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基于有限元法的抛物线拱稳定性及动力学分析

机械设计与制造 2013年第6期 72-74页

作者：郭俊材于兰峰朱小龙文广于瀚翔李少鹏西南交通大学机械工程学院四川成都610031

应用大挠度弹塑性有限单元法对承受竖向均布荷载和跨中集中荷载的抛物线拱结构平面外稳定承载力进行研究。使用弧长法对抛物线拱结构的平面外屈曲荷载—位移平衡路线进行全过程跟踪研究。应用动力学有限元方法分析抛物线空间拱结构的瞬... 详细信息

应用大挠度弹塑性有限单元法对承受竖向均布荷载和跨中集中荷载的抛物线拱结构平面外稳定承载力进行研究。使用弧长法对抛物线拱结构的平面外屈曲荷载—位移平衡路线进行全过程跟踪研究。应用动力学有限元方法分析抛物线空间拱结构的瞬态动力学问题,使用完全法对时程位移曲线进行全过程跟踪研究。荷载分析工作为抛物线拱结构的稳定性分析和瞬态动力学分析提供了一种有效的思路,其结果为抛物线拱结构失稳问题的研究提供了重要的依据。

关键词：抛物线拱有限单元法弹塑性屈曲弧长法瞬态动力学

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单层组合网壳的弹、塑性稳定分析及试验研究

东南大学学报（自然科学版） 1996年第6期26卷 87-93页

作者：马军赵惠麟赵才其东南大学土木工程系

针对单层组合网壳屈曲过程的几何和材料非线性性态，在Ｔ．Ｌ．坐标系下采用非线性有限元方法进行稳定跟踪分析，用塑性节点法考虑单元的弹、塑性影响，从而减少了计算量．分析中考虑了主要几何缺陷的影响．若干算例及试验模型结果证明... 详细信息

针对单层组合网壳屈曲过程的几何和材料非线性性态，在Ｔ．Ｌ．坐标系下采用非线性有限元方法进行稳定跟踪分析，用塑性节点法考虑单元的弹、塑性影响，从而减少了计算量．分析中考虑了主要几何缺陷的影响．若干算例及试验模型结果证明了方法的可靠性及单层组合网壳弹。

关键词：弹塑性屈曲网壳结构单层组合网壳屈曲有限元

不同高宽比单面外包混凝土组合剪力墙栓钉拉力、弯矩需求

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不同高宽比单面外包混凝土组合剪力墙栓钉拉力、弯矩需求

作者：张鑫苏州科技大学

学位级别：硕士

钢板外包混凝土组合剪力墙(C-SPW)在钢板的侧面覆盖钢筋混凝土板,两者通过栓钉连接,混凝土板主要对钢板屈曲提供一定的侧向约束。C-SPW有效地利用了钢材和混凝土的性能,提高了剪力墙板的强度和延性,在高层结构中具有很好的应用前景。本... 详细信息

钢板外包混凝土组合剪力墙(C-SPW)在钢板的侧面覆盖钢筋混凝土板,两者通过栓钉连接,混凝土板主要对钢板屈曲提供一定的侧向约束。C-SPW有效地利用了钢材和混凝土的性能,提高了剪力墙板的强度和延性,在高层结构中具有很好的应用前景。本文采用ABAQUS软件建立了钢板单面外包混凝土C-SPW的有限元模型,对不同墙板高宽比的32个算例进行了单调水平侧向荷载下的弹塑性分析,研究了C-SPW各组成部件的受力性能和协同工作机理。根据有限元的模拟结果,考虑了墙板高宽比、钢板厚度、混凝土板厚度、栓钉直径、栓钉间距的改变对组合墙板栓钉拉力和弯矩的影响,提出了不同高宽比的钢板单面外包混凝土C-SPW在层间侧移角达到2%时的栓钉拉力需求、弯矩需求计算公式,可用于罕遇地震下单面外包混凝土C-SPW的延性设计。

关键词：组合剪力墙有限元分析受力性能弹塑性屈曲栓钉拉力和弯矩需求

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板管连接式钢拱平面内稳定性研究

板管连接式钢拱平面内稳定性研究

作者：何海玉贵州大学

学位级别：硕士

本文基于一种新型钢拱的两种不同形式—平面板管连接式钢圆弧拱和倒三角形截面板管连接式钢圆弧拱展开研究,采用理论推导和有限元数值模拟相结合的研究方法,对板管连接式钢圆弧拱在平面内的弹性稳定和弹塑性承载力进行研究,分析了剪力... 详细信息

本文基于一种新型钢拱的两种不同形式—平面板管连接式钢圆弧拱和倒三角形截面板管连接式钢圆弧拱展开研究,采用理论推导和有限元数值模拟相结合的研究方法,对板管连接式钢圆弧拱在平面内的弹性稳定和弹塑性承载力进行研究,分析了剪力对拱破坏模式的影响,建立了两种不同截面类型钢拱的平面内稳定承载力设计方法供实际应用参考,具体研究内容如下:（1）采用ANSYS建立有限元模型,并根据结构的特点,选取合适的单元、材料本构关系和分析方法;弹塑性分析中,不仅考虑了几何非线性,还考虑了几何初始缺陷的影响。通过对比壳单元和梁单元两种单元的分析结果,验证梁单元有限元模型的有效性。（2）基于基本的力学原理,理论推导了板管连接式钢拱的截面抗弯、抗压和抗剪刚度。基于拱平面内的经典弹性屈曲理论,在考虑截面剪切变形的影响下,推导了两端铰接的板管连接式钢圆弧拱的平面内弹性屈曲荷载公式,针对不同几何参数的拱,将有限分析结果与弹性屈曲荷载公式结果进行了对比验证。（3）根据钢结构稳定理论,理论推导了在板管连接式钢拱发生整体弹性屈曲之前,避免连接板失稳和弦杆局部失稳的限制条件,并用有限元结果进行了验证。（4）借鉴轴心轴压柱的设计方法,通过引入正则长细比和稳定系数,并基于大挠度弹塑性分析的数值结果,建立了两种不同类型的板管连接式钢拱的稳定曲线,并给出了承载力设计公式;在此基础之上,建立了压弯状态下板管连接式钢拱发生整体弹塑性屈曲时的承载力设计公式。（5）通过数值模拟,全面分析了板管连接式钢拱在考虑剪力作用时,钢拱发生各种局部破坏的特点;在综合考虑承载力、变形和结构刚度的基础上,针对其中一种局部破坏,提出了相应的强度设计公式,并与有限元结果进行了对比。

关键词：板管连接式钢拱两铰圆弧拱弹性屈曲弹塑性屈曲剪切破坏平面内稳定承载力设计

同时设纵横向加劲肋的梁腹板在复合应力作用下的屈曲分析

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同时设纵横向加劲肋的梁腹板在复合应力作用下的屈曲分析

作者：许海艳西安建筑科技大学

学位级别：硕士

组合钢梁腹板在弯、剪及局压复合应力作用下的局部屈曲承载能力是钢结构设计中需考虑的问题，新的《钢结构设计规范》（GB50017—2003）对此部分内容作了较大改动，原规范中关于腹板局部稳定的计算公式是基于无限弹性的完善板假定;新的... 详细信息

组合钢梁腹板在弯、剪及局压复合应力作用下的局部屈曲承载能力是钢结构设计中需考虑的问题，新的《钢结构设计规范》（GB50017—2003）对此部分内容作了较大改动，原规范中关于腹板局部稳定的计算公式是基于无限弹性的完善板假定;新的规范则参考了英国规范（***1）及澳大利亚规范（AS4100）并结合我国相关研究成果，考虑了屈曲进入弹塑性阶段以及初始几何缺陷的影响。这不仅与工程实际情况相符，而且也与钢梁在弯曲应力作用下允许截面部分进入塑性的计算公式相协调。本文考虑多种几何参数及应力组合，建立了有限元模型，对该部分内容进行了深入的研究，对新规范的梁腹板区格在复合应力作用下的局部屈曲相关公式进行了验证，重点分析了此相关公式的安全度。

关键词：梁腹板加劲肋复合应力弹塑性屈曲有限单元法

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工形截面钢拱结构腹板局部稳定性能研究

工形截面钢拱结构腹板局部稳定性能研究

作者：张文琦北京交通大学

学位级别：硕士

焊接工形截面钢拱结构具有造型美、受力性能好、制作简便等优点,在国内外均得到了较为广泛的应用。然而,只有极少数的国家涉及钢拱结构的稳定性设计规范,我国现行设计规范中也没有专门针对钢拱结构的设计条文,对钢拱结构腹板局部稳定性... 详细信息

焊接工形截面钢拱结构具有造型美、受力性能好、制作简便等优点,在国内外均得到了较为广泛的应用。然而,只有极少数的国家涉及钢拱结构的稳定性设计规范,我国现行设计规范中也没有专门针对钢拱结构的设计条文,对钢拱结构腹板局部稳定性能的研究也鲜见文献发表。本文在已有的工字梁腹板局部稳定性能理论的基础上,采用有限元方法对径向均布荷载作用和纯弯作用下的工形截面钢拱结构腹板的弹性屈曲及弹塑性屈曲进行了分析。首先分析了径向均布荷载作用下不同边界条件拱板的弹性屈曲性能,包括四边简支板和两边简支、两边固支板,参考矩形板弹性屈曲系数公式的形式,基于有限元计算结果进行数据拟合,从而得到了各种情况下的弹性屈曲系数近似公式。接着,对工形截面钢拱结构腹板进行了特征值屈曲分析,引入与翼缘扭转刚度和腹板弯曲刚度的比值有关的参数β来衡量翼缘对腹板的约束作用,并通过大量计算结果拟合出钢拱结构腹板在径向均布荷载作用下的弹性屈曲系数近似公式。其次对纯弯作用下四边简支和两边简支、两边固支的拱板进行弹性屈曲分析,基于大量的有限元计算结果拟合得到不同边界条件拱板的弹性屈曲系数近似公式。然后对纯弯作用下工形截面钢拱结构腹板进行特征值屈曲分析,通过对计算结果进行数据拟合得到了考虑翼缘约束作用的工形截面钢拱结构腹板弹性屈曲系数近似公式。最后分别对考虑了初始几何缺陷和残余应力的工形截面钢拱结构腹板在径向均布荷载作用和纯弯作用下的弹塑性屈曲性能进行研究,分析了不同参数对腹板极限承载力的影响,影响因素包括拱形腹板长宽比、圆心角、腹板厚度、翼缘宽度和厚度等。在此基础上,对工形截面钢拱结构的设计提出了建议。

关键词：工形截面钢拱结构腹板局部稳定弹性屈曲弹塑性屈曲拟合公式

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横置蜂窝形截面钢板剪力墙的性能研究

横置蜂窝形截面钢板剪力墙的性能研究

作者：赵亮西安建筑科技大学

学位级别：硕士

通过对以往钢板剪力墙现有资料的研究，本文提出了一种通过将两个折板组合形成的横置蜂窝形截面钢板剪力墙（THSS-SPSW），来改善薄钢板剪力墙平面外的稳定性较差的缺陷。本文采用有限元数值分析方法对横置蜂窝形截面钢板剪力墙进行了... 详细信息

通过对以往钢板剪力墙现有资料的研究，本文提出了一种通过将两个折板组合形成的横置蜂窝形截面钢板剪力墙（THSS-SPSW），来改善薄钢板剪力墙平面外的稳定性较差的缺陷。本文采用有限元数值分析方法对横置蜂窝形截面钢板剪力墙进行了弹性屈曲分析、考虑非线性的弹塑性屈曲分析、以及在低周往复循环荷载作用下的滞回性能分析，为横置蜂窝形截面钢板剪力墙的设计和实际应用提供参考。 1.按照试验模型建立有限元验证模型。对分析过程中内填钢板的变化进行分析，并通过将有限元软件的分析结果与试验结果对比来验证有限元模型的正确性，为以后对横置蜂窝形截面内填板的研究奠定基础。 2.通过改变横置蜂窝形截面钢板剪力墙内填钢板的参数如宽高比、高厚比、波峰（波谷）段长度、斜长度段长度和波高，对其进行弹性屈曲分析，无论参数如何变化其弹性临界屈曲荷载远大于相同厚度的平钢板剪力墙。 3.在单调位移加载的条件下进行变参数弹塑性屈曲分析，可知横置蜂窝形截面钢板剪力墙具有较高的极限水平承载力，较高的初始刚度，当横置蜂窝形截面内填钢板部分发生屈曲变形后，虽然承载力有所下降，但仍具有较好的延性。 4.由在低周往复循环加载所得到的滞回曲线来看，横置蜂窝形截面钢板剪力墙有很高的初始刚度，滞回环比较饱满，很好的能量耗散能力和较好的延性性能。

关键词：横置蜂窝形截面剪力墙有限元分析弹塑性屈曲滞回性能

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抛物线拱结构稳定性及抗震性能分析

抛物线拱结构稳定性及抗震性能分析

作者：郭俊材西南交通大学

学位级别：硕士

拱形结构是一种受力比较合理的结构形式。与弯剪结构相比,拱结构具有跨度大、承载力高、截面尺寸小、变形小的优点,因此拱结构在机械、宇航工程和土木等领域应用广泛。但随着跨度的不断增大,拱截面尺寸也越来越大、形状也更加复杂多样,... 详细信息

拱形结构是一种受力比较合理的结构形式。与弯剪结构相比,拱结构具有跨度大、承载力高、截面尺寸小、变形小的优点,因此拱结构在机械、宇航工程和土木等领域应用广泛。但随着跨度的不断增大,拱截面尺寸也越来越大、形状也更加复杂多样,拱设计得是否合理,直接影响着拱的承载能力、稳定性和自重,因此合理地设计出具有足够稳定性的拱结构有着非常重要的意义,本文以倒梯形抛物线拱结构为例,利用有限元法对拱结构进行弹塑性稳定性分析;另一方面,因为大跨度拱结构动力特性比较复杂,地震响应影响因素众多,所以利用有限元法对拱结构进行抗震分析。以倒梯形抛物线拱结构为例,运用有限元软件ANSYS,对承受径向均布荷载、竖向均布荷载和跨中集中荷载的倒梯形抛物线拱进行平面内及平面外稳定承载力研究。使用弧长法对拱结构平面内屈曲荷载—位移平衡路线及平面外屈曲荷载—位移平衡路线进行全过程跟踪研究。分析抛物线拱结构在不同矢跨比和拱脚条件下发生弹塑性屈曲的规律,分析中考虑材料非线性、矢跨比和初始几何缺陷等因素的影响。拱结构的自振特性是由系统结构的类型、刚度、质量分布、材料性质和连接构造等多种因素决定,矢跨比和连接构造不同的拱结构其自振特性也有很大差异,因此对抛物线拱结构进行模态分析,通过改变抛物线拱结构的矢跨比和支承形式,分析其对结构自振周期的影响。利用反应谱法和时程分析法对抛物线拱结构进行地震响应分析,计算过程中分别对拱结构施加水平横向、水平纵向、水平横向加竖向和水平纵向加竖向地震波,讨论不同矢跨比、连接构造对位移响应的影响。

关键词：拱结构弹塑性屈曲稳定性反应谱法时程分析法

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四角连接钢板剪力墙力学性能研究

四角连接钢板剪力墙力学性能研究

作者：张健哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

本文提出了一种四角连接钢板剪力墙，这种钢板剪力墙具有加劲和非加劲两种形式，本文对这两种形式运用有限元模拟和理论推导方法进行了系统的力学性能研究。主要研究内容和成果如下：四角连接非加劲钢板剪力墙弹性屈曲分析。通过有限元... 详细信息

本文提出了一种四角连接钢板剪力墙，这种钢板剪力墙具有加劲和非加劲两种形式，本文对这两种形式运用有限元模拟和理论推导方法进行了系统的力学性能研究。主要研究内容和成果如下：四角连接非加劲钢板剪力墙弹性屈曲分析。通过有限元软件进行参数化分析，发现剪力墙发生对角大波屈曲，影响剪力墙屈曲系数和屈曲模态的因素仅为墙板边长比α，并且运用拟合和理论推导方法给出了剪力墙弹性屈曲系数的计算公式。四角连接非加劲钢板剪力墙弹塑性屈曲分析。通过有限元软件对剪力墙进行侧向受力全过程分析，研究其受力机制，并对其面外变形进行了探讨。通过理论推导，建立了极限承载力计算公式、边缘框架柱的最小刚度需求公式，并用数值模拟对极限承载力计算公式进行了验证。对比了相同用钢量下四角连接和四边连接非加劲钢板剪力墙，发现四角连接非加劲钢板剪力墙的极限承载力和初始刚度都高于四边连接钢板剪力墙，四角连接的形式具有更高的工作效率，同时四角连接钢板剪力墙构造简单，减少的焊接（或栓接）的工作量。四角连接加劲钢板剪力墙弹性屈曲分析。通过有限元进行参数化分析，发现在参数研究范围内剪力墙发生小区格内的小波屈曲，影响四角连接加劲与非加劲钢板剪力墙屈曲系数之比k/k0的因素为墙板高厚比λ、加劲肋与墙板刚度比s和加劲肋宽厚比s，墙板边长比α对k/k0基本没有影响。并运用拟合和理论推导的方法给出了四角连接加劲钢板剪力墙弹性屈曲系数的计算方法。四角连接加劲钢板剪力墙弹塑性屈曲分析。通过有限元软件对剪力墙进行侧向受力全过程分析，揭示其受力机制和特点，并对其面外变形进行了探讨。通过理论推导，建立了极限承载力计算公式、边缘框架柱的最小刚度需求公式，并用数值模拟对极限承载力计算公式进行了验证。对比了相同高厚比下的四角连接加劲与非加劲钢板剪力墙，发现加劲肋可以提高剪力墙承载力和刚度，具有更高的工作效率，同时了减小面外位移。

关键词：四角连接钢板剪力墙弹性屈曲弹塑性屈曲