矫直过程截面复杂反弯的应力分布与反弯特性解析

为了深入研究和认识辊式矫直过程中截面的反弯特性,研究存在弹塑性弯曲历史的截而弯曲过程,采用工程弹塑性力学基本理论,建立合理的辊式矫直复杂弯曲力学模型.解析证明经历二次反弯的截面应力形式应当由两次弯曲参数构成的平面方能进行描述,二次反弯过程截面的弯矩(M)与曲率比(C)的关系实际为包含两次弯曲的2个弯曲参数的复杂函数.通过对经历二次反弯的截面应力分布与反弯特性的解析,证明辊式矫直过程中经历多次弹塑性弯曲的截面受变形历史的影响,其应力分布函数及M-C关系都不再是简单关系,而是包含全部弯曲历史参数的复杂函数形态.解析结果表明:辊式矫直过程中经历二次反弯的金属条材截面弹性极限弯矩值下降,弯曲所需弯矩减小,弯曲回弹比增大,工程应用时应对相关工艺参数进行相应调整.     

砂土中循环荷载与单调荷载组合作用下斜桩水平承载变形特性

针对斜桩基础受风荷载作用的工况,分析水平循环荷载对其承载变形特性的影响。通过室内干砂中的模型试验,研究了斜桩在经历水平循环荷载后再承受单调水平荷载时的承载变形性状,与仅在单调水平荷载作用下斜桩的性状进行了比较,分析了循环荷载幅值大小对斜桩水平极限承载力、桩身轴力、弯矩及剪力的影响。结果表明:斜桩先经历循环荷载后再承受单调水平荷载比仅受单调水平荷载作用时的水平极限承载力有一定程度的提高,提高幅度10%～14%;水平荷载作用下,正斜桩桩身全长受拉,负斜桩桩顶下一定长度区段受压,其余区段受拉;经历循环荷载后再受单调水平荷载作用比仅受单调水平荷载作用时斜桩的桩身最大轴力大,正倾斜桩的最大轴力大于负倾斜桩,两者桩身轴力最大值均在距桩顶约4.5d(d为桩径)的桩身截面;斜桩桩身的弯矩主要出现在桩顶下约15d的桩身长度范围内,经历循环荷载后再承受单调水平荷载的斜桩与仅承受单调静载时斜桩的最大弯矩基本相当,最大弯矩截面距桩顶距离均约为4.5d;负斜桩的桩身最大弯矩大于正斜桩,前者约为后者的1.4倍;经历循环荷载后再受单调水平荷载作用和仅受单调水平荷载的斜桩,其桩身最大剪力均在桩的顶部,并且在桩顶下方7.5d处存在极值剪力。     

等截面连续梁的三弯矩方程的新形式

本文采用奇异函数建立简支梁的挠曲线方程，进而推出等截面连续梁的三弯矩方程的新形式。本方程比传统的三弯矩方程简捷方便。     

材料力学课程教学中的几个极值问题

极值问题是材料力学课程教学中经常遇到的问题。本文对材料力学课程教学中的几个极值问题进行了分析和研究。研究表明,空心圆轴抗扭截面系数是其外径的单调函数,外径越大,其抗扭截面系数就越大;对于某些截面来说,截去部分材料反而会使整个结构的抗弯能力增强;工程上常见的只承受集中载荷的双向弯曲梁的最大的弯矩只会出现在集中力作用的截面。教学实践表明,利用学生已经掌握的数学物理知识推导力学理论和公式,并将这些理论和公式结合工程实际进行分析,能够有效地激发和提高学生的学习兴趣,取得良好的教学效果。     

约束混凝土柱升降温全过程弯矩分析

利用SAFIR程序,开展了约束混凝土柱的升降温全过程弯矩分析。考察了截面边长、配筋率、升温时间、转动约束刚度比等参数对ISO834标准升降温过程作用下约束混凝土柱半高处弯矩的影响规律,并与单调升温时的相应规律进行了对比。通过192种工况的计算分析,建议给出了该类构件半高处弯矩变化系数的实用计算方法。研究结果表明：①升降温过程中,无转动约束柱的半高处弯矩变化系数呈现出先逐渐增大而后缓慢降低并渐趋平缓的变化趋势,明显不同于单调升温时的一直增大现象。②升降温过程中,转动约束柱的半高处弯矩变化系数首先迅速减小继而缓慢降低并渐趋平缓,单调升温时的变化趋势与此基本类似,但后期可能出现变化系数增大的现象。     

基于Lagrange乘数法的钢筋混凝土矩形截面单筋梁截面优化

以工程成本为目标函数,以截面有效高度为设计变量,考虑弯矩设计值、截面尺寸、配筋率等约束条件,建立了钢筋混凝土矩形截面单筋梁的优化模型.采用Lagrange乘数法对优化模型进行求解,通过算例证明该方法的有效性,为优化提供新的思路.     

钢筋混凝土梁的损伤评估

基于刚度下降提出了一种混凝土损伤指标,可直接表示为应变的函数．建立了截面弯矩与截面变形及损伤与截面变形之间联系的一般公式,对简支梁在不同配筋和加载情况下进行全过程损伤分析,说明了本方法的可行性及其与实际现象的一致性．     

约束混凝土柱升降温全过程的弯矩分析

利用SAFIR程序,进行了约束混凝土柱升降温全过程的弯矩分析,考察了截面边长、配筋率、升温时间、转动约束刚度比等参数对ISO834标准升降温过程作用下约束混凝土柱半高处弯矩的影响规律,并与单调升温时的相应规律进行了对比.通过对192种工况的计算分析,给出了该类构件半高处弯矩变化系数的实用计算方法.研究结果表明:升降温过程中,无转动约束柱的半高处弯矩变化系数呈现出先逐渐增大再缓慢降低后渐趋平缓的变化趋势,明显不同于单调升温时一直增大的现象;升降温过程中,转动约束柱的半高处弯矩变化系数首先迅速减小继而缓慢降低后渐趋平缓,单调升温时的变化趋势与此基本类似.所提出的方法具有较高的精度,公式计算值与程序计算值的相关系数达0.992.     

多跨连续斜桥动力特性分析

为了解多跨连续斜桥振动频率的变化规律和冲击系数的合理取值,建立了等截面多跨斜桥振动频率求解的递推算法和斜桥振动分析的有限元列式,比较了等跨径多跨连续斜桥和不等跨径多跨连续斜桥前5阶频率的变化,分析了两跨连续斜桥的车-桥振动,给出了跨中截面挠度、弯矩的时程曲线,考察了斜度对挠度和弯矩的影响、挠度和弯矩的冲击系数随车速、斜度的变化。算例结果表明,等跨径多跨连续斜梁基频与单跨斜梁一致,单跨斜梁的高阶频率分布在多跨斜梁的高阶频率中,其间夹杂有其它振型频率,随着跨数的增加,夹杂的振型频率也越多;斜度对斜桥动力特性有重要影响;车辆的冲击效应与车速、斜没之间没有单调变化规律;挠度和弯矩的冲击系数不同。     

钢-混凝土混合变截面连续梁桥钢箱梁段合理长度研究

为简便估算恒载作用下钢-混凝土混合变截面连续梁桥的合理钢箱梁段长度,基于现有三弯矩方程推导适用于变截面连续梁的改进三弯矩方程;建立基于改进三弯矩方程的变截面连续梁弯矩简化计算方法,构建不同跨径的变截面钢-混凝土混合标准连续梁桥,并给出其钢箱梁段合理长度的预估公式.研究结果表明:基于改进三弯矩方程的变截面连续梁弯矩计算结...     

结构位移计算的新方法及其应用

通过积分运算，给出了仅用区段端点的弯矩，剪力，轴力表示的统一位移简便计算式代替图乘法或内力函数式分段积分，使求指定截面的位移简捷，方便，根据挠度，转角，弯矩的微分关系与弯矩，剪力，均布荷载微分关系相同的原理，提出了以弯矩为“荷载”，绘制结构位移图的实用方法，通过举例说明了位移简便计算式指定截面位移，力法方程系数自由项的优越性以及“弯矩荷载法”在绘制结构位移图，位移影响线，结构最大动力位移图等方面的应用。     

超静定变截面梁极限载荷的优化算法

目的针对超静定变截面梁结构的极限载荷求解问题,提出一种新的无约束优化算法.方法以待求极限载荷、多余约束力和截面最大弯矩处的对应坐标为设计变量,以不同坐标位置的工作弯矩与对应极限弯矩关系和剪力需要满足的条件构建目标函数,采用多维Powell的无约束优化原理,并将设计变量无量纲转化,应用Fortran-Power Station语言编制优化算法程序,进行算例分析求解,并对数值解和程序计算对比分析.结果运用优化程序计算分析,在给定收敛精度条件下,获得超静定变截面梁的极限载荷大小,梁上产生极限弯矩的坐标以及梁的多余约束力的大小.结论提出的极限载荷的优化算法有效地解决了复杂变截面梁极限载荷的精确计算问题,具有实用性和可行性.为复杂工程变截面结构问题的极限载荷求解提供依据.     

复杂结构地震波输入最不利方向标准问题

在确定地震波的最不利输入方向的结构地震分析中 ,最困难的就是确定最不利输入方向的标准 .为此 ,在研究和评价基础上 ,对用屈服面函数判断得到截面最不利受力状态和用截面主轴弯矩最大值来设计或检算这两种方法进行了进一步的探讨 ,提出了在静载叠加情况下的安全系数范围     

阶梯形变截面压杆临界荷载的一种较精确算法

用瑞利-里兹法计算压杆临界荷载时,需要假设挠曲线函数。对于阶梯形变截面压杆,若对整个结构取一个统一的挠曲线函数,虽然在截面突变点位移和转角保持连续,但弯矩不连续,导致计算精度不高。通过在压杆不同等截面杆段,分别假设不同的挠曲线函数,即分段挠曲线函数,可以同时满足以上三种连续条件,其精度较整个结构取一个统一的挠曲线函数有大幅度提高,是计算阶梯形变截面压杆临界荷载的一种较精确方法。     

变截面波形钢腹板组合梁剪力滞效应

为了求解变截面波形钢腹板组合梁截面的剪力滞效应,研究了剪力滞翘曲位移函数模式,证明了按二次抛物线定义翘曲位移函数具有较高的求解精度。基于最小势能原理,利用变分法,推导了等截面波形钢腹板组合梁截面的翘曲位移函数的计算公式;在此基础上,运用差分法,进一步推导了变截面波形钢腹板组合梁截面的翘曲位移函数、附加弯矩、挠度以及剪力滞系数的递推计算公式。研究结果表明:按二次抛物线形式定义广义纵向位移函数对于变截面波形钢腹板组合梁同样可行;宽跨比是个敏感参数,差分法可用于求解任意荷载、任意边界条件下的变截面波形钢腹板组合梁截面的剪力滞系数。最后利用工程实例实测结果和有限元计算结果加以验证,3种方法所得结果吻合。     

钢-混凝土组合梁正弯矩区截面的组合抗剪性能

为研究钢混凝土组合梁正弯矩区的复合抗剪能力 ,对 16根密实截面钢混凝土组合梁的组合抗剪性能进行了试验研究。试件全部简支 ,跨中两点对称单调静力加载。试验结果表明 ,钢混凝土组合梁截面的组合抗剪承载力为现行有关规范计算值的 1.0 6～ 2 .88倍 ;为同剪跨比 (剪跨比为 1.0和 2 .0时 )纯钢梁的 1.2 6～ 1.72倍。混凝土翼板对组合梁的抗剪承载力有明显的贡献。组合梁的破坏形态不仅与组合梁的剪跨比有关 ,而且与钢梁的剪跨比有关     

基于剪力滞效应研究箱型梁的附加弯矩和挠度

利用多项式建立箱型梁剪力滞效应分析的一维离散有限元模型,通过箱型梁翼缘板的纵向转角位移差函数建立附加弯矩和附加挠度计算公式,计算分析宽高比、宽跨比、高跨比等因子对箱型梁截面的附加弯矩和附加挠度的影响。结果表明,利用一维离散有限元法计算分析箱型梁附加弯矩和挠度的精度较高,结果可靠。箱型梁宽跨比或宽高比增大时,剪力滞效应所产生的附加弯矩对箱型梁的影响随之增大。箱型梁翼缘宽度对附加弯矩和附加挠度的影响较大,而箱型梁高度能够显著提高箱梁截面的抗弯刚度。     

铝合金板式节点受弯滞回性能试验研究

为研究铝合金板式节点的受弯滞回性能,并与静力性能进行比较,完成了4个足尺试件的滞回加载及单调加载试验,并采用通用有限元软件ABAQUS对试验加载全过程进行数值模拟,得到了铝合金板式节点的破坏模式、弯矩-转角关系及耗能能力.采用分配梁对两杆进行对称加载,节点域为纯弯段.研究结果表明铝合金板式节点为典型半刚性节点,根据受力过程可分为弹性阶段、螺栓滑移阶段、孔壁承压阶段和破坏阶段,并得到节点弯矩-转角关系曲线.节点破坏模式为杆件净截面拉断,裂缝由杆件端头最外排螺孔处开始扩展.节点在破坏前无明显预兆,为典型脆性破坏,荷载-位移曲线没有下降段.节点滞回加载的骨架曲线与单调加载曲线接近,但滞回加载过程节点的累积损伤,导致节点延性低于单调加载.增加螺栓数量可改善节点耗能性能,使滞回曲线更加饱满.     

基于改进三弯矩方程的钢-混凝土混合变截面连续梁桥钢箱梁段合理长度研究

为简便估算恒载作用下钢-混凝土混合梁变截面连续梁合理钢箱梁长度,基于现有三弯矩方程推导了适用于变截面连续梁的改进三弯矩方程,建立了基于改进三弯矩方程的变截面连续梁弯矩简化计算方法,并采用MATLAB软件编制了计算程序。构建了不同跨径的变截面钢-混凝土混合连续梁桥标准结构,运用改进三弯矩方程分析了恒载作用下不同跨径钢-混凝土混合连续梁桥关键截面弯矩随钢箱梁段长度变化的规律,建立了主跨跨径150m~300m间钢-混凝土混合变截面连续梁桥钢箱梁段合理长度预估公式。不同跨径的钢-混凝土混合连续梁的墩顶负弯矩和跨中正弯矩均随钢箱梁段长度的增大而减小;主跨跨径150m、200m、250m、300m的变截面钢-混凝土混合连续梁桥钢箱梁段长度与主跨跨径的比例分别为0.35、0.40、0.40、0.45时,主跨跨中正弯矩减小趋势变缓;研究结果表明：基于改进三弯矩方程的变截面连续梁弯矩计算结果与有限元计算结果的偏差小于10%,可便捷且准确地计算恒载下变截面连续梁弯矩;预估公式计算得到的钢箱梁段合理长度与实桥使用的钢箱梁段长度之间的误差在12.5%以内,预估公式具有良好适用性。     

圆形截面杆纯弯曲回弹弯矩的计算

分析了圆形截面梁（杆）弹塑性纯弯曲回弹应力应变的变化过程,利用回弹应力应变函数、平衡条件和变形协调条件求出回弹曲率（公式[4]及回弹弯矩（公式[5]）。发现经典纯弯曲理论把塑性弯曲时回弹弯矩定义成弹塑性弯矩,在回弹计算时存在较大理论误差。