Winkler地基上Timoshenko深梁的有限元分析

建立Winkler地基上Timoshenko深梁的初参数解和有限元列式,导出单元刚度矩阵和均布荷载、集中力、集中力偶等非结点荷载的等效公式。根据《材料力学》剪应力分布假定,提出截面剪切修正系数的梯形分块算法,计算T形截面的剪切修正系数。运用建立的有限元对弹性地基上变截面阶梯梁、等截面倒T梁的弯曲问题进行计算。分析剪切变形对两端固支弹性地基梁的地基沉降影响。研究结果表明:考虑剪切变形影响与不考虑剪切变形影响计算的悬空长度、最大挠度、最大转角、最大剪力和最大弯矩分别相差48.88%,4.61%,67.17%,43.59%和59.26%,证明剪切变形对弹性地基梁有重要影响。     

三种非线性弹性地基梁的变形和内力研究

研究地基反力与地基梁挠度成非线性关系对长、中、短3种类型地基梁的变形和内力的影响。基于实验数据,分别将地基反力与梁的挠度拟合成线性关系和三次多项式关系;然后采用有限差分法和牛顿迭代法编程,解出非线性弹性地基梁和经典线弹性地基梁的挠度、转角、剪力和弯矩随地基梁长度变化的曲线。算例计算表明:对于短梁,非线性弹性地基梁和经典线弹性Winkler地基梁的变形和内力一致;对于中、长梁,二者的相对误差可达到10%~20%,因此在实际工程中应尽量考虑地基反力与沉降的非线性关系;中等长度非线性弹性地基梁和线弹性地基梁变形和内力的相对误差随梁长度变化而变化,而对于长的地基梁二者的相对误差不随梁长度改变而变化。     

溶槽地段隧道地基梁的结构分析与优化设计

介绍隧道遇到溶槽时采用地基梁穿越的结构方案;利用Winkler地基上Timoshenko梁理论分析地基梁的极值内力、位置和变形;比较不同支承长度对地基梁弯矩、剪力分布的影响;提出极值弯矩比相等的支承长度优化目标;分析溶槽地段填充物的基床系数和沉降对地基梁受力的影响.研究结果表明:Winkler地基梁采用Euler梁理论分析时将低估地基的支承作用;2种不同地基介质的交界处是地基梁剪力最不利位置,最大负弯矩发生在支承段且靠近地基介质交界处,最大正弯矩发生在溶槽内;溶槽填充物的沉降显著改变地基梁受力,完全悬空时地基梁最不利正、负弯矩分别改变41.56和37.52倍,最不利正、负剪力分别改变32.67和12.55倍,设计和施工时应重视此问题.     

任意分布荷载作用下Winkler地基梁计算

根据弹性理论和叠加原理,给出了在任意分布荷载作用下,Winkler地基梁的沉降、转角、弯矩和剪力分布计算方法.首先将待求梁转化为无限长梁,求出对应的边界条件力;然后求该无限长梁在分布荷载和相应边界条件力作用下的解,将两部分进行叠加从而得到无限长梁解答,并可以得到沉降、转角、弯矩和剪力.该解答可与基于集中力荷载作用下的Hetenyi解答进行叠加,以解决多种荷载类型作用下的Winkler地基梁问题.     

地铁隧道开挖中地下管线的内力和变形分析

以Winkler弹性地基梁理论为基础,针对地铁开挖过程中地下管线的受力作用和变形作用进行分析,并在考虑地基扩散作用影响下构建地下管线挠度位移、转角、弯矩和剪力的表达式,定量分析地基扩散角与埋深对地下管线变形的影响.经理论分析证明:地下管线最大挠度出现在沉陷区域中间,沉陷区两端边缘处集中了最大弯矩和剪力,地基扩散角与管线的埋置深度均对管线最大挠度有重要影响.     

考虑剪力连续性条件的Winkler地基梁计算

为了得到复杂条件下Winkler地基梁的解析解,给出了Winkler地基梁单元间的变形、转角、弯矩和剪力协调性条件。利用梁端弯矩与剪力边界条件,建立了弹性地基梁在刚度、梁宽和基床系数分段不同时,在集中力、集中力偶和局部线性分布荷载共同作用下的基本方程。并以算例的形式,进一步验证了本方法在求解该类地基梁作用有多种荷载时的正确性。由于方法充分利用了梁单元间的剪力连续性条件,因此不需要迭代。算例表明,对于仅有集中荷载作用的等刚度梁,本方法的计算结果与Hetenyi有限长梁的计算结果完全一致。     

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.     

广义支承端弹性地基梁的基本解及应用

为了解决弹性地基梁在不同边界条件下,和不同的荷载工况下需要分别进行求解这一难题,引进了广义支承端弹性地基梁的概念,选择了其对应的基本系统,推导了基本系统的基本解。在基本系统与实际系统之间,采用修正的功的互等定理法,得到了具有广义支承端的实际系统的挠度曲线。通过具体算例,计算了两端刚性固定受均布荷重作用的弹性地基梁的挠曲线、转角、弯矩和剪力方程。研究结果表明:广义支承端弹性地基梁涵盖了实际可能存在的弹性地基梁的各种边界条件,及尽可能多的荷载工况,工程中遇到的实际弹性地基梁问题都是它的特例,因此运用该方法可以直接得到某一具体弹性地基梁问题的解答,而无需进行复杂的推导计算。     

理论模型计算爆炸荷载作用下简支梁动力响应

根据爆炸动力与振动力学理论采用Euler梁模型与改进的Timoshenko梁模型分别分析了简支梁的动力响应.爆炸荷载被简化为三角形荷载.爆压计算公式采用J.Henrych公式.结果表明简支梁的动力反应包含2个阶段,分别为受迫振动阶段(弹性和塑性)和自由振动阶段.建立挠度应力方程用来判断梁的屈服.通过计算分析可知,与Euler梁结果相比,有限元计算结果相对更接近于Timoshenko梁模型计算结果.这是由于修正Timoshenko梁理论中考虑了剪切惯性效应的缘故.考虑实际工程中梁支承端部的约束形式对梁受荷载作用的影响,将端部约束简化为含有弹簧与阻尼共同作用的模型,研究弹性支撑系数、弯矩抵抗系数及阻尼系数参数变化对控制位移的影响.     

抛物线荷载下双参数弹性地基梁的计算

采用双参数地基模型来改进Winkler地基模型,并用有限差分法求解任意线荷载下的地基梁的微分方程,得到便于工程计算的线性方程组;通过变换参数和荷载,进一步研究参数和荷载对弹性地基梁挠度的影响,探讨地基与梁的共同作用的一般规律。采用双参数的理论较Winkler模型,计算较简便,也更符合地基受力、变形特点。     

考虑水平力作用的改进型文克勒地基模型

针时文克勒地基模型不能计算在水平力作用下的弹性地基梁的不足,提出了改进的文克勒地基模型．依据文克勒基本假定,考虑水平力对梁剪力和弯矩产生的影响,采用位移法推导出弹性地基梁梁单元劲度矩阵的修正项,形成可以用于计算承受水平力的弹性地基梁梁单元劲度矩阵,并编制了相应的有限元计算程序．计算表明,采用本模型计算承受水平力作用的弹性地基梁,可以进行合理的结构设计．     

考虑双重剪切的弹性地基梁分析

考虑地基的抗剪能力和梁的剪切变形影响,建立了双参数地基Timoshenko梁的平衡方程,导出了初参数解和传递矩阵法,利用初参数解建立了有限元列式.当地基的抗剪劲度为0时,双参数地基可退化成Winkler地基,当梁的抗剪劲度无穷大时,Timoshenko梁可退化成Euler 梁.利用本文有限元法分析了双参数地基倒T形Ti...     

置入Winkler弹性地基内梁的精化理论

将Cheng精化理论推广到置入Winkler弹性地基内梁的研究当中,对Winkler弹性地基内的梁进行了精确的分析,给出其精化理论。将梁内的位移利用中线上位移及其沿梁厚方向的梯度表示出来,并获得梁内应力张量。再利用Winkler弹性地基条件和Lur’e算子方法,获得弹性地基内梁的控制方程,该控制方程比其他理论更精确。     

连续梁式吊具的吊点设计

在吊运细长金属杆件时，须用专门设计的连续梁式吊运装置，以减小其挠度．吊具和吊运对象构成了两根超静定连续梁，每一梁的挠度变化均将影响另一梁的载荷和挠度．本文介绍了连续梁式吊具的吊点设计方法，包括吊点的数量确定和位置优化，使得细长柔性杆件吊运作业时能达到较为苛刻的设计要求．用迭代法求解两根超静定连续梁之间的变形和作用力，以吊运对象全长上的最大挠度差为目标函数，可对吊点位置进行优化，使得吊运对象最大挠度差值被控制在允差范围之内     

隧底溶洞对衬砌结构力学行为的影响

基于考虑地基剪切变形的Pasternak弹性地基梁理论,推导了无仰拱隧道拱脚处地基梁的位移和内力计算公式,对比分析了Pasternak模型和Winkler模型计算结果,与现场监测结果对比,并基于Pasternak模型研究不同介质压缩模量及不同溶洞规模情况下衬砌的变形受力状态.研究结果表明:Pasternak模型的计算结果比Winkler模型偏小,更符合实际变形受力情况;在溶洞和围岩的交界处衬砌存在明显的反弯点,且交界处剪力最大;溶洞填充物压缩模量与围岩压缩模量比值小于等于0.5时,溶洞段衬砌位移和内力急剧增加;溶洞规模对衬砌位移和剪力影响显著,长度8 m以上溶洞对衬砌结构危害性较大.     

十字交叉梁基础合理基础底板宽度的计算方法

以文克尔地基梁的计算理论为基础 ,讨论了基础底板宽度对基础梁刚度的影响以及基础梁刚度对正交十字交叉基础荷载分配的影响 .建立了满足地基承载能力要求的基础底板宽度的计算公式 ,运用迭代法可以较方便地求出基础底板的宽度 ,从而克服了工程设计中初设底板宽度与柱荷载分配不一致的情况 .     

混凝土芯水泥土搅拌桩在基坑支护中的应用

介绍了一种新型的桩形———混凝土芯水泥搅拌桩支护基坑的方法.以南京大学港龙园高层公寓为例,根据其基坑支护影响范围内土层情况,采用门型混凝土芯水泥土搅拌桩进行深基坑支护,给出了门型混凝土芯水泥土搅拌桩的主动土压力、被动土压力、支撑轴力、弯矩以及支护桩长的计算方法,为以后的基坑支护应用提供设计方法.     

冲击荷载作用下高强钢筋混凝土梁性能试验

为深入探讨冲击荷载作用下高强钢筋混凝土(RC)配筋梁的抗冲击性能,利用落锤试验机对6根简支RC梁进行了试验研究,分析了不同冲击锤质量和冲击能量下高强钢筋混凝土梁的抗冲击行为.采用高速摄像机记录了各试件在冲击过程中裂缝发生的过程,记录并分析了冲击力、支座反力和跨中位移时程曲线的特征.结果表明:冲击荷载作用下,剪切机理在结构整体反应中发挥重要作用,静态抗弯设计的梁也会出现明显的对称剪切裂缝,试件基体混凝土强度对整体反应影响不大,但能减小试件局部破坏程度;在已有数据与相关文献的基础上,建立了一个冲击荷载作用下试件最大跨中位移与试件本身抗弯承载能力之间的关系,用于验证两端简支的配筋RC梁(剪弯比1)的抗冲击性能;冲击荷载作用下,在外力传导至支座处之前的初始反应阶段,RC梁承受的冲击力基本被自身的惯性力所抵抗.结构自身的刚度和跨度是影响构件抗冲击能力的一个重要因素.     

正断层作用下高承台群桩基础的破坏机制数值模拟

基于FLAC^3D有限差分软件,模拟正断层错动下高承台群桩基础的破坏过程,分析上覆砂土和群桩的相互作用,对比相同条件下1×3群桩和3×3群桩破坏机制的差异.计算结果表明:正断层错动作用下,1×3群桩的存在对土体破裂带的扩展影响较小,土体剪切带仍保持80°倾角向上发展,在地表形成一条陡降带,而3×3群桩则明显改变破裂带的发展轨迹,使得土体剪切带在中间基桩的桩端位置发生分叉,在地表形成两条陡降带;正断层错动使得群桩向上盘一侧倾斜,1×3群桩和3×3群桩的承台位移和倾斜没有明显差异,其数值计算结果和理论计算结果保持一致;基岩错动使得基桩间承担的竖向荷载发生重分布,中间基桩受拉,竖向荷载向两侧基桩转移;随着基岩错动量的增加,1×3群桩和3×3群桩具有相同的轴力和弯矩发展规律.