基于高阶梁理论的双层组合梁动静力响应分析

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1、中图分类号：TU323.3;TU398.9单位代号：11903密级：学号：12820266博士学位论文SHANGHAIUNIVERSITYDOCTOR’SDISSERTATION题基于高阶梁理论的双层组合梁目动静力响应分析作者何光辉学科专业结构工程导师杨骁教授完成日期二零一五年四月上海大学博士学位论文上海大学本论文经答辩委员会全体委员审查,确认符合上海大学博士学位论文质量要求。答辩委员会签名：主任：委员：导师：答辩日期：I上海大学博士学位论文原创性声明本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已

2、发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：本论文使用授权说明本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：日期：II上海大学博士学位论文上海大学工学博士学位论文基于高阶梁理论的双层组合梁动静力响应分析姓名：何光辉导师：杨骁教授学科专业：结构工程上海大学土木工程系2015年4月III上海大学博士学位论文ADissertationSubmitt

3、edtoShanghaiUniversityfortheDegreeofDoctorinEngineeringAnalysesonDynamicandStaticResponsesofTwo-LayerCompositeBeamsUsingHigherOrderBeamTheoriesPh.D.Candidate:HeGuanghuiSupervisor:Prof.YangXiaoMajor:StructuralEngineeringDepartmentofCivilEngineering,ShanghaiUniversityApril,2015IV上海大学博士

4、学位论文摘要组合梁作为一种性能优越的结构构件形式，可以更好地发挥组合梁各材料的力学性能，在土木工程、机械工程等领域中具有广泛的应用。工程界对组合梁结构的大量需求引发了对更可靠、精确组合梁力学分析模型、分析方法和数值模拟程序的需求。为此，本文建立了若干高阶组合梁动静力弯曲模型，并主要利用有限元法就组合梁的动/静力响应和稳定性问题展开了研究。本文建立了满足界面剪力连续性条件的Reddy高阶组合梁静力和稳定性分析的力学模型，基于Laplace变换方法得到了其线弹性静力响应的解析解以及给出了静力响应分析与稳定性临界荷载的有限元解。考虑组合梁的材料非线性，给出了相应的非线

5、性有限元方程，并利用位移增量法对其进行了静力响应分析，重点分析了剪切效应对组合梁静力响应和稳定性的影响。考虑混凝土的收缩和徐变特性，以Timoshenko梁和Kant梁运动学假定分别描述组合梁的钢筋混泥土梁和钢托梁的运动，建立了钢-混凝土组合梁长期荷载行为分析的有限元方程，并编制了相应的计算机模拟程序，通过与3D厚壳有限元模型结果的对比，验证了本文提出模型的准确性和优越性。基于Kant高阶梁理论和约束型能量原理，建立了高阶组合梁静力分析的混合有限单元与位移有限单元，编制了相应的有限元分析程序。同时，讨论了位移法与混合法有限单元的优劣势，研究了组合梁界面不可压缩性

6、和界面摩擦等对组合梁弯曲行为的影响。以Kant高阶梁模型刻画组合梁的各层子梁，建立了组合梁动力弯曲的有限元方程，编制了有限元程序，分别研究了组合梁的动力特性和瞬态响应。通过组合梁动力特性的Kant高阶组合梁模型结果与经典组合梁模型结果的对比分析，表明了Kant组合梁模型的准确性，并研究了地震加速度激励和移动荷载作用下Kant高阶组合梁的瞬态动力响应，揭示了组合梁的若干动力学现象。关键词：组合梁高阶模型；弯曲变形；稳定性；动力响应；材料非线性；收缩和徐变；有限元分析V上海大学博士学位论文ABSTRACTCompositebeam,asanexcellentmemb

7、ertypeofstructure,maymakebetteruseofmechanicalpropertiesofeachcomponentinthecomposites,andhasbeenextensivelyutilizedincivilengineeringandmechanicalengineering.Duetothegreatdealofdemandsonthecompositebeamsinvariousengineeringpractices,itisnecessarytodevelopmorereliableandaccuratecompo

8、sitebeammode