考虑索端刚臂的斜拉桥空间拉索非线性分析

为解决斜拉桥空间拉索在塔和梁上锚固点的刚性连接计算问题,在基于微分法导出考虑垂度效应的非线性空间杆元切线刚度矩阵的基础上,根据索端刚臂在受力后只有刚体运动而本身不变形的特点,将刚臂视为空间矢量,利用空间矢量有限转动公式及微分方法,导出了结构坐标系下刚臂两端的位移之间和杆端力之间的总量及增量关系.最终获得两端带任意刚臂的斜拉索空间杆元切线刚度矩阵表达式,编制了相应的斜拉桥几何非线性有限元计算程序,对经典桁架算例、带刚臂的三杆空间桁架和施工阶段的斜拉桥进行了空间几何非线性分析.计算结果表明:本文方法能解决斜拉桥空间拉索在塔和梁上锚固点的刚性连接计算问题,为斜拉桥进行几何非线性精细分析提供有力工具.     

基于UL列式的带刚臂平面杆元非线性分析

为了解决平面杆元在相交处可能存在的刚性连接问题，根据带刚臂平面杆元在受力后的运动和变形特点，基于UL法，推导出两端带任意刚臂的平面杆元的切线刚度矩阵．利用该研究成果编制了程序，对无刚臂和有刚臂的平面杆结构进行几何非线性分析．计算结果证明了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．     

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.     

基于精确解析解的索单元

完善了基于悬索精确解析解的两节点平面索单元，包括带节间集中力的索单元、两端带刚臂的索单元．从理论上推导了空间索单元的平面外刚度系数，并通过坐标转换矩阵将空间索单元统一到平面索单元上，也可考虑在组合均布荷载作用下的索单元．这种索单元可用于悬索桥、斜拉桥等结构的非线性有限元分析中．通过两个算例的计算表明，该方法是精确有效的．     

带刚臂和弹性段的平面组合索单元

为在斜拉桥的有限元模型中高效地模拟斜拉索,建立了带刚臂和弹性段的平面组合索单元.两个刚臂位于单元的端部,单元的节点分别与塔柱和主梁上的对应节点固接.索的钢套筒部分视为弹性段,中间索段视为弹性悬链线,弹性段的内力沿接点处弹性悬链线的切线方向.首先利用弹性悬链线的解析解建立了索体的投影方程和刚度矩阵;利用刚臂两端位移转换关系,对组合单元的节点力微分,得到了组合索单元的刚度矩阵.算例分析证明了公式推导及编程的正确性.     

索结构几何非线性分析的悬链线索单元法

基于索的基本假定和悬链线平衡方程,通过对沿索曲线均布荷载作用下的索段分析,得到了索端力和索的几何线形之间的对应关系;进一步通过索单元的柔性迭代分析,获得了内力改变和位移增量之间的关系,进而得到索单元的刚度矩阵和节点力,从而建立起了空间悬链线索单元的几何非线性有限元分析方法.经典算例结果证明了空间悬链线索单元的正确性,同时具有较高的精度,可为大跨度悬索桥、斜拉桥以及张拉结构等几何非线性较强的结构精确分析提供强有力的计算工具.     

几何非线性平面梁考虑收缩徐变的算法研究

针对混凝土斜拉桥等大跨柔性混凝土结构同时存在的几何非线性与收缩徐变问题,基于微分法导出了随转坐标系下平面梁在大转动小应变时的几何非线性平衡方程,该方程已计入初应变效应.结合初应变法计算混凝土梁收缩徐变等效节点力有限元列式,利用节点力之间和节点位移之间全量及增量的关系,获得结构坐标系下平面梁单元几何非线性分析中考虑收缩徐变效应影响的实用算法,并给出了详细的计算步骤.对某大跨径混合梁斜拉桥混凝土桥塔进行了考虑混凝土徐变效应的几何非线性分析,计算结果表明本文提出的算法能较好解决上述问题,具有一定的工程应用价值.     

带刚臂的钢框架-混凝土核心筒结构的抗震性能分析

对带有刚臂的钢框架-混凝土核心筒超高层结构进行有限元计算分析,并对不同的结构布置和结构内力的突变进行比较分析,研究了刚臂的位置、数量、节点的连接方式改变时,其地震作用下结构地震反应的一般规律.结果表明,在地震作用下,设置一道刚臂的最佳位置在0.466倍房屋高度处;刚臂的数量尽量多设,不仅能减小侧向位移,而且能够减小刚臂处钢柱内力的突变;外围钢框架与核心筒之间采用刚性连接对于结构的抗震性能最有利.     

悬索结构计算方法探讨

文章概述了悬索结构非线性计算理论的两节点直线单元、两节点曲线单元、三节点抛物元以及五节点悬链元模型,并且提出了三种具有一定精度的分别适合于不同条件的索结构计算的ANSYS实现方法,最后对以上诸方法进行了总结与评价.     

斜拉桥静力非线性分析及其索力调整

编制了适合斜拉桥计算的平面杆系线性与非线性分析的程序，探讨了单塔密索斜拉桥缆索的非线性与大位移（小应变）几何非线性，并应用稳定张拉力法与加一对力法研究了斜拉桥恒载索力调整以及索施工阶段张拉力的计算．同时对上述各项均作了线性与非线性分析的比较，从中得出有价值的结论．     

U型插板钢管连接节点承载力特性的非线性有限元分析

基于4个U型插板钢管连接节点的承载力特性的试验研究,考虑材料非线性和几何非线性,对U型插板钢管节点的承载力特性进行了非线性有限元分析.比较试验及计算分析得到的钢管连接节点的承载力位移变形曲线,试验结果与计算分析结果吻合较好.由于U型插板钢管节点的焊缝为空间焊缝而处于拉、压、剪的复杂应力状态,对钢管节点连接的极限承载力有较大的影响--降低承载力;分析比较由有限元计算分析得到等效厚度平面焊缝的承载力特性变形特性,得出空间焊缝极限屈服承载力要比一般的平面焊缝屈服极限承载力低,用一般平面焊缝的计算公式计算不合适.     

带预应力筋的平面梁几何非线性精细化分析

针对已有的平面梁单元几何非线性研究文献没有考虑预应力荷载及预应力筋对梁单元刚度贡献的问题,基于共旋坐标法和场一致性原则导出了带预应力筋的平面梁几何非线性分析算法,并进行了算例对比分析。研究结果表明:采用带预应力筋的平面梁非线性算法得到的计算结果与ANSYS程序基于三维单元得到的解吻合良好,且计算量显著减少;对曲线预应力筋及预应力荷载的非保守性等特点也很容易考虑;由于该算法中有限元分析格式与不考虑预应力筋梁单元完全一致,故很方便用于对已有桥梁几何非线性分析程序进行改造,该算法适用于预应力混凝土斜拉桥等大跨桥梁的几何非线性精细化分析。     

钢结构半刚性连接弯矩-转角关系模型研究

承受弯矩作用的钢结构半刚性节点可离散为两端通过刚性体连接的细观单元并联体,而细观单元体则假定为理想弹脆性体,定义单元体失效数目与总数目之比为损伤变量,根据平衡条件和损伤力学理论,导出了半刚性节点单调受弯时的损伤本构关系模型,分析得出的弯矩-转角关系式仅与节点的初始刚度、极限弯矩及相应的转角有关,该式能反映半刚性节点本构关系的非线性特征,而且与已有试验结果吻合良好.     

半刚性钢框架竖向跨间刚度计算

根据半刚性连接梁单元的转动刚度和传递系数,利用集体分配原理和反弯点法,推导了半刚性连接钢框架的竖向跨间刚度计算公式。实例计算结果表明:在节点连接刚度由刚接变为铰接的过程中,竖向跨间刚度逐渐减小且呈非线性变化;当节点连接为铰接时,竖向跨间刚度为零。文中公式计算结果与sap 2000有限元分析软件的计算结果相近,验证了该计算方法的可靠性。     

双柔性杆机器人力／位置控制的动力学建模

在研究“刚－柔”双连杆受限柔性机器人模型的基础上,通过理论推导建立了力／位置控制问题中的一类平面双柔性杆受限柔性机器人臂的动力学模型,该模型同一般刚性机器人的动力学模型相似,且模型简明、准确。这样有可能利用一般刚性机器人的理论研究结果来研究复杂的平面双柔性杆柔性机器人臂问题。为进一步研究受限柔性机器人力／位置控制问题提供了理论依据。     

钢筋混凝土梁单元双非线性分析的共旋坐标法

针对已有的钢筋混凝土梁单元非线性分析模型采用较多的假定和近似从而导致计算量增大及计算精度下降的问题,基于共旋坐标法建立了考虑材料和几何非线性的任意截面钢筋混凝土梁的数值分析模型.首先利用虚功原理计算共旋坐标系下完全粘结钢筋混凝土梁考虑材料非线性的切线刚度矩阵,再通过结构坐标系与共旋坐标系下节点力之间及节点位移之间的总量关系及微分导出的增量关系,最终获得钢筋混凝土梁在结构坐标系中考虑几何与材料双重非线性的切线刚度矩阵．算例结果表明,本文算法可减少计算量、不累积误差、精度高.     

网壳结构节点体对其承载性能的影响

提出用大位移带刚臂杆元来考虑节点大小对网壳结构承协性能的影响，推导出大位移带刚臂元的影响矩阵，修正了Ｃ．Ｏｒａｎ的梁一柱单元切线刚度矩阵，并对类似的支座节点体进行了同样的推导修正，通过对网壳结构算例的分析计算，证明了文中理论的正确可靠。     

外伸端板半刚性节点的初始刚度和内力分析

钢框架梁柱外伸端板连接节点的半刚性结构力学模型,是一种用已知节点尺寸来预测其M-θ关系的非线性数学模型, 模型中的主要参数是节点初始转动刚度和极限承载力.文章给出了考虑外伸端板半刚性节点连接的线性化模型初始刚度的计算公式,推导了半刚性连接在荷载作用下的内力计算公式,讨论了半刚性连接对框架内力的影响.     

索穹顶结构非线性分析的曲线索单无有限元法

索穹顶结构非线性分析的曲线索单无有限元法唐建民，沈祖炎，钱若军针对目前在国内外引起广泛关注的大跨度索穹顶结构，建议了一种五节点曲线索单元有限元法，利用四次多项式作为位移插值函数，由应变的定义建立了可以考虑任意高阶位移影响的非线性应变几何关系，从非线性...     

双腹板顶底角钢梁柱连接节点滞回性能

通过对双腹板顶底角钢梁柱连接原型模型进行循环荷载的试验研究,并对试验模型进行非线性有限元分析计算,全面分析了双腹板顶底角钢梁柱连接节点在循环荷载作用下的破坏机理和极限变形状态。研究了高强螺栓预紧力,角钢与梁、柱之间的接触压力等节点组件之间的力学特征,预紧力的变化对节点组件工作影响最大,对工程设计有重要的参考价值。