一种考虑杆件初始弯曲的非线性杆单元-东南大学学报.pdfVIP

第３７卷第２期 东南大学学报（自然科 学版 ） Ｖｏｌ３７ Ｎｏ２ 　 ２００７年３月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＥＡＳＴＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） 　 Ｍａｒ．２００７ 　　　　　　 一种考虑杆件初始弯曲的非线性杆单元 周　臻　 孟少平　 吴　京 （东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室，南京２１００９６） 摘要：在假定杆件初始弯曲为半波正弦曲线的基础上，提出考虑初始弯曲的非线性杆单元，推导 了轴力与轴向变形的关系和轴向切线刚度的表达式，得到了初始弯曲对轴向刚度的影响系数．分 析表明，初始弯曲影响与刚度比、初始弯曲幅值、轴力大小以及杆单元长度有关．结合某索拱结构 工程实例，研究不同初始预应力取值下，杆件初始弯曲对结构非线性稳定性能的影响程度和影响 规律，结果表明：杆件初始弯曲对结构屈曲前的整体刚度影响很小，但对结构的极限荷载与屈曲 后性能影响较大；初始预应力取值的增加对结构的位移控制非常有效，但是对结构的刚度影响却 很小；在不同初始预应力取值下，极限荷载随杆件初始弯曲变化的规律相似，并且都接近于线性． 非线性杆单元能够广泛应用于桁架结构和网格结构的设计与分析，在考虑杆件初始弯曲后，将使 结构的设计与分析更加合理、更加科学． 关键词：杆单元；杆件初始弯曲；非线性；索拱结构；稳定；极限荷载 中图分类号：ＴＵ３９４　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１００１－０５０５（２００７）０２０２０１０５ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒｌｉｎｋｅｌｅｍｅｎｔｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｍｅｍｂｅｒｉｎｉｔｉａｌｃｕｒｖａｔｕｒｅ ＺｈｏｕＺｈｅｎ　ＭｅｎｇＳｈａｏｐｉｎｇ　ＷｕＪｉｎｇ （ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏｎｃｒｅｔｅａｎｄＰｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｓｓｕｍｐｔｉｏｎｔｈａｔｔｈｅｍｅｍｂｅｒｉｎｉｔｉａｌｃｕｒｖａｔｕｒｅｉｓｈａｌｆｗａｖｅｓｉｎｕｓｏｉｄ，ａｎｏｎｌｉｎ ｅａｒｌｉｎｋｅｌｅｍｅｎｔｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｍｅｍｂｅｒｉｎｉｔｉａｌｃｕｒｖａｔｕｒｅｉｓｂｒｏｕｇｈｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅｍｅｍｂｅｒａｘｉａｌｆｏｒｃｅａｎｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｉｓｄｅｒｉｖｅｄ．Ｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｍｅｍｂｅｒａｘｉａｌｔａｎｇｅｎｔｓｔｉｆｆ ｎｅｓｓｉｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｍｅｍｂｅｒｉｎｉｔｉａｌｃｕｒｖａｔｕｒｅｏｎａｘｉａｌｔａｎｇｅｎｔｓｔｉｆｆｎｅｓｓｉｓａｌｓｏｆｏｒ ｍｕｌａｔｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｍｅｍｂｅｒｉｎｉｔｉａｌｃｕｒｖａｔｕｒｅｒｅｌａｔｅｓｔｏｔｈｅｓｔｉｆｆｎｅｓｓｒａｔｉｏ，ｔｈｅ ｖａｌｕｅｏｆｉｎｉｔｉａｌｃｕｒｖａｔｕｒｅ，ｔｈｅｖａｌｕｅｏｆａｘｉａｌｆｏｒｃｅａｎｄｍｅｍｂｅｒｅｌｅｍｅｎｔｌｅｎｇｔｈ．Ｐｏｉｎｔｉｎｇｔｏａｐｌａｎｅ ｃａｂｌｅａｒｃｈｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｉｎｉｔｉａｌｃｕｒｖａｔｕｒｅｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｔａｂｉｌｉｔｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｉｔｉａｌｐｒｅｓｔｒｅｓｓｉｎｇｖａｌｕｅｓ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｃｕｒｖａｔｕｒｅｈａｓ ｌｉｔｔｌｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｔｉｆｆｎｅｓｓｂｅｆｏｒｅｂｕｃｋｌｉｎｇ，ｗｈｉｌｅｉｔｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｐｏｓｔｂｕｃｋｌｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｓｒｅｍａｒｋａｂｌｅ．Ｗｈｅｎｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｐｒｅｓｔｒｅｓｓｉｎｇｖａｌｕｅ