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开闭混合断面薄壁梁约束扭转分析

建筑结构学报 2020年第2期41卷 166-172,190页

作者：张元海何嘉祥王晨光黄洪猛兰州交通大学土木工程学院

从薄壁微元体的纵向平衡出发,分析开闭混合断面薄壁梁约束扭转二次剪力流的传递和分布规律,提出了开闭混合断面薄壁梁约束扭转二次剪力流的分解计算方法,数值算例验证了该方法的合理性。引入反映二次剪应力对总剪应力影响程度的剪应力系... 详细信息

从薄壁微元体的纵向平衡出发,分析开闭混合断面薄壁梁约束扭转二次剪力流的传递和分布规律,提出了开闭混合断面薄壁梁约束扭转二次剪力流的分解计算方法,数值算例验证了该方法的合理性。引入反映二次剪应力对总剪应力影响程度的剪应力系数,结合悬臂梁数值算例,详细分析悬臂板宽度变化对剪应力系数和二次扭矩的影响规律。研究结果表明:开闭混合断面薄壁梁约束扭转时在腹板内产生很大的剪应力,当悬臂板宽度与闭合箱室宽度之比约为0.4时,腹板中点处剪应力系数可达到最大值2.8;悬臂板在约束扭转中承受很大的二次扭矩,甚至会等于闭合箱室承受的二次扭矩;对于箱室高宽比较大的薄壁梁,当悬臂板宽度与闭合箱室宽度之比约为0.7时,悬臂板承受二次扭矩的作用可得到充分发挥。

关键词：薄壁梁开闭混合断面约束扭转二次剪力流剪应力系数

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薄壁杆约束扭转的单肢解析化分析方法

计算力学学报 2009年第6期26卷 956-960页

作者：金声李开禧重庆大学土木工程学院重庆400045

针对薄壁杆件约束扭转的基本受力反应分析问题,采用与符拉索夫的经典约束扭转理论截然不同的立论途径,将自由扭转刚度视为调整因素,而将剥离了该抗力效应的薄壁杆件基本体系作为主要分析对象,推导出基于翘曲理论并考虑了自由扭转刚度影... 详细信息

针对薄壁杆件约束扭转的基本受力反应分析问题,采用与符拉索夫的经典约束扭转理论截然不同的立论途径,将自由扭转刚度视为调整因素,而将剥离了该抗力效应的薄壁杆件基本体系作为主要分析对象,推导出基于翘曲理论并考虑了自由扭转刚度影响的杆件刚度方程及结间荷载的等效措施。此外,提出了基于微段薄壁杆简化单刚的有效数值化分析方法。上述研究表明,对于钢构件等具有薄壁构型截面形式的杆件,这种单肢解析化分析方法无需进行复杂的截面特性如弯、翘曲惯矩或弯、形心坐标等的分析,力与变形的表达简洁、直接。本文的抗力性能分析和表述方式可为薄壁构件的稳定及畸变等研究提供新的思路切入点。

关键词：薄壁杆件约束扭转单肢化方法刚度方程翘曲理论

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薄壁箱梁约束扭转剪应力计算

东南大学学报（自然科学版） 2021年第6期51卷 942-948页

作者：张元海黄洪猛梁永永兰州交通大学土木工程学院兰州730070

为了合理计算薄壁箱梁约束扭转剪应力,基于乌曼斯基第二理论,根据总扭矩平衡条件和翘曲位移连续性条件,导出了薄壁箱梁约束扭转剪应力的2种计算公式,并论证了2种公式的等价性.在公式推导过程中,对箱梁悬臂板进行了考虑.针对2种公式中广... 详细信息

为了合理计算薄壁箱梁约束扭转剪应力,基于乌曼斯基第二理论,根据总扭矩平衡条件和翘曲位移连续性条件,导出了薄壁箱梁约束扭转剪应力的2种计算公式,并论证了2种公式的等价性.在公式推导过程中,对箱梁悬臂板进行了考虑.针对2种公式中广义扇性静矩计算的繁琐性,进一步导出了其实用简化计算公式,并举例说明了其具体应用.数值算例表明:有悬臂板的薄壁箱梁发生约束扭转时,全截面最大剪应力出现在腹板内,在悬臂板内也存在较大的剪应力;顶板和底板内的剪应力非均匀分布程度显著,其中部区域内剪应力很小.如果近似按自由扭转理论计算剪应力,求得的腹板剪应力只有实际最大剪应力的69%,严重低估了腹板内的实际剪应力大小,表明不能忽略翘曲约束效应对剪应力的影响.

关键词：薄壁箱梁约束扭转扭转剪应力二次剪应力广义扇性静矩

薄壁空间螺旋形曲线梁的约束扭转理论分析及结构计算方法(第二部分:结构计算方法)

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工程力学 1999年第1期16卷 134-140页

作者：吴善幸谢旭黄剑源宁波大学上木建筑工程系浙江宁波315211

本文在上文［１］所导出的空间螺旋形薄壁曲线箱梁约束扭转微分方程及其参数解的基础上，用能量理论求出该箱梁单元的刚度矩阵与等效节点力算法，编制了按照刚度法分析的程序。通过与国内外文献的比较，验证了本方法的可靠性。

关键词：螺旋形曲线梁箱形梁刚度法约束扭转

船体梁约束扭转极限承载力计算的简化逐步迭代法

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中国造船 2022年第1期63卷 188-197页

作者：吴剑国伍友军李钧晖吴嘉蒙王璞浙江工业大学土木工程学院杭州310023 中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011

船体梁约束扭转极限承载力计算由于问题复杂至今未有理论解,只能用非线性有限元方法计算,效率很低。论文通过对25块实船板格的非线性有限元分析,引入板的柔度系数,构建了加筋板格的剪切应力与应变关系,提出了船体梁约束扭转的变形和应... 详细信息

船体梁约束扭转极限承载力计算由于问题复杂至今未有理论解,只能用非线性有限元方法计算,效率很低。论文通过对25块实船板格的非线性有限元分析,引入板的柔度系数,构建了加筋板格的剪切应力与应变关系,提出了船体梁约束扭转的变形和应力假设,构造了船体梁约束扭转的简化逐步迭代计算方法,编制了相应的计算程序。实船算例表明,所提出的剪应力与应变关系和约束扭转极限承载能力的计算方法与非线性有限元方法相比,具有较高的精度和效率,可应用于船舶与海洋平台结构以及各类薄壁梁约束扭转极限强度的计算。

关键词：约束扭转迭代计算法剪切应力应变关系非线性有限元

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H型截面钢梁约束扭转的简化计算

工程力学 2013年第11期30卷 180-184,220页

作者：樊春雷郝际平田炜烽西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 西安建筑科技大学建筑设计研究院陕西西安710055

钢梁在外扭矩以及梁端约束的作用下,会产生翘曲正应力以及剪应力,传统上利用扇性坐标及双力矩法计算,计算过程很繁琐。许多工程师在设计中对钢梁扭转作用的处理带有一定的盲目性。根据约束扭转的受力及变形特点,以变形协调为基础提出一... 详细信息

钢梁在外扭矩以及梁端约束的作用下,会产生翘曲正应力以及剪应力,传统上利用扇性坐标及双力矩法计算,计算过程很繁琐。许多工程师在设计中对钢梁扭转作用的处理带有一定的盲目性。根据约束扭转的受力及变形特点,以变形协调为基础提出一种新的计算钢梁约束扭转的简化计算方法,该方法可很好的计算钢梁在外扭矩作用下的受力情况。算例计算结果表明,该方法具有很好的精度和准确性,可供工程设计应用。

关键词：自由扭转约束扭转翘曲正应力翘曲剪应力扭转剪应力

单箱多室波形钢腹板组合箱梁约束扭转剪应力分析

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湖南大学学报（自然科学版） 2023年第9期50卷 186-194页

作者：黄洪猛张元海罗奎兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 西北民族大学土木工程学院甘肃兰州730030 湖南大学土木工程学院湖南长沙410082

波形钢腹板组合箱梁扭转刚度小、截面易发生翘曲变形.为合理计算单箱多室波形钢腹板组合箱梁约束扭转时的剪应力,对剪力流进行分解,根据剪力流的传递路径、微元体纵向平衡及翘曲位移连续性,引入能够反映各室箱壁剪力流传递规律的常数,... 详细信息

波形钢腹板组合箱梁扭转刚度小、截面易发生翘曲变形.为合理计算单箱多室波形钢腹板组合箱梁约束扭转时的剪应力,对剪力流进行分解,根据剪力流的传递路径、微元体纵向平衡及翘曲位移连续性,引入能够反映各室箱壁剪力流传递规律的常数,考虑波形钢腹板的褶皱效应推演出截面几何特性和剪应力的实用计算公式.基于Reissner原理建立约束扭转控制微分方程,并用初参数法求得解析解.用该文解析法和ANSYS有限元法计算偏心荷载作用下简支箱梁的扭转剪应力,并引入反映扭转剪应力对总剪应力影响的剪应力增大系数和翘曲剪应力对扭转剪应力贡献的剪应力系数,详细分析了梁宽和箱室数量对剪应力的影响.研究结果表明:该文解析解与ANSYS有限元解吻合良好;梁宽增大和箱室数量增加均可降低扭转剪应力;约束扭转使得外腹板剪应力增大系数达到1.69,且腹板间的总剪应力表现出明显的分布不均匀性;翘曲剪应力对扭转剪应力的影响显著,设计时不可忽略;设计时应考虑混凝土顶底板扭转剪应力对主拉应力的影响,避免斜裂缝的产生.

关键词：组合箱梁波形钢腹板约束扭转单箱多室剪力流 Reissner原理剪应力

基于Reissner原理的波形钢腹板箱梁约束扭转分析

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西南交通大学学报 2022年第5期57卷 1137-1145页

作者：黄洪猛张元海兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

为更加合理地分析波形钢腹板箱梁约束扭转效应,考虑波形钢腹板的褶皱效应推演了翘曲正应力和剪应力计算式,应用Reissner原理建立了波形钢腹板箱梁约束扭转控制微分方程,给出了不同于乌曼斯基第二理论的翘曲系数公式.通过简支梁数值算例... 详细信息

为更加合理地分析波形钢腹板箱梁约束扭转效应,考虑波形钢腹板的褶皱效应推演了翘曲正应力和剪应力计算式,应用Reissner原理建立了波形钢腹板箱梁约束扭转控制微分方程,给出了不同于乌曼斯基第二理论的翘曲系数公式.通过简支梁数值算例验证了所推导公式的正确性,并分析了腹板厚度和悬臂板宽度变化对箱梁横截面应力的影响.研究结果表明:相对于乌曼斯基第二理论,基于Reissner原理计算的应力与有限元解吻合更好;按乌曼斯基第二理论与按Reissner原理计算的翘曲系数的比值可达到4.70;波形钢腹板主要承担剪应力,几乎不承担翘曲正应力,而顶底板既承担翘曲正应力也承担剪应力,应对顶底板予以重视,防止斜裂缝的产生;腹板厚度增大能减小翘曲正应力;随着悬臂板宽度的增大,当悬臂板宽度比大于0.10时,翘曲正应力减小,而当悬臂板宽度比大于0.30时,总剪应力几乎无变化.

关键词：波形钢腹板箱梁约束扭转 Reissner原理翘曲系数翘曲正应力扭转剪应力

基于协调翘曲场的开闭口混合薄壁截面杆件约束扭转一维有限元分析

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工程力学 2020年第9期37卷 38-49页

作者：文颖陈泽林中南大学土木工程学院长沙410075 重载铁路工程结构教育部重点实验室(中南大学) 长沙410075

开口及闭口薄壁杆件约束扭转问题已由经典Timoshenko和Benscoter理论解决。然而,开闭口混合薄壁截面杆件约束扭转分析必须考虑开、闭口部分翘曲能力的差异,翘曲剪流形成机理有待进一步研究。该文假定开、闭口截面翘曲分别满足Vlasov和Um... 详细信息

开口及闭口薄壁杆件约束扭转问题已由经典Timoshenko和Benscoter理论解决。然而,开闭口混合薄壁截面杆件约束扭转分析必须考虑开、闭口部分翘曲能力的差异,翘曲剪流形成机理有待进一步研究。该文假定开、闭口截面翘曲分别满足Vlasov和Umanskii假定,考虑开、闭口截面公共节点翘曲连续性要求,建立含有待定翘曲参数的协调翘曲模型。由截面受力平衡,确定翘曲参数显式列式,提出开闭口混合薄壁截面杆件约束扭转分析的一维有限元模型。算例及参数分析结果表明,基于Umanskii第二理论的Ⅰ类方法在悬臂板及闭口周边引入附加剪流,影响翘曲剪应力精度。基于Umanskii第二理论的Ⅱ类方法只能计算截面板件平均剪应力,无法反映真实翘曲剪流分布。基于Vlasov约束扭转假定的Beam-189单元忽略闭口周边约束效应产生的附加翘曲及剪流,影响翘曲正应力和剪应力精度。该文方法与Shell-63单元能得到基本吻合的变形与应力结果,说明一维梁元能正确反映开闭口混合薄壁截面杆件约束扭转及翘曲刚度。

关键词：开闭口混合薄壁截面杆件协调翘曲场约束扭转翘曲应力一维有限元分析