多弹簧型钢梁柱单元若干问题的探讨

多弹簧空间梁柱单元可以有效地模拟空间梁柱单元在轴力和弯矩共同作用下的响应.就多弹簧梁柱单元的塑性区长度系数、内力提取截面位置、单元p-delta效应计算以及单元杆端曲率的计算进行了探讨.在讨论的基础上,通过对比计算结果与有限元分析结果以及试验结果,验证了本文论述的可靠性.     

空间支撑钢框架结构的三重非线性分析

为了探讨三维结构的高等分析方法,本文将有限单元法与梁柱法相结合,建立了空间支撑钢框架结构的三重非线性分析方法,该法综合考虑了几何、材料和连接非线性效应。文中基于非线性连续介质力学理论和考虑剪切效应的稳定插值函数建立的严格三维梁柱单元刚度矩阵,包含了轴向、剪切、双向弯曲与扭转及其各耦合效应。三维单元简化塑性区模型可模拟塑性扩展,利用单元两端抗转弹簧和考虑支撑效应的节点域剪切变形模型来模拟连接非线性。使用包括几何、材料和连接非线性的数值算例来检验本文方法和所编计算机程序的可行性、有效性与精确度。算例表明,利用本文方法,每个构件只需一个单元即可准确预测三维结构的极限荷载与失稳模态,可提高结构非线性空间性能的分析效率。     

基于OpenSees螺栓顶-底角钢节点的抗震性能数值分析

螺栓顶-底角钢节点是一种有效的半刚性节点形式,为了研究其抗震性能,提出螺栓角钢的双线性恢复力模型,并采用有限元软件OpenSees进行数值分析。有限元分析以2个既有试验为模型,采用基于纤维模型的非线性梁柱单元模拟钢梁与钢柱,在梁柱结合部位采用零长度连接单元模拟连接角钢的作用,采用自适应非线性求解法进行数值分析。结果表明:数值分析较好地模拟了节点的弹塑性性能,基于OpenSees的分析模型适用于该节点的非线性分析;推导出的螺栓角钢双线性恢复力模型能够较好地模拟节点的作用,具有适用性。     

桩-土作用机理与数值模拟

桩-土间相互作用机理的研究是保证桩基础在建筑荷载作用下安全稳定的关键。在分析桩-土间相互作用的基础上,利用有限元分析软件ANSYS中的Structural模块先进的非线性功能,进行桩的有限元分析,对桩-土间相互作用方式进行了数值模拟研究。建立了完整的桩模型,并建立弹簧单元以及表面效应单元以模拟土层对桩的作用力,得到了在建筑荷载和土层作用力下桩的位移量及其轴向应力分布,为建筑基础设计提供理论依据。     

基于ABAQUS纤维梁单元的钢筋混凝土柱受力破坏全过程数值模拟

合理、准确地模拟钢筋混凝土梁柱构件的非线性及断裂破坏行为,对于进行钢筋混凝土框架结构在强震作用下的倒塌破坏机制研究具有重要的意义。基于有限元软件ABAQUS的显式求解模块Explicit,研究了钢筋混凝土梁柱构件纤维梁单元的构型及其单元消除技术,构建了包含材料破坏准则的钢筋、混凝土单轴本构关系,并利用用户材料接口VUMAT编制了相应的计算子程序。为验证上述方法的合理性和正确性,本文对轴压与侧向往复加载下钢筋混凝土柱构件的受力破坏全过程进行了数值模拟。计算结果表明:采用单元消除(杀死)可以简单、有效地实现有限单元法对于梁柱构件断裂破坏过程的模拟;基于纤维梁单元构建的材料单轴本构关系和破坏准则能够准确、细致地描述钢筋混凝土柱在荷载作用下的非线性性能发展、构件截面的渐进破坏过程以及残余构件的运动状态;对于非线性性态发展较为强烈的结构构件,考虑材料失效的模拟分析结果更为合理、可信。该方法可用于钢筋混凝土框架结构在强震下倒塌全过程的模拟分析。     

无缝线路稳定性分析

随着铁路无缝线路的广泛应用．由温度压力引起的轨道臌曲（胀轨跑道）而造成的列车脱轨事故大量增加。本文建立了三维空间无缝线路模型，利用有限元方法编制专用程序用于深入研究温度荷载作用下无缝线路的臌曲特性。三维空间无缝线路模型由四个单元组成：用两侧对称薄壁开口断面梁单元模拟钢轨，每个节点有7个自由度；用实体弹性地基梁单元来模拟轨枕，每个节点有6个自由度；用弹性弹簧模拟扣件系统，弹簧有2个自由度；用弹簧单元模拟道床横向和纵向阻力。此外，在轨道模型中，考虑了钢轨单元的几何非线性，和道砟材料引起的道床阻力非线性特征。通过和其他研究的对比分析验证了该三维空间无缝线路模型的正确性。非线性分析结果表明：轨道臌曲是个空间问题，二维钢轨一轨枕模型和梁模型用于分析无缝线路的稳定性时结果偏于保守。     

空间框架的非线性塑性分析

介绍一种纤维梁柱单元,考虑几何和材料非线性。通过轴力和弯矩作用下构件稳定方程中的稳定函数来表示几何非线性,通过跟踪横截面上各纤维的单轴应力-应变关系来模拟材料非线性。基于广义位移控制方法,采用增量迭代法求解非线性平衡方程。用1个单元模拟1根杆件,该单元的非线性性能与有限元软件分析结果及其他有效结果比较吻合,并举例证明了该单元的准确性和有效性。     

半刚性连接钢框架的二阶弹性稳定分析

应用转动弹簧及Kish-Chen三参数模型来模拟梁柱的半刚性连接的力学性能,采用梁两端附带零长度转动弹簧的通用半刚性连接梁单元模型,根据梁柱法通过平衡微分方程及稳定函数推导了考虑二阶效应、节点半刚性影响的梁单元刚度方程及单元刚度矩阵,应用修正的Newton-Raphson迭代法,建立了平面钢框架二阶弹性稳定分析的计算格式,最后通过典型算例分析了梁柱连接节点的半刚性及二阶效应对钢框架稳定性能的影响。     

基于有限单元柔度法的钢筋混凝土空间框架非弹性地震反应分析

本文基于有限单元柔度法纤维模型梁柱单元理论,编制了钢筋混凝土空间杆系结构非弹性动力分析程序。通过对一个退台六层钢筋混凝土空间框架振动台试验结果与数值模拟分析结果的对比,对基于非线性有限单元理论和纤维模型的空间杆系分析模型进行钢筋混凝土空间框架非弹性地震反应分析的有效性进行了验证和评价。对地震振动台试验的模拟分析表明,纤维模型梁柱单元对中等以下损伤的结构地震反应具有很好的模拟能力,对于结构处于严重损伤的阶段,模拟所得的结构位移和损伤程度将会小于结构的实际位移和损伤程度,这可能是由于目前纤维模型梁柱单元尚不能考虑钢筋的粘结滑移以及将现浇楼板简单处理为刚性并未考虑楼板刚度实际会出现明显降低的现象所致。     

结构三维弹塑性分析方法及其在建筑物震害研究中的应用

介绍了作者研究开发的结构三维弹塑性分析方法及其在建筑物震害研究中的应用。采用杆系模型 ,包括梁、柱、墙单元、拉压杆单元、弹簧单元和阻尼单元 ,可建立各种结构计算模型 (质点系模型、平面或空间框架模型 )。对柱和墙单元等压弯杆件 ,采用了“多弹簧模型”和“纤维模型”来考虑变动轴力和双向弯曲荷载之间的耦合作用 ,能够表达压弯杆件在多轴荷载作用下的力学特性 ,从而比较真实地模拟结构弹塑性地震反应。为了表达各种荷载作用下杆件或弹簧的力和变形关系 ,作者开发和引进了多种材料恢复力模型 ,这些恢复力模型模拟了材料的非线性。在结构分析过程中也采用近似方法考虑了几何非线性。采用以上计算模型 ,作者开发了结构三维弹塑性分析计算机程序 ,用于分析遭受地震作用的建筑物 ,其结果与实际的地震破坏吻合较好 ,能够说明结构的破坏机制。     

圆钢管混凝土结构非线性有限元分析

基于合理的钢管混凝土拉、压材料数值本构模型,采用U.L.列式单元增量平衡方程,引入分层梁单元材料非线性分析理论,通过调整截面形心应变和曲率,使梁端内外力平衡,完善了分层单元法,编制了相应的非线性有限元程序,并对已有钢管混凝土结构面内受力,如钢管混凝土偏压柱、不等端弯矩钢管混凝土偏压柱、钢管混凝土压弯构件和钢管混凝土模型拱肋等试验资料进行双重非线性有限元分析。结果表明:几组钢管混凝土模型拱和钢管混凝土压弯构件的荷载-变形曲线和极限承载力与试验结果最接近,验证了本文方法与程序的可靠性,通过与其他学者计算结果相比,表明本文方法具有较高的计算精度。     

体外预应力连续梁受弯性能的非线性分析

本文通过试验分析了体外预应力梁在整个加载过程中的反应。如；预应力筋材料的非线性本构关系，体外预应力筋偏心距的变化，在转向块处预应力筋受摩擦的影响等。同时利用条带法编制了有限元非线性分析程序ＥＰＲＣＳ，在单元刚度矩阵中，考虑了材料非线与几何非线性，轴力二次矩等。     

加劲阻尼减震结构的弹塑性地震反应分析

在所建议的加劲阻尼器弹塑性恢复力模型的基础上 ,推导在空间杆系 -层模型中加劲阻尼装置的单元刚度矩阵和加劲阻尼减震结构的动力分析方法。据此在HBTA程序中实现对加劲阻尼减震结构的弹塑性地震反应分析 ,并通过算例考察加劲阻尼装置对建筑结构的减震效果。     

预应力混凝土路面的荷载分析及试验研究

根据预应力混凝土路面的特点,采用20结点等参数单元进行有限元数值计算,提出了更符合工作状况的板底摩阻力的迭代处理模型,数值算例及测试结果皆表明分析模型及程序的有效性.结合国内首条试验路段的实际情况,研究施加预应力对路面的影响以及预应力筋的安装埋置要求.     

考虑地基柔性和侧向力分布模式的桥墩推倒分析

考虑地基柔性的影响,使用SAP2000有限元程序分别建立了墩底固结和墩底六弹簧约束的桥墩模型,采用均匀加速度、第一阶振型和前三阶振型组合等3种水平侧向力加载模式分别对模型进行了推倒分析,并对比分析了不同墩高对计算结果的影响。通过对模型动力特性和推倒分析结果的对比分析表明,地基柔性不但延长了桥墩的自振周期,还对其振型和推倒曲线有着重要影响;对梁式桥梁结构进行推倒分析时不宜采用一阶模态向量分布加载模式;对于墩高较低、由第一阶振型控制的桥墩可采用均匀加速度和按一阶振型计算出的水平地震力分布模式进行推倒分析,墩高较高时,采用振型组合的加载模式更为合理。     

双排桩开挖过程的改进有限元分析方法

在现有的双排桩计算模型上,提出了改进有限元计算方法。在该法中,将被动区的土压力视为弹簧反力,考虑地基反力系数的变化,并将弹簧反力转化成等效结点力且表示成单元结点位移的函数,由此得到弹性地基梁单元矩阵,最后建立平衡方程求解内力和位移;按改进方法,分步开挖考虑了开挖过程中桩体内力和位移的连续性,采用增量法来计算开挖过程的荷载增量。     

非对称荷载对大跨度非规则单层网壳结构性能的影响

以某大跨度非规则单层网壳为研究背景,应用ANSYS通用有限元分析软件对网壳结构进行了建模并重点模拟了风荷载、雪荷载、温度效应等多种非对称荷载作用,进行了静力分析、特征值屈曲分析以及非线性稳定分析。得到了网壳结构在15种典型荷载组合下的内力、位移结果,分析了非对称荷载对网壳结构静力性能的影响;考虑了几何非线性、材料非线性、初始缺陷,得到了网壳结构在非对称荷载作用下的稳定系数,分析了非对称荷载对网壳结构稳定性能的影响。强调指出非对称荷载作用在大跨度单层网壳结构设计中的重要性,为大跨度非规则单层网壳设计提供参考。     

边坡与地基极限荷载的下限有限元解

塑性极限分析下限有限元法是将计算域进行单元离散,以应力为未知数,极限荷载为目标函数,建立满足平衡条件、应力连续条件、应力边界条件、屈服条件的线性规划模型,利用优化方法求解线性规划问题。以具体算例为例,根据编制的塑性极限下限有限元的MATLAB程序,求解了边坡和地基的极限荷载,计算结果与解析解比较,验证了程序的正确性和有效性;同时分析了相关参数对极限荷载的影响及规律。     

上饶市信江大桥拓宽提载设计与静荷载试验

结合上饶市信江大桥拓宽提载工程实例,对大桥主要结构病害的原因进行了分析,采用桥梁结构计算程序MI-DAS建立有限单元模型对其进行了验算,介绍了拓宽提载设计方案和静荷载试验方案,达到了预期的目标。     

深基坑支护结构内力与变形时空效应分析的程序实现

提出了深基坑支护结构内力与变形时空效应分析的三维有限元模型。以此为基础 ,介绍了相应的计算程序TSEF的实现过程 ,提出了土压力的修正方法 ,给出了主程序计算框图及荷载向量计算子程序框图 ,说明了程序的功能和特点。通过检验和算例分析 ,验证了程序的正确性。该程序可模拟基坑分步开挖过程、支撑方式的变化、地基的流变效应 ,可以计算挡墙上任意时刻、任意位置的内力与变形 ;可为深基坑支护、开挖设计及施工参数的选取提供依据