基于固端弯矩相等原则的等效荷载法

为提高工程结构力学分析的效率,提出了一种基于固端弯矩相等原则的计算方法。首先,基于固端弯矩相等的原则,研究在对称集中荷载和三角形分布荷载作用下单跨超静定梁的等效荷载施加方法,并导出梁在非常规荷载作用下固端弯矩的实用计算公式。然后,将超静定单跨梁的荷载形式推广至更任意的集中荷载和分布荷载等情况,并探讨了任意多集中荷载作用下单跨超静定梁的等效荷载施加方法和通用计算公式。最后,通过多跨连续梁和框架结构算例验证了所提方法具有较好的计算效果。算例结果表明,基于提出的等效荷载法可快速得到单跨超静定梁的固端弯矩,从而可高效准确地确定结构的真实内力分布。研究成果表明了利用等效荷载实现高效求解的可行性,它为力矩分配法及其它力学分析问题提供了一条高效便捷的思路。     

弹性地基梁单元的等效结点荷载

推导了Ｗｉｎｋｌｅｒ弹性地基梁单元的固端弯矩和等效结点荷载的计算表达式．考虑的荷载条件有三种：跨内集中弯矩、跨内集中横向荷载和部分分布的均布荷载．为了分析地基相对刚度对等效结点荷载的影响，对不同地基相对刚度条件下的固端力和等跨普通梁单元进行了对比，表明弹性地基梁的固端力总是小于普通梁单元，但在地基相对较软弱时，弹性地基梁和普通梁的固端力差别很小     

均布荷载下一次超静定梁的弹塑性全过程分析

对均布荷载加载作用下一次超静定梁的弹塑性变形全过程进行了分析.根据受力变形的特点,均布荷载下一次超静定梁的加载过程可分成4个阶段,分别是弹性阶段,固支端附近塑性变形区扩展阶段,固支端保持为塑性铰而固支端附近塑性变形区卸载阶段,固支端保持为塑性铰而梁中部出现塑性变形区并扩展直至中部某点形成塑性铰阶段.在弹性的第1阶段,弯矩内力、挠度与外荷载是线性比例关系;在第2阶段,弯矩内力、挠度与外荷载是复杂的非线性关系;在第3阶段,弯矩、挠度与外荷载是线性关系但不是比例关系;在第4阶段,弯矩与外荷载的关系与第3阶段相同,但挠度与外荷载是更复杂的非线性关系.给出了弹塑性全过程各阶段任意点的弯矩和挠度计算公式,可供结构设计应用.     

在荷载作用下加固的钢筋混凝土梁的承载能力

本文叙述包括矩形及 T 形两种截面的26根钢筋混凝土梁在外荷载为原构件设计破坏荷载的0%,45%及70%作用下的加固及加固后的破坏试验及试验结果。梁试件采用一种标号混凝土,两种牌号钢筋及代表低、中、高配筋的三种含钢率。补强钢筋量与原有钢筋量的比值为0.644,1.00及1.55。试验结果表明,加固后梁的试验所得的破坏弯矩值与理论计算的破坏弯矩值是一致的,充分地说明了在允许最大含钢率范围内,已负外荷载的作用并不影响加固梁的承载能力。通过补强材料,梁的承载能力可增大到三倍。试验资料同时揭露了加固梁的破坏特征及原有的与补强的钢筋的共同工作特性及其应力与弯短的分配过程。试验结果并提供了在荷载作用下加固梁的计算原理。     

均布荷载作用下悬臂深梁应力计算方法

通过建立力学模型,应用弹性力学中的半逆解法对均布荷载作用下工字形截面悬臂深梁的应力进行计算。考虑了弯剪耦合效应和剪力对弯应力的影响推导出工字形截面悬臂深梁的各应力分量的解析计算公式。结果表明:剪力使正应力增大,当跨高比减小或翼缘与腹板面积比增大时,剪力对弯应力的影响随之增大,并且这种影响沿跨长随剪力与弯矩之比同步变化,沿梁高与剪应力分布规律一致;悬臂深梁的剪力对弯应力的影响小于简支深梁的剪力对弯应力的影响,均布荷载作用下悬臂深梁的剪力对弯应力的影响小于线性荷载作用下悬臂深梁的剪力对弯应力的影响。该结果可为悬臂深梁的设计提供有理论基础的计算方法。     

梁侧向屈曲临界荷载分析

揭示梁侧倾分析中弯扭平衡方程的力学意义是梁截面内弯矩等于外弯矩及内扭矩等于外扭矩：提出采用梁截面力矩矢量分析法解决各种荷载类型和不同支承条件下侧向屈曲梁截面弯扭力矩的计算问题：采用伽辽金（Galcrkin）法求解梁侧向屈曲平衡方程。研究结果表明：采用力矩矢量分析法可以方便地建立梁侧倾弯扭平衡方程：临界荷载计算值与传统的无穷级数解非常接近,且数值上稍低于无穷级数解,这说明采用伽辽金法进行梁抵抗侧向屈曲设计是偏于安全的。     

预应力次梁楼盖边梁抗扭设计

采用等效荷载法计算次梁中的预应力在边梁中产生的次扭矩,当预应力筋线形布置对称时,根据固端弯矩相等的原则,用换算均布荷载对次梁中预应力筋等效荷载进行简化,近似计算边梁的次扭矩.推导了常见线形时换算均布荷载的计算公式.通过工程实例分析,介绍了考虑边梁次扭矩作用的边梁抗扭设计过程,并对设计结果进行了对比分析.结果表明:考虑次扭矩后,边梁扭矩设计值约减少了20%.     

圆形贮液池弯矩分配传递无限次的闭合解

该文对由顶板、底板和圆柱形池壁组成的圆形贮液池在轴对称荷载作用下进行内力分析，池壁上、下端的圆周视为弹性嵌圆结点，用圆柱壳理论计算池壁的固端弯矩，用薄板弯曲理论计算顶板和底板的固端弯矩，从而求得上、下2个结点的不平衡力矩，然后用弯矩分配法对结点的不平衡力矩进行无数次分配传递，求得无数次分配弯矩和传递弯矩之和，得闭合解。文中给出了算例。     

端钩型钢纤维混凝土简支梁受弯承载力试验

为改善普通钢筋混凝土梁自重大、易开裂、承载力低等缺点，在混凝土中常加入钢纤维，端钩型钢纤维，作为常见的一种高性能钢纤维得到广泛关注，国内外学者针对端钩型钢纤维混凝土的基本力学性能开展了较多研究，而对端钩型钢纤维混凝土受弯构件的正截面受力性能有待深入研究。为研究端钩型钢纤维混凝土简支梁受弯性能，制作了四根端钩型钢纤维混凝土梁及一根普通混凝土梁，对其进行受弯性能试验，根据试验得到的破坏形态、承载力、荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线，分析端钩型钢纤维体积掺量对试件受弯承载力及破坏形态的影响。研究结果表明：端钩型钢纤维混凝土简支梁与一般混凝土简支梁受弯过程类似，均经历了弹性、开裂、带裂缝工作、破坏四个阶段；端钩型钢纤维混凝土简支梁与一般混凝土简支梁受弯过程均基本符合“平截面假定”；端钩型钢纤维限制了裂缝的产生和发展，使得纤维混凝土梁变形能力增强；与一般混凝土梁相比，端钩型钢纤维混凝土梁抗裂性及极限承载力得到提高，且构件承载力与钢纤维体积掺量基本呈现正相关；基于试验数据，对现行规范中开裂弯矩及极限承载力计算公式进行优化，开裂弯矩方面考虑对截面抵抗矩塑性影响系数进行修正，极限承载力方面引入纤维混凝土正截面承载力影响系数ζ，经修正计算值可较好吻合试验值。     

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。     

均布荷载作用下两端固支梁的弹塑性分析

通过单位荷载法分析了两端固支超静定梁在均布荷载作用下的弹塑性加载及变形过程,并给出了加载各阶段的弯矩和位移计算公式．分析结果表明,受力变形过程可分为4个阶段：弹性阶段：固支端附近产生塑性变形阶段;固支端为塑性铰而固支端附近塑性区卸载阶段;固支端保持为塑性铰而梁中部部分区域产生塑性变形直至形成塑性流动阶段．     

纤维增强塑料筋混凝土梁抗弯设计数值分析

为预测纤维增强塑料筋(FRP筋)混凝土梁在受弯工作过程中弯矩和挠度的发展情况,从而为FRP筋混凝土梁的抗弯设计提供依据,采用对构件正截面进行分层的方法,根据极限强度理论、应变协调条件和内力平衡条件,对构件的弯矩-曲率关系和荷载-挠度关系进行了数值计算,并编写计算代码,设计图形用户界面(GUI)。理论计算结果与试验结果的比较说明,采用极限强度理论可以较好地预测FRP筋混凝土梁的极限弯矩,对于FRP筋混凝土梁短期挠度的计算,ACI模型的计算结果过小,Faza&GangaRao模型可以较好地预测构件在正常使用极限状态下的短期挠度,所采用的数值计算方法则可以较好地预测构件在短期荷载作用下的极限挠度。各种挠度计算方法之间的对比表明,所采用的数值计算方法更加适合于FRP筋混凝土梁短期挠度的求解。     

波形钢腹板预弯工形梁的试验研究

对新型结构波形钢腹板预弯工形梁的制作工艺和承载性能开展了探索性研究.通过制作缩尺试验梁,着重分析了波形钢腹板钢梁在预弯力作用下的挠度和反弹后一期混凝土的压应力,并采用静载试验测试了对称集中荷载作用下的梁体变形、开裂弯矩、破坏形态和极限承载力等.试验结果表明,在预弯力作用下波形钢腹板具有良好的稳定性.释放预弯力后波形钢腹板钢梁能够有效地将预应力施加在一期混凝土上,跨中下缘混凝土的压应力为12.9 MPa.试验梁具有良好的抗弯刚度、延性和抗裂性能,其开裂荷载约为极限承载力的47%.理论与实测结果表明,波形钢腹板预弯工形梁的竖向剪切挠度占总挠度的22.4%,在计算挠度时需考虑剪切变形的影响.     

基于力矩分配法求解特殊超静定结构的新算法

研究了杆段上有EI=∞部分超静定结构的新算法.通过力法基本原理,求得该类结构在力矩分配法中需要的转动刚度、传递系数及常见荷载作用下固端弯矩,根据力矩分配法求解其内力,大大简化了该类型结构的计算过程.     

条形桩基承台梁随机优化分析

在考虑基桩承载力差异性和桩土共同工作等因素的基础上引入随机优化分析理论。提出了基桩承载力随机生成的计算机方法,并采用遗传算法对承台梁内力进行随机分析．结合工程实例,进行了比较计算．计算结果表明,基桩刚度变异系数、梁下土体分段数对承台梁节点的弯矩影响不大,最大负弯矩值相差不到1％,且在对称荷载下,基桩刚度一致的承台梁弯矩最为均匀．     

体外预应力RPC箱梁受弯加载试验研究

进行体外预应力RPC箱梁模型两点对称受弯加载试验,研究了荷载-挠度曲线、截面应变、裂缝分布和破坏模式等问题,并对模型梁跨中正截面抗弯承载力进行了计算分析.结果表明,模型梁属于整体受弯破坏,采用预制节段拼装的施工方法是可行的;模型梁中混凝土对开裂弯矩的贡献明显大于同类普通混凝土梁,开裂时跨中受拉区边缘RPC应变约为普通混凝土的4~6倍;采用体外预应力提高了模型梁的开裂弯矩和增加了其延性,模型梁开裂弯矩为极限弯矩的55%;开裂时梁的跨中挠度仅为跨中极限挠度的20%;体外预应力RPC箱梁进行正截面承载力计算时应考虑RPC的受拉作用,并且可参照本文算法进行设计计算.     

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.     

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.     

四杆封闭结构在任意荷载作用下的精确解

对任意荷载作用下无侧移的四杆封闭结构给出用分配系数和传递系数表示的精确解。先求四杆封闭结构有任意荷载作用下的各杆的固端弯矩,然后求得结点不平衡力矩,从而将求任意荷载作用的问题转化为求任意的结点不平衡力矩作用的问题。用弯矩分配法求解时,将杆端弯矩表示为无穷多次分配弯矩和传递变矩之和,其表达式为公比小于1的无穷等比级数的和,可方便地求得该和的表达式,从而求得任意荷载作用下四杆封闭结构的精确解。文中还给出了算例。     

持续荷载下CFRP加固负弯矩区钢筋混凝土梁抗弯承载力试验研究

目前国内外对钢筋混凝土梁的加固主要是对跨中正弯矩区进行的,而对支座处负弯矩区加固的研究很少,原因是负弯矩加固存在端部纤维布如何锚固的难点。本文考虑了两种端部纤维布锚固的方式:体外锚固和体内锚固,旨在研究在持续荷载作用下用CFRP加固负弯矩区时两种不同锚固方式对加固梁承载力的影响,以求找出一种合理有效的锚固方式。