预应力钢与高强混凝土组合梁有限元分析

目的研究预应力钢与高强混凝土组合梁从加载到破坏的全过程，分析其力学性能，为工程应用提供可靠的理论依据．方法采用大型有限元软件ANSYS，对预应力钢与高强混凝土组合梁进行了空间非线性分析，在组合梁的有限元模型中，钢梁采用壳单元，混凝土采用体单元，混凝土中的普通钢筋通过单元实常数确定，预应力钢筋采用线单元，预加应力通过单元实常数确定。采用弹簧单元考虑了混凝土翼缘板同钢梁间的滑移；采用非线性材料本构模型关考虑了钢材和混凝土的材料非线性特性．结果计算得到了组合梁在不同加载状态的应力、应变，荷载一变形曲线，预应力钢筋增量曲线，滑移沿梁长分布曲线等，并与试验研究进行了比较．分析表明，高强混凝土和钢材的强度都得到了充分发挥．结论计算结果与已有试验结果较为吻合，因此，可以利用有限元方法研究组合梁的工作性能，代替部分试验研究．     

预应力混凝土梁受力全过程有限元分析

采用考虑材料非线性的有限元方法,选取适当的混凝土、普通钢筋和预应力筋的本构关系和单元类型,对6根预应力混凝土梁的受力全过程变形性能进行了非线性有限元分析,获得了梁的跨中弯矩-挠度曲线,受压边缘混凝土和预应力筋的荷载-应变曲线以及屈服位移、极限位移和位移延性系数等计算成果,与试验成果对比符合良好表明,基于ANSYS程序建立的有限元数值模型用于研究预应力混凝土受弯构件的变形性能是可行的.     

基于旋转裂纹模型的混凝土承载能力精确算法

目的 研究混凝土旋转裂纹模型在有限单元法计算承载能力理论中的应用,提出计算开裂后混凝土承载能力的精确方法.方法 将拉伸软化曲线以折线代替,采用由位移增量控制施加荷载的迭代方法.当位移增量的终点越过折线近似的拉伸软化曲线的转折点时,通过控制位移增量大小的方法,使位移增量的终点落在转折点上,下步迭代过程的新的刚度矩阵以新的折线的斜率为基础进行计算.结果 采用高次等参单元求解混凝土破坏过程,其位移和应力可以得到较高精度.结论 可以减少迭代步骤、提高混凝土开裂后承载能力的计算精度.对于不同工况,具有良好的适应性.     

无粘结预应力混凝土梁双重非线性有限元分析

为研究无粘结预应力混凝土受弯构件的荷载-变形特性,用平面应力大变形问题的UL列式法,建立直线配索无粘结预应力混凝土T形截面简支梁的有限元模型,混凝土和钢筋分别采用了Ottosen四参数屈服准则和Von-Mises屈服准则的弹性-完全塑性本构关系;由于相对滑移,无粘结预应力钢束简化为随加载过程不断更新的外力边界条件;用弥散式裂缝模型模拟了混凝土的开裂并用Euler-Newton迭代法求解非线性有限元方程组.用2集中力3分点加载的简支梁试验对有限元模型进行验证,计算和试验所得荷载-挠度曲线及预应力钢束应力增量与荷载关系曲线均具有三折线形特征,且较为吻合,表明所建立的非线性有限元模型是合理和实用的;与不考虑几何非线性因素时的计算结果相比,考虑几何非线性计算所得的荷载-挠度曲线比不考虑几何非线性时更接近实测结果,表明在计算中考虑几何非线性很有必要.     

考虑滑移效应的体外预应力波形钢腹板梁桥的应力增量

体外预应力筋的应力增量在波形钢腹板梁桥理论中至关重要。在已有的应力增量计算方法中，适用于波形钢腹板梁桥的方法相对较少，考虑预应力筋滑移效应的更少。为研究适用于波形钢腹板组合梁体外预应力筋应力增量的计算公式，考虑在转向块处体外预应力筋与混凝土之间滑移效应的影响，通过分析预应力筋的变形和结构整体变形的几何关系，推导出对称荷载作用下的应力增量计算公式。结合现有试验数据，利用Ansys建立了实体模型，使用非线性弹簧单元Combin39来实现预应力筋的滑移效应；并将求得的计算值与试验值和模型值进行比对分析。结果表明：推导的应力增量公式计算值与波形钢腹板组合梁试验值吻合较好，验证了该方法的适用性；考虑滑移效应影响时，结构的整体挠度和应力增量增大，承载能力降低。     

火灾下有粘结预应力混凝土简支梁板的变形非线性分析

采用ANSYS程序计算得到梁板截面的温度场,然后用FORTRAN语言编写程序对高温下有粘结预应力混凝土简支梁板的变形进行了非线性分析。在非线性分析过程中,采用纤维元模型,考虑了力与温度的相互耦合的影响,得到梁板沿长度方向各个截面的弯矩-曲率关系,采用共轭梁法计算了火灾下有粘结预应力混凝土简支梁板的变形。将程序计算结果与有关文献的试验数据进行比较,吻合程度较好。同时,分别对大跨度有粘结预应力混凝土简支梁和板在ISO标准升温情况下的变形进行了非线性分析。经过计算可知,大跨度有粘结预应力混凝土简支梁在正常设计荷载水平下具有较高的耐火极限。     

钢-混凝土组合连续梁抗弯性能

为了准确分析钢-混凝土组合梁的抗弯性能,考虑到钢-混凝土组合梁交界面处通过剪力连接件部分相互作用的特点,基于接触理论推导了一种新的复合梁单元有限元刚度方程。考虑到钢-混凝土组合梁交界面处的剪切滑移效应,在交界面上采用两种位移模式以模拟钢梁上缘和混凝土下缘的位移差。通过将计算结果与试验结果对比,表明该计算公式是合理可信的。利用复合梁单元能够有效计算在竖向荷载作用下组合梁的挠度、应变和交界面处剪切滑移应变差等指标沿梁纵向的分布,并且能直接分析栓钉对组合梁抗弯性能的影响,还可以将复合梁单元推广到变截面钢-混凝土组合梁和预应力钢-混凝土组合梁的计算中。     

预应力闸墩与钢锚块接触非线性有限元分析

采用非线性有限元方法,对深溪沟水电站泄洪闸预应力闸墩与钢锚块进行了整体空间应力与变形分析,计算中考虑了预应力闸墩与钢锚块的耦合效应,并通过在两者之间设置接触单元模拟预应力闸墩与钢锚块的接触非线性,得到各设计工况下的位移分布和变形结果,全部有限元计算结果为深溪沟工程泄洪闸预应力体系设计与优化提供依据.根据有限元计算成果,对大吨位预应力闸墩所采用的钢结构支撑梁的预应力效果进行总结和评价,并与混凝土锚块的应力分布规律作了简要的对比.     

型钢混凝土组合框架力学性能非线性分析

在充分考虑混凝土损伤、材料非线性及单元类型的基础上,建立了由预应力（非预应力）型钢混凝土梁及角钢混凝土柱构成的型钢混凝土组合框架有限元模型,对其在水平荷载作用下的力学性能进行数值分析及试验对比验证。在此基础上,进一步研究了水平荷载作用下组合框架受力的全过程,并对影响此类框架力学性能的主要因素进行了参数敏感性分析。结果表明：组合框架在梁端和柱底部均出现塑性铰,能实现“强柱弱梁”的破坏机制;随着轴压比增大,水平荷载‐位移曲线峰值荷载先增加后减小,峰值荷载对应的位移减小,延性降低;随着长细比增加,结构刚度降低,峰值荷载减小,延性增加。     

框架结构中双向板挠度的非线性有限元分析

探讨了框架结构中承受均布荷载的钢筋混凝土双向板在正常使用阶段的非线性特性和研究方法，采用增量迭代混合法编制了有限元程序，对不同荷载形式、边界条件和配筋率的钢筋混凝土双向板进行了计算，并与试验结果进行了比较，通过非线性回归建立了框架结构中双向板在各种位移边界条件下的挠度计算公式。     

新型钢管混凝土柱-梁节点有限元分析

在合理选择单元类型、材料的本构关系、破坏准则以及裂缝处理的基础上,利用非线性有限元分析程序AN-SYS,对节点区柱钢管不全贯通式钢管混凝土柱-梁节点的受力机理进行三维非线性有限元分析,进一步研究该节点的裂缝形态和受力性能等.分析结果表明,有限元模型计算结果与已有试验结果吻合较好. 更多还原     

钢筋混凝土双肢剪力墙非线性静力有限元分析

利用有限元软件ABAQUS中的混凝土损伤塑性模型,采用分离式方法建立有限元模型,对钢筋混凝土双肢剪力墙进行了非线性分析;在与试验结果进行对比分析的基础上,选取了用于钢筋混凝土剪力墙非线性有限元分析的材料破坏准则和本构关系进行建模;通过数值计算,分析了轴压比、墙连梁跨高比、墙分布钢筋配筋率、边缘构件配筋率对钢筋混凝土双肢剪力墙的承载能力、延性、破坏形态等的影响。结果表明：轴压比、分布钢筋配筋率和连梁跨高比对钢筋混凝土双肢剪力墙的受力性能影响较为明显;边缘约束构件配筋率对墙体的影响较小。     

基于热力耦合的钢筋混凝土锈胀开裂分析

为对锈蚀钢筋混凝土构件开裂问题进行分析,鉴于氯离子扩散控制方程与瞬态热传导控制方程的相似性,根据传统的Fick定律和已有的氯盐环境下钢筋非均匀锈胀模型以及热弹性力学理论,提出钢筋混凝土锈胀开裂模拟的热力耦合方法.对氯离子的扩散采用瞬态热传导方法进行分析模拟,提取各时间步钢筋单元表面的氯离子质量浓度即温度作为混凝土的温度荷载,引入钢筋锈胀的时变等效温度膨胀系数,采用升温膨胀对钢筋的锈胀以及由此引起的混凝土开裂过程进行有限元分析.数值算例表明,该方法可以有效地模拟和分析钢筋的非均匀锈胀和混凝土的裂缝扩展行为.     

计算独柱墩帽梁承载力的改进撑杆-系杆模型

针对独柱式桥墩帽梁在承载能力极限状态下的设计计算问题,提出改进的撑杆-系杆模型来预测该类结构的极限承载力.以某座独柱式桥墩发生严重开裂的桥墩帽梁为背景,利用ANSYS的有限元弥散裂缝模型对开裂的桥墩进行非线性分析.计算结果说明,对于钢筋混凝土独柱墩帽梁这类剪跨比较小的构件,帽梁的弯剪复合受力十分复杂,基于经典的欧拉伯努利梁理论和铁木辛柯梁理论的设计计算方法不合适.对比数值分析的结果,提出基于节点区域双向拉压破坏的改进撑杆-系杆体系模型.该模型进一步考虑了弯起钢筋、箍筋以及混凝土抗拉强度对斜裂缝开展的限制作用,更能反映独柱墩帽梁在破坏阶段的受力特征.对比独柱墩帽梁常用的剪跨比下各理论的适用性可知,该改进模型结果与有限元模型的计算结果吻合.     

砂浆内钢筋锈胀应力监测与数值模拟研究

钢筋锈蚀是导致海洋混凝土结构失效破坏的最主要原因，探明钢筋锈胀应力发展及其诱导混凝土开裂的过程对于钢筋混凝土服役寿命预测有重要意义。采用内掺盐与恒电位加速砂浆内钢筋锈蚀，通过砂浆外不锈钢圆环环贴应变片实现钢筋锈蚀过程的应变监测，并计算锈胀应力，利用COMSOL软件分析混凝土中钢筋锈胀应力发展及混凝土锈胀开裂历程。结果表明：利用有限元与钢筋锈胀时变径向位移加载，实现钢筋混凝土锈胀开裂过程的模拟，模拟结果与试验结果基本一致；不考虑砂浆、钢筋的非均匀性及锈蚀产物对开裂砂浆的充填效应，模拟结果不能真实反映锈胀应力的波动性及锈胀应力释放与缓慢增加的过程；提高砂浆强度、减小钢筋直径可以有效延缓钢筋锈胀导致混凝土开裂的时间。     

钢筋混凝土三维非线性有限元分析的复合式模型

本文简要介绍了钢筋混凝土有限元传统模型，提出了三维钢筋混凝土结构非线性有限元分析复合式模型．该模型用不同方法处理计算钢筋混凝土拉区和压区：拉区钢筋采用杆件单元模型，压区钢筋混凝土则采用整体式模型．同时，引人了混凝土非线性本构关系和多轴强度准则．该模型可以适用于大型复杂钢筋混凝土结构的三维非线性有限元分析，并可以进一步实现应力应变全过程、混凝土裂缝等分析，且使用方便．所附算例表明，使用该模型能较好符合试验结果．     

寒冷地区坝内垫层管运行期温度效应及保温措施研究(研究生论坛）

为研究寒冷地区温度变化及保温措施对坝内垫层管外包混凝土开裂状况的影响,本文基于混凝土塑性损伤模型,考虑运行期的温度作用,对某水电站坝内垫层管进行了非线性有限元分析。结果表明：由于垫层的铺设,正常运行工况下管道混凝土几乎无损伤,管道表面不会出现宏观裂缝;但在温降工况下管道顶部混凝土损伤较严重,而在温升工况下管道底部混凝土损伤更明显,相应损伤区域的钢筋应力也明显增加;坝面保温板的铺设能够有效降低结构所承担的温度荷载,改善混凝土损伤状况,降低钢筋应力,且随着保温板厚度的增加其作用效果逐渐显著,但当增加到一定程度后,其作用效果趋于稳定,同时考虑投资等工程实际情况,不宜过度增加保温板厚度,建议保温板厚度由裂缝宽度控制。     

高强混凝土—型钢组合剪力墙抗震性能非线性有限元分析

目的在低周反复荷载试验的基础上,对高强混凝土—型钢组合剪力墙的承载力和变形能力进行有限元分析,模拟分析混凝土强度等级、轴压比和配筋率等因素对高强混凝土剪力墙承载力的影响.方法将剪力墙各部件用有限元相关单元模型和本构关系进行模拟,建立合理的有限元模型,并对其进行非线性有限元分析.结果带有钢框架及带有斜向支撑钢框架剪力墙的抗震性能要好于普通的钢筋混凝土剪力墙,有限元分析结果与试验结果吻合较好,有限元分析可以作为低周反复荷载试验的有效补充.结论有限元模型可模拟实际剪力墙的受力性能,混凝土强度等级、轴压比、边柱纵筋配筋率等六个因素对高强混凝土剪力墙的极限荷载影响较大,对于开裂荷载,轴压比对其影响较大,对这些参数进行合理的调整可以提高剪力墙的抗震性能.     

混凝土内变形钢筋锈蚀速率时变规律试验研究

基于钢筋锈蚀的混凝土结构使用寿命预测的一个重要问题是建立混凝土内钢筋锈蚀速率模型．通过试验研究得出不同水灰比对钢筋锈蚀速率时变规律的影响,即水灰比越大钢筋的锈蚀速率越高．同时研究了钢筋锈蚀速率的时变规律,在恒定气候条件下,其多变过程可分为锈蚀初期的下降阶段、平稳发展阶段和混凝开裂后的上升阶段．     

基于裂缝扩展准则的混凝土重力坝裂缝扩展全过程数值分析

将裂缝扩展准则应用于混凝土重力坝裂缝扩展全过程分析,结合虚拟裂缝模型计算了经典混凝土重力坝模型的断裂特性,并与其他数值方法进行了对比。结果表明：利用该数值方法得到的混凝土重力坝模型的外荷载一裂缝口张开位移曲线及裂缝扩展路径与试验结果均吻合良好;当给定了混凝土材料的起裂断裂韧度、断裂能、抗拉强度等参数后,即可采用该数值方法对混凝土重力坝裂缝扩展全过程进行分析。