基于MATLAB的空间桁架梁的内力分析计算

针对空间桁架梁杆件多、载荷工况复杂、计算量大、内力图多等特点,运用节点法总结并归纳出桁架梁的各个杆件的内力计算递推公式,并用MATLAB软件进行了仿真计算。该方法是根据推导出的计算公式,运用数学变换来建立空间桁架梁数学模型,确定变量之间的函数关系,分步编制弦杆和腹杆的内力计算程序仿真输出数据和图形。通过仿真得到桁架梁的各杆件在不同的载荷组合工况下的受力情况,找出在最不利工况下的受力杆件,为结构的轻量化研究提供理论基础。     

基于拟满内力遗传算法的方钢管混凝土桁架结构拓扑优化

为了解决方钢管混凝土桁架结构离散变量拓扑优化问题,通过遗传算法随机生成初始拓扑构形,采用启发式算法检查并修正拓扑构形;以方钢钢管截面型号、拓扑变量、混凝土强度等级为优化变量,以结构造价最低为优化目标,建立基于独立拓扑变量的拓扑优化数学模型,提出一种基于拟满内力遗传算法的方钢管混凝土桁架结构拓扑优化方法;拟满内力遗传算法初始总群中部分个体由拟满内力算法的优化解产生,并且将拟满内力算法作为算子加到遗传操作后运行;同时对传统遗传算法的罚函数进行改进,提高遗传算法运行效率;通过算例对12杆桁架结构优化前、后模型及拓扑优化结果进行对比。结果表明：相对于拟满内力算法与遗传算法,所提出的方法应用于方钢管混凝土桁架结构拓扑优化总造价更低;拓扑优化后的结构杆件较少,并且各杆件均已充分发挥承载能力,拓扑优化效果明显改善。     

考虑相对滑移钢-混凝土结合梁内力分析

钢-混凝土结合梁在荷载作用下,混凝土板和钢梁之间将产生相对滑移,导致结构内力的重分配,需考虑相对滑移的影响.采用伽辽金法计算结合梁考虑相对滑移的静力响应,采用正交函数作为位移函数,通过推导出形常数与载常数的计算公式,最后用渐近法计算分析并比较连续结合梁的内力.结果表明:计算简单精度较高.     

混凝土开孔梁变形的等效计算

由于现代建筑结构的高度日益增高,辅助设施也日见普遍,建筑物的开孔是有效的办法．但开孔梁或板的理论研究有其困难的一面,尤其是开孔后变形更无一般的算法．参考他人对混凝土开孔梁变形的研究结果,基于混凝土开孔梁变形特性,即变形曲线受孔的空腹桁架作用明显,变形曲线基本可以看成是同类型实心梁的变形与考虑孔空腹桁架作用产生变形的叠加,从而对由于开孔引起的刚度变化用相应实心梁进行模拟．通过计算相应实心梁的变形,就可以等效地计算出开孔梁的变形,从而给出混凝土开孔梁变形的一个简便而实用的算法．算例结果也表明此计算开孔梁变形的方法是有效的．     

混凝土开孔梁变形的等效计算

由于现代建筑结构的高度日益增高，辅助设施也日见普遍，建筑物的开孔是有效的办法。但开孔梁或板的理论研究有其困难的一面，尤其是开孔后变形更无一般的算法。参考他人对混凝土开孔梁变形的研究结果，基于混凝土开孔梁变形特性，即变形曲线受孔的空腹桁架作用明显，变形曲线基本可以看成是同类型实心梁的变形与考虑孔空腹桁架作用产生变形的叠加，从而对由于开孔引起的刚度变化用相应实心梁进行模拟。通过计算相应实心梁的变形，就可以等效地计算出开孔梁的变形，从而给出混凝土开孔梁变形的一个简便而实用的算法。算例结果也表明此计算开孔梁变形的方法是有效的。     

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。     

空腹桁架刚度分析及合理高度的确定

根据结构等效的原则将空腹桁架等代为实腹梁．指出空腹桁架的变形主要由弯曲变形和剪切变形组成,深入研究了结构主要几何参数对结构刚度的影响规律,推导了空腹桁架最大刚度时桁架高度的确定公式及满足变形要求的节间长度公式,提出了优化结构刚度的一些措施。     

简便计算异形截面弹性基础梁的方法

根据文克勒假定，将梁下土的反力用一系列弹簧来代替，则整个梁的求解转化为计算支承在一系列弹簧支座上的连续梁，运用Newmark数值计算原理，根据梁端边界条件建立线性方程组，从而推导出变截面、变刚度、变地基系数的弹性基础梁的内力及位移。     

轴对称变温下钢管混凝土平面应变问题解析解

为建立钢管混凝土膨胀性能设计目标,应用热弹性力学理论,推导得到了轴对称变温作用下钢管混凝土平面应变问题解析解,并进行了有限元分析;计算得到了钢管混凝土界面脱空间隙理论值、钢管膨胀混凝土的限制膨胀率与自由膨胀率的完全数学关系以及钢管混凝土自应力与自由膨胀率的理论关系;提出并推导得到了钢管混凝土自由膨胀率＂可行域＂.结果表明：理论解析解与有限元分析结果基本一致,验证了解析解的正确性.     

基于U.L列式的带刚臂平面梁元非线性分析

为解决平面梁元在相交处可能存在的刚性连接问题,根据带刚臂平面梁元在受力后的运动和变形特点,基于U.L法推导出两端带任意刚臂的平面梁元的切线刚度矩阵表达式,指出已有文献在推导过程中省略了单元已有内力对切线刚度矩阵附加项的影响,有可能出现在非线性程度较高的时候计算不收敛的问题,给出了不平衡力的精确全量算法,并提供了详细的计算步骤;利用本文的研究成果编制了程序,对无刚臂和有刚臂的平面梁结构进行了几何非线性分析.计算结果表明这种非线性单元列式的正确性和非线性求解过程的收敛性,实用价值较强.     

大跨度钢管混凝土窄拱桥稳定性可靠度分析

铜瓦门大桥是一座主跨238 m、桥面宽10 m、宽跨比1/23.8的中承式钢管混凝土提篮拱桥.该桥设计采用了只由两根钢管混凝土弦杆和钢管腹杆组成的平面桁架拱肋.稳定安全性成为该桥结构设计的控制因素.首先根据钢管混凝土拱桥主要理论,在充分考虑材料性能、结构几何参数和计算模式的不定性基础上,建立了拱肋5个典型截面稳定性失效模式下的功能函数,获得了拱肋局部稳定性的可靠指标,各可靠指标均满足公路桥梁结构构件安全等级为一级的延性破坏目标可靠指标要求.然后采用与结构可靠度几何法相结合的响应面样本选取的新方法,进行了整体稳定性的可靠度研究,计算结果为平面桁架式拱肋的应用提供了理论基础,并进一步证明平面桁架式拱肋为大跨度钢管混凝土窄拱桥提供了一个有效的竞争方案.     

用卡氏定理推求平面梁单元刚度系数

采用卡氏定理求解平面梁单元的端内力与梁端位移之间的关系－刚度系数,简洁易行,尤其是推导梁单元具有弹性支承时的单元刚度系数。     

用卡氏定理推求平面梁单元刚度系数

采用卡氏定理求解平面梁单元的端内力与梁端位移之间的关系——刚度系数,简洁易行,尤其是推导梁单元具有弹性支承时的单元刚度系数．     

HPFL加固受火RC梁刚度及挠度研究

结合国内外对火灾后钢筋混凝土结构中混凝土和钢筋力学性能的研究,分别采用三台阶模型和二台阶模型对火灾后混凝土和钢筋的弹性模量进行简化计算.根据简化计算模型和等效弹性模量法,对受火后钢筋混凝土梁截面的弹性模量进行等效,得到受火后钢筋混凝土梁截面的弹性模量.根据有效惯性矩法,对高性能复合砂浆钢筋网加固受火RC梁开裂前和开裂后的截面进行等效换算,将受拉区钢筋和全截面的高性能复合砂浆钢筋网换算成弹性模量为混凝土弹性模量的换算截面.在考虑剪切变形影响的前提下,对高性能复合砂浆钢筋网加固受火RC梁的截面刚度和挠度进行理论推导,并结合实验数据验证理论公式的合理性.分析结果表明,推导所得的计算公式与试验数据基本吻合.     

预应力钢纤维混凝土梁纯扭作用下极限扭矩计算方法

根据预应力钢纤维混凝土梁的受力特点,考虑预应力和钢纤维对梁抗扭强度的影响,利用变角度空间桁架模型通过理论推导得出预应力钢纤维混凝土梁在纯扭作用下的极限扭矩计算公式并与已有的试验进行了比较。该公式将预应力和钢纤维的作用等效为纵向和横向钢筋的面积来进行计算,具有概念明确,推导过程清晰,精度较高,与普通混凝土梁的极限扭矩计算公式衔接好等优点,可以方便的应用于结构设计及计算。     

不同失效模式下平面张弦梁结构受力全过程刚度变化

针对现有关于平面张弦梁结构受力全过程中刚度变化规律研究不够系统化的不足,采用理论推导、有限元分析和试验验证等策略对此问题进行深入分析.首先,运用一阶方法推导简化平面张弦梁结构模型在外荷载作用下的跨中竖向位移和杆件内力的计算公式.在此基础上,研究上弦抗弯刚度及上下弦轴向刚度比这2个参数对结构竖向整体刚度的影响规律.最后,分析多个平面张弦梁结构模型在受力全过程中的刚度下降程度.结果表明:当各参数在常用范围内取值时,上弦抗弯刚度对结构整体刚度的影响不大.该结构的多种承载破坏模式均具有脆性破坏的特征.     

钢筋混凝土压弯剪扭构件的扭转刚度

城市立交桥、公路桥等的钢筋混凝土受扭构件是整个超静定体系的一个组成部分.在外荷载作用下,超静定结构中各截面内力要发生重分布,要确定这些构件的内力,必须知道构件的扭转刚度.据此运用虚功原理和变角空间桁架理论推导了钢筋混凝土压弯剪扭构件的扭转刚度计算式,并将计算数据与试验结果进行了对比分析.分析结果表明,该公式概念清晰,含义明确,符合情况良好.     

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压中长柱极限承载力研究

根据内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土的特点,通过引入混凝土强度折减系数和等效约束折减系数,将内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土等效为内置CFRP圆管的圆钢管高强混凝土.进而,在统一强度理论的基础上,推导出内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压构件的强度承载力.通过引入整体稳定系数,推导出内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压中长柱的稳定极限承载力公式.将该公式的计算结果与试验结果进行了比较,结果表明该理论公式是正确可行的.理论公式以期能为工程应用提供帮助.     

新型板桁架组合梁承载力分析

为研究新型板桁架组合梁的承载力与挠度设计方法,基于简化塑性理论推导出了组合梁极限承载力计算公式。利用有限元软件对混凝土强度、混凝土板厚度、混凝土板宽、压成型钢板厚度、下弦杆截面积、梁高等设计参数进行研究,验证了承载力公式的适用性,并讨论不同参数对于极限承载力的影响。将板桁架组合梁挠度等效为空腹虚拟梁的弯剪变形挠度和虚拟桁架梁剪切变形挠度,在虚功原理基础上推导出挠度计算公式,并利用有限元方法与挠度计算公式进行对比分析,结果表明：极限承载力计算公式、挠度公式与有限元实测值拟合程度良好,验证了公式的准确性与适用性;混凝土板宽度、混凝土强度、梁高、下弦杆截面积、混凝土板厚度对极限承载力影响较大,各参数增加一倍,板桁架组合梁极限承载力分别提高28%、32.7%、35%、41.4%、47.6%;压成型钢板厚度对极限承载力影响几乎忽略不计。     

考虑桩土共同工作的桩基承台梁内力分析

针对梁下土体和基桩刚度对承台梁内力的影响进行研究,采用分层荷载传递法进行基桩刚度计算,建立起考虑桩土共同工作的承台梁内力计算理论,就理论与实际的差异,提出用水平割线法对基底反力进行调整,并以纽玛克数值计算法为计算基础开发出相应的计算软件。