部分作用組合結構的分析理論及多尺度模擬

《部分作用組合結構的分析理論及多尺度模擬》是依託浙江大學，由徐榮橋擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：部分作用組合結構的分析理論及多尺度模擬
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：徐榮橋
• 項目類別：面上項目

項目摘要

本項目基於Hamilton求解體系和狀態空間法，對土木工程中廣泛採用的部分作用組合結構進行整體的靜動力特性分析，研究單跨、多跨和曲線形組合結構在各種邊界條件下的靜力彎曲和扭轉、自由振動和強迫振動特性，研究非均勻分布的剪下連線鍵對組合結構性能的影響。並基於結構多尺度概念，採用Arlequin方法，對鋼混組合結構中剪下連線鍵的作用機理進行數值仿真，與模型試驗相互驗證，分析影響剪下連線鍵的剛度、極限承載力和疲勞特性的參數，最佳化剪下連線鍵的尺寸形狀和在組合結構中的布置方案。通過本項目的實施，可促進Hamilton求解體系和結構多尺度方法在工程中的套用，為部分作用組合結構的套用提供有力的理論指導，具有重要的理論意義和實際套用價值。

結題摘要

部分作用組合構件在實際工程中得到了越來越多的套用，但是理論分析工作並不充分。本項目分別基於Euler-Bernoulli梁理論和Timoshenko梁理論，考慮組合截面截面處的非完美粘結，引入了層間滑移，與梁理論中原有的彎曲和轉角一起組成了部分作用組合梁的三個廣義位移，並導出了與這三個廣義位移相對應的內力。給出了用這六個物理量表示的虛功原理、功的互等定理、最小勢能原理、最小余能原理、自由振動變分原理、屈曲變分原理以及混合變數的變分原理。在這些能量原理的基礎上，對現有規範中部分作用組合梁的撓度計算的折減剛度法進行了改進，使其更加合理，推導出了部分作用組合梁的動力剛度矩陣的解析表達式，填補了部分作用組合梁動力剛度矩陣的空白。還通過引入特殊處理的指數函式，代替常規採用雙曲函式的動力剛度矩陣，完美地解決了雙曲函式的數值不穩定特性。還通過Legendre變換，把前面推導的最小勢能原理引入到Hamilton體系，證明了部分作用組合梁在各種邊界條件下的振型正交特性，為通過模態疊加法求解部分作用組合梁的強迫振動提供了理論基礎。針對部分作用組合截面的扭轉特性，本項目構造了部分作用組合截面扭轉問題的有限元列式，導出了三角形單元、矩形單元和等參數4-8結點單元的剛度矩陣和等效結點力公式，還提出了4結點和6結點的滑移單元，用來模擬部分作用組合截面中的非完美粘結的界面。通過分析現有推出試驗結果，對栓釘型剪下連線件的變形做出一定的假設，從理論上導出了剪下連線件的剛度公式，彌補了目前剪下連線件的剛度沒有解析公式的空白。在通用有限元軟體的基礎上進行二次開發，實現剪下連線件的精細有限元仿真，可考慮混凝土與栓釘之間的粘結滑移影響。本項目的實施使我們更加深刻地掌握和理解了部分作用組合梁的力學行為，為設計和工程實踐提供了理論支撐。