在此基础上分析了该体系的结构特性.结果表明,运用该方法可以求解Levy型索穹顶体系的初始预应力,而且结构特性分析对今后的结构设计具有一定的指导意义.     

斜拉网架多阶段加载内力分析方法的研究

系统介绍了斜拉网架结构内力分析方法.把塔柱简化为空间刚架单元,把网架杆件简化为空间桁架单元,对斜拉索采用等效线性空间单元.假设塔柱与网架连接处的横截面为刚性平面,据此建立"变形协调转换矩阵",使塔柱总节点刚度矩阵与网架总节点刚度矩阵耦合在一起,建立斜拉网架结构刚度矩阵.对一个"四塔柱正交斜放四角锥斜拉网架"进行了计算分析,验证了文中方法的正确性和有效性.     

基于CR列式的平面体外预应力梁非线性有限元模型

将体外预应力筋视为在锚固位置和转向块位置分别与梁体固结及相连的常应变构件,基于锚固位置和转向块位置处体外预应力筋和梁体的几何关系,采用共旋坐标（co-rotational, CR）法导出体外预应力筋在结构坐标系中的切线刚度矩阵和杆端抗力.结合常规的几何非线性CR平面梁单元,建立体外预应力平面梁的几何非线性有限元模型并编制了程序,对一简支梁算例的两个工况进行了几何非线性分析并与ABAQUS程序进行了比较.结果表明：不管是预应力施加工况还是承受外载工况,对于梁端水平位移、跨中竖向位移和体外筋轴力,两种方法得到的计算结果吻合良好,从体外筋轴力方面而言,本文方法更能体现体外筋为常应变构件的受力性能,因此可用于体外预应力结构的非线性有限元分析.     

高度线性变化的矩形截面杆的单元刚度矩阵分析

通过高度线性变化的矩形截面杆的转角位移方程和轴向拉伸方程，推导出直角坐标系下该类杆的单元刚度矩阵，并对此单元刚度矩阵的性质进行分析，将此单元刚度矩阵嵌入目前较流行的结构软件中，可以使计算结果与真实情况更加一致。     

高阶园奇异单元法计算混合型应力强度因子K_Ⅰ K_Ⅱ

在裂纹尖端单元和常规单元的连接面上,用矩阵方法使结点位移协调一致.给出了离心力的广义载荷列阵.通过广义结点位移解就可求得K_Ⅰ K_(Ⅱ).计算实例表明,精度和计算速度是满意的.     

底部钻具组合三维静力分析的新方法

利用二阶埃尔米特插值函数把空间梁单元的结点自由度由６个扩充到８个,使井眼曲线的二阶导数连续,提高了计算精度。在１６自由度梁单元形函数矩阵和应变分析的基础上,推导了１６自由度梁单元的线弹性刚度矩阵、线弹性几何刚度矩阵和单元结点等效载荷列阵。考虑轴向力的非线性影响,应用该方法对底部钻具组合的钻头侧向力进行了线性分析。计算结果表明,考虑二阶导数的影响,可以提高计算精度。     

空间折索单元的切线刚度矩阵

预应力空间网格结构是一种新型的结构形式 ,对该结构进行非线性分析计算时 ,需要采用空间索单元的切线刚度矩阵 .通过对于预应力索单元的分析研究 ,推导了具有初始应力的空间折索单元的单元切线刚度矩阵的计算公式 ,并且建立了可用于预应力空间网格结构非线性有限元分析的非线性方程组 .所推导的公式均具有良好的规律性 ,非常便于计算机进行分析处理     

梁柱结构协同作用的车辐式索杆体系成形分析

张拉成形是张力索杆体系施工的一个重要环节.文中针对车辐式张力索杆体系的张拉成形过程,基于单元无应力长度和结构拓扑关系,采用解析抛物线单元模拟索,利用铰接索杆体系平衡矩阵建立其节点不平衡力列式；对周边梁柱索节点,基于有限元节点平衡方程,考虑连续协调的约束线位移和边界约束,将总刚度矩阵写成分块形式,建立周边节点仅考虑三线自...     

空间圆弧杆的单元刚度矩阵

讨论了空间圆弧杆的单元刚度矩阵问题,先建立空间圆弧杆一端的柔度矩阵,继而推导出其单元刚度矩阵,其结果可供“空间曲直杆系结构矩阵分析”引用.     

建立斜拉索单元刚度矩阵的等效线性化方法

用线性化方法建立斜拉索单元刚度矩阵,其单元刚度矩阵范数和张力增量与拟弹性模量方法的结果具有很好的一致性.对一斜拉索平面桁架算例进行分析,结果表明线性化方法所建立的斜拉索单元刚度矩阵与拟弹性模量方法具有同样精度,说明本文方法是有效的,可用于大型结构的有限元分析中.     

考虑桩-土相互作用的悬臂式排桩内力计算方法研究

在分析常用计算方法优缺点的基础上,通过引入非线性的桩-土相互作用模型,提出了一种可考虑桩-土相互作用的悬臂式排桩内力计算方法.首先,采用杆单元对桩体结构进行离散化,计算单元刚度矩阵并合成为总体刚度矩阵;其次,假定基坑内、外侧土压力与桩身位移之间的非线性函数关系,建立非线性的节点荷载函数列阵;再次,根据总体刚度矩阵和节点荷载函数列阵形成总体刚度方程(组),采用Newton-Raphson法求解以得到节点位移列阵;最后,通过单元刚度方程和节点位移列阵反求桩身内力和桩侧土压力.算例分析表明,本文方法计算简单方便,能充分反映桩侧土压力非线性变化的特点,较好地揭示了桩-土相互作用机理,适用于悬臂式排桩内力计算.     

钢框架分析中考虑结点区变形的子结构法

对结点区的受力性能和剪切变形采用16结点相对自由度等参数壳单元进行分析,将相对自由度概念引入等参元,得到了16结点相对自由度壳元插值表达式,推导了单元刚度矩阵,在形成单元刚度矩阵时,引入材料的弹塑性性能考虑了结点区屈服对整体框架结构的影响.刚度矩阵形成以后对内部结点的自由度进行聚缩,采用子结构方法将出口参数转换为杆端自由度,使得结点区形成最多6个结点的空间组合单元体参与结构整体分析.在整体分析中,采用相对自由度壳单元考虑结点区剪切变形的非线性影响,可以同时考虑板件的局部屈曲.并通过算例证明了本文方法的精确度和有效性.