薄壁箱梁约束扭转剪应力计算

为了合理计算薄壁箱梁约束扭转剪应力,基于乌曼斯基第二理论,根据总扭矩平衡条件和翘曲位移连续性条件,导出了薄壁箱梁约束扭转剪应力的2种计算公式,并论证了2种公式的等价性.在公式推导过程中,对箱梁悬臂板进行了考虑.针对2种公式中广义扇性静矩计算的繁琐性,进一步导出了其实用简化计算公式,并举例说明了其具体应用.数值算例表明:有悬臂板的薄壁箱梁发生约束扭转时,全截面最大剪应力出现在腹板内,在悬臂板内也存在较大的剪应力;顶板和底板内的剪应力非均匀分布程度显著,其中部区域内剪应力很小.如果近似按自由扭转理论计算剪应力,求得的腹板剪应力只有实际最大剪应力的69％,严重低估了腹板内的实际剪应力大小,表明不能忽略翘曲约束效应对剪应力的影响.     

钢与混凝土组合梁的扭转及极限分析方法

对钢与混凝土组合梁扭转进行了探讨，提出了以开口薄壁杆件的约束扭转理论为基础的扭转极限分析方法，首先，对组合梁扭转问题进行了讨论，确定其分析方法，将组合梁计算截面进行等效，以便于利用开口薄壁杆件的约束扭转理论对其分析，并示意了等效截面在约束扭转力矩作用下的应力分布情况，提出了组合梁扭转的近似上下限分析方法，其中，前者计算简单，适用于设计，而后者较为繁琐，可作为前者的一个校验标准，最后，通过例题将这2种方法进行了演示。     

有限元法研究闭口薄壁杆件约束扭转

基于乌曼斯基薄壁杆件约束扭转理论,利用刚性周边假定建立了闭口薄壁杆件约束扭转分析的一维离散有限元方法.同时利用ANSYS大型有限元软件作对比研究,分析了薄壁箱型梁的截跨比、截面相对厚度等几何特征参数对箱梁扭转变形的影响,并发现这两个参数的取值上限可以从0.1分别扩大到0.15和0.24.算例显示:一维有限元法不仅保持了很好的计算精度,而且计算模型更加简单、离散未知量大大降低.     

单箱双室钢底板波形钢腹板组合箱梁扭转性能分析

为研究单箱双室新型钢底板波形钢腹板组合箱梁的扭转性能,基于乌曼斯基第二理论推导了箱梁的扭转微分方程和应力公式,结合纯扭转试验和有限元模型,检验理论公式的正确性.分析不同因素对箱梁扭转性能的影响,对比新型梁与传统混凝土底板梁的性能变化.结果 表明,同一测点理论值、有限元值与实测值吻合较好,差值大多在30％以内,整体变化规律一致.横隔板和加劲肋的一般布置方式对新型梁的有效抗扭刚度影响较小;当高宽比达到0.4时,截面正应力会产生明显变化.相对于传统梁,新型梁抗扭刚度减小8.58％,截面约束系数减小58.44％;相同扭矩下,新型梁跨中扭转角增大13.6％,最大扭转双力矩减小69.66％,2种箱梁正应力区别明显,剪应力相差较小.     

开口薄壁杆件约束扭转分析的广义参数有限元

利用样条函数建立开口薄壁杆件约束扭转的整体位移场,利用Ｈｅｒｍｉｔｅ函数建立局部单元位移场．在符拉索夫理论的基础上建立开口薄壁杆件约束扭转的总势能泛函,进而根据变分原理提出了开口薄壁杆件约束扭转计算的广义参数有限元法．     

高速铁路跨度40 m双线混凝土简支箱梁的约束扭转效应分析

为分析高速铁路跨度40 m双线混凝土简支箱梁桥约束扭转效应,采用薄壁箱梁约束扭转的理论解析法,建立列车活载作用下的约束扭转微分方程,结合ANSYS软件的精细数值模拟结果,对比研究了箱梁在约束扭转下的扭转角、翘曲双力矩、约束扭矩等力学参数的变化规律,研究了腹板倾角、高宽比和悬臂板宽度等计算参数对约束扭转应力的影响规律。结果表明：扭转角在跨中处达到最大,翘曲双力矩在1/4跨、1/2跨处峰值基本一致,约束扭矩在跨中处达到最大值。板壳有限元解与解析解的计算结果存在一定差异,且翘曲正应力在腹板和底板相交处最大相差为66.6%,有限元解更为精确。简支梁跨中截面悬臂端的翘曲效应最明显,翘曲比例系数可达9.16%。翘曲应力总体随高宽比、腹板倾角的增大而减小。     

薄壁箱梁约束扭转的有限元分析及弯扭力矩新算法

利用初参数法和传递矩阵,建立了薄壁箱梁约束扭转分析的有限元列式,导出了均布扭矩和均布双力矩的非结点荷载的等效公式.基于约束扭转的有限元位移解,进一步建立了弯扭力矩新算法,导出相应的刚度矩阵、均布扭矩和均布双力矩作用下的固端力公式,方便正应力和剪应力的计算.算例表明,本文的计算结果与理论值完全符合,所建立的薄壁箱梁约束扭转有限元列式、均布扭矩和均布双力矩的非结点荷载等效公式、弯扭力矩新算法公式正确.     

薄壁杆件约束扭转的影响函数表

本文详细地讨论了闭口薄壁截面杆件约束扭转微分方程在三种不同承载情况下的解。这三种承载情况分别为:1.沿杆件长度无荷载,即 m=0;2.承受均布扭转力矩,即 m=常数;3.承受按线性分布的分布扭转力矩,即 m(z)=a+bz。并由此得出结论:在一定条件下,基于初参数法的薄壁杆件约束扭转影响函数表,无论对于开口截面还是闭口截面,可以写成一种统一的形式,以有利于在工程中的实际应用。     

蝴蝶拱桥扁平钢箱弯梁的约束扭转分析

以我国首座已建成通车的蝴蝶拱桥为背景,基于乌曼斯基约束扭转的弹性薄壁梁理论及薄壁箱梁的剪力流理论,采用考虑翘曲位移自由度的空间杆系有限元分析模型,结合静载试验实测数据,对该桥单箱多室截面的扁平钢箱弯梁进行了考虑约束扭转效应的空间受力分析.计算结果表明,在蝴蝶拱桥结构中,扁平钢箱弯梁的约束扭转效应比较显著,在设计中应加以考虑.     

大跨度钢管翼缘组合梁桥车桥耦合振动性能分析

为了研究钢管翼缘组合梁桥的动力性能,通过有限元软件ABAQUS建立了三维车桥耦合振动模型,采用了隐式动力学分析了路面平整度、车辆载重、速度、上翼缘钢管内填混凝土等级和含钢率等因素对管翼缘组合梁桥动力性能的影响,以及与管翼缘组合梁竖向刚度等效的工字钢梁和混凝土梁的动力性能,得出了以下结论：随着路面不平顺程度的增大,管翼缘组合梁的动力响应呈几何倍数增长,并且只有当路面等级为B时才与现行《公路桥涵设计通用规范》中公式计算的动力冲击系比较吻合;车辆载重与其跨中挠度呈线性相关;速度对其的影响比较复杂,当车辆速度超过60 km/h时,其动力响应随速度增大呈非线性增长;上翼缘内混凝土等级和含钢率对其动力影响极小;相对于等效工字钢梁和等效混凝土梁,管翼缘组合梁桥重量轻,整体弹性模量较小,同等荷载下跨中挠度比较大。通过上述的动力性能研究为以后大力发展此类型桥提供技术保障。     

杆的扭转教学初探

本文从讨论薄壁圆筒的扭转出发,通过作图展示扭转形变可视为切应变,而杆的扭转可视为若干圆筒的扭转,从而推导出扭转公式。     

开口剪力墙在建筑扭转不规则中的自身扭转影响

在水平地震荷载作用下因局部楼层扭转不规则对高层建筑物的构件产生的影响进行了探讨．重点分析了楼层整体扭转时开口薄壁剪力墙构件自身扭转所带来的应力变化，结合现行规范推导了弹性层间位移角允许范围内的薄壁开口构件的扭转影响公式，讨论了各种因素同扭转应力大小的关系，最后用实例分析了三种主要的因素变化下剪力墙肢的受扭影响程度和解决方法．     

用U变换法分析薄壁箱形连续梁的组合扭转

用U变换法分析具有周期性支承的薄壁箱形连续梁的组合扭转。连续梁的控制方程经U变换解耦后,建立了子结构规模的控制方程和边界条件;并结合具体载荷条件,给出了位移和内力相应的解析表达式。     

考虑弦杆约束的新型板桁加劲梁扭转变形计算方法

针对某拟建千米级跨度高速铁路悬索桥所采用的新型板桁加劲梁,依据剪切刚度等效原则,构建闭口薄壁箱形梁连续化等效模型;基于截面刚性周边假定,考虑弦杆纵向约束作用,建立连续化等效模型的扭转平衡微分方程,推导得到扭转角解析公式。构建悬索桥连续化等效单梁有限元模型,推导悬索桥加劲梁扭转角解析式。通过算例验证该解析公式计算所得加劲梁扭转角与空间精细化有限元计算结果吻合良好,弦杆纵向约束作用对新型板桁加劲梁扭转变形影响不可忽略。研究结果表明：相比于空间精细化有限元模型,连续化等效单梁模型计算所得悬索桥加劲梁挠度和扭转角最大相对误差分别为1.8%和14.7%,依据解析式计算所得相对误差分别为7.1%和6.3%;对于悬索桥加劲梁扭转刚度初步设计,上述2种方法的精度误差均在可接受范围内,且计算效率大幅提高,具有较好的适用性。     

横隔板对悬臂钢箱梁受力性能影响

应用有限元计算程序,研究横隔板间距及偏心集中荷载作用位置对悬臂钢箱梁受力性能的影响规律.研究结果表明,截面畸变效应对薄壁钢箱梁纵向正应力的影响较大,分析无横隔板的薄壁钢箱梁受力性能时,截面畸变效应不能忽略;分析布置横隔板的薄壁钢箱梁受力性能时,应重点分析扭转荷载作用下横隔板对薄壁钢箱梁受力性能的影响.最后,提出了偏心集中荷载作用下悬臂钢箱梁受力性能的简化分析方法.     

剪应力环流定理及其在开口薄壁杆自由扭转中的应用

材料力学中的开口薄壁杆自由扭转的公式,一般是根据“刚周边假设”,直接引用弹性力学中矩形截面杆扭转的结果导出的。这在实用上是简便易行的;但缺乏必要的理论分析,而且与初等扭转理论相脱节。本文用能量法建立自由扭转时的“剪应力环流定理”,并以这个定理为基础导出开口薄壁杆自由扭转公式。这样就把开口与闭合薄壁截面杆的扭转理论紧密联系起来,建立起自由扭转初等理论的统一观点。     

考虑扭转与畸变耦联影响的薄壁箱梁翘曲效应分析

为了分析薄壁箱梁在竖向偏载作用下的整体受力性能,考察剪力滞、约束扭转及畸变翘曲应力相对于竖向弯曲应力的放大系数,在充分考虑扭转与畸变耦联影响的基础上,用能量变分法建立了综合反映竖向弯曲变形以及剪力滞、约束扭转、畸变等翘曲变形的控制微分方程.对既有文献中的模型梁及某预应力混凝土简支箱梁在跨中偏载作用下的应力状态进行理论分析.结果表明,按该控制微分方程求得的模型梁应力理论值与实测值吻合良好.跨中截面加载腹板与底板交点处的正应力放大系数达到约1.63,在水平形心轴处腹板的剪应力放大系数达到约2.55.在剪力滞、约束扭转及畸变翘曲应力中,畸变和约束扭转翘曲应力占主导地位,剪力滞翘曲应力占次要地位,但仍不可忽略.     

纵向受压加筋板架有侧向压力时加强筋的扭转屈曲

在Vlasov导出的一般薄壁杆件扭转屈曲微分方程式的基础上,利用迦辽金法导出计算扭转屈曲临界应力的广义特征值问题.研究了侧向应力为定值、轴向压力为活载荷的情况,探讨了侧向压力对轴向临界应力的影响.考虑了板对加强筋的弹性转动约束,对板内压应力的影响以及板受压屈曲后屈曲模式的影响亦进行了讨论.     

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.     

具有两个对称轴的开(闭)口薄壁杆件弯曲和约束扭转振动的单元动刚度分析

本文对具有两个对称轴的开(闭)口薄壁杆件在弯曲和约束扭转振动的情况下对单元的动刚度进行分析,应用薄壁杆件在无分布力偶作用下时约束扭转的静变形曲线作为形函数求出杆单元的动能及应变能表达式,从而得出杆单元的刚度矩阵和惯性矩阵。