基于刚度修正法的杆系结构非线性破坏分析

大跨度空间杆系结构非线性稳定性直接影响着结构承载能力。空间杆系结构非线性稳定问题包括材料非线性和几何非线性两方面,利用力转换矩阵和位移转换矩阵建立了考虑双重非线性的杆系结构刚度修正法,并推导了双线性破坏准则下杆系结构刚度修正法的理论计算公式。利用MATLAB软件编程开发了基于刚度修正法的杆系结构数值计算软件,通过铰接桁架和六角星型穹顶两个算例讨论了杆系结构刚度修正法对结构非线性稳定承载力计算的影响,并同有限元软件ANSYS分析结果进行了比较。结果表明:刚度修正法通过引入力转换矩阵和位移转换矩阵充分体现了材料双重非线性影响,考虑了弹塑性阶段材料应力强化作用,能更准确地计算结构非线性稳定极限承载力。     

钢筋混凝土拱桥面内极限承载能力的非线性分析

建立了平面杆系UL列式的几何非线性与材料非线性耦合分析方法 ,并编制非线性分析程序。采用所编的程序对文献 [2、 6]提供的两个模型拱进行了计算分析 ,通过对拱桥结构的非线性屈曲分析 ,给出了拱顶挠度-荷载的关系曲线 ,可以看到拱桥结构的屈曲与压杆失稳是有差异的 ,拱结构在极值荷载点没有明显的屈服台阶 ,挠度 -荷载曲线在达到峰值点立即进入下降段 ;在对模型拱进行几何与材料非线性分析中 ,可以看到模型拱的极限承载能力主要受材料非线性的影响     

非线性分析方法及其工程应用——钢筋混凝土拱桥的面内极限承载能力计算分析

本文建立了平面杆系UL列式的几何非线性与材料非线性耦合分析方法,并编制非线性分析程序。采用所编的程序对文献[2][6]提供的两个模型拱进行了计算分析,通过对拱桥结构的非线性屈曲分析,给出了拱顶挠度-荷载的关系曲线,可以看到拱桥结构的失稳与压杆失稳是有差异的,拱结构在极值荷载点没有明显的屈服台阶,挠度-荷载曲线在达到逢值点立即进入下降段;在对模型拱进行几何与材料非线性分析中,可以看到模型拱的极限承载能力主要受材料非线性的影响。     

基于双重高斯积分的钢筋混凝土任意截面梁柱单元模型及应用

精确地建立梁柱单元模型是钢筋混凝土杆系工程结构非线性分析的关键。依据虚位移原理,耦合钢筋混凝土材料非线性和几何非线性,推导出任意形状截面钢筋混凝土梁柱单元模型。单元积分采用沿横截面二维高斯积分和沿梁柱单元长度一维高斯积分的双重高斯积分算法,使钢筋混凝土非线性梁柱单元积分更加简单和精确。应用所提出的梁柱单元模型和单元双重高斯积分方法编制了相应的结构有限元分析程序(STA-D),对13个异形(L形、T形、十字形)截面柱、3榀异形柱框架结构进行非弹性分析,理论分析结果与试验结果吻合较好。     

空间杆系结构极限承载力的非线性有限元分析

空间杆系结构极限承载力的非线性有限元分析研究工作虽然很多,但诸多存在列式复杂,程序计算效率低等缺点,本文直接从杆单元的空间几何关系和物理关系出发用共旋坐标法导出了空间杆单元在大转动变形条件下的单元切线刚度矩阵,并基于Newton-Raphson迭代法解非线性有限元方程,从而建立了空间杆系结构的大转动变形问题的计算机求解过程,且编制了相应的有限元Fortran程序NSTSAP.数值算例验证了本文方法可用于分析空间杆系结构的极限承载力.     

运营阶段悬索桥钢筋混凝土加劲桁梁有限元分析方法研究

采用传统分析方法对悬索桥钢筋混凝土加劲桁架结构进行分析,结果表明在运营荷载作用下构件计算内力普遍存在偏大问题。本文考虑结构几何非线性和材料非线性的影响,提出了该类结构杆件刚度考虑混凝土材料非线性影响的模拟方法,对某悬索桥进行了有限元分析及承载能力检算分析,并将计算分析结果与荷载试验结果进行对比分析,结果表明,运营阶段结构内力计算时,几何非线性效应不明显,考虑混凝土构件开裂对杆件刚度的折减影响,使构件受力状况与实际状况更加吻合。     

钢筋混凝土空间杆系结构的非线性计算

本文依据有限位移的增量理论，结合等参元的概念，引入钢筋混凝土的弹塑性强化材料计算模型，推导建立了用于空间杆系结构非线性计算的多结点空间等参杆单元。这一单元比一般杆单元能更好的处理空间曲杆。在考虑单元弹塑性非线性时，采用了以单元内积分点的弹塑性状态，综合描述单元的弹塑性状态的方法。比较计算表明，本文提出的多结点等参杆单元是一种合理、有效地计算模式。结合文中提出的单元弹塑性计算模型，能够解决空间杆系结     

外张预应力钢筋混凝土结构非线性有限元分析

本文提出了一种用于外张预应力钢筋混凝土结构非线性分析的单元模型,此模型可模拟外张预应力钢筋在转向点处的滑移和摩擦作用。将这一单元模型与混凝土和钢筋单元模型相组合,建立了外张预应力钢筋混凝土结构非线性分析程序,非线性方面包括了材料和几何非线性。该有限元模型可用于外张预应力钢筋混凝土结构从张拉施工至使用阶段的全过程分析,分析内容包括弹塑性变形、混凝土开裂和破坏等。最后给出的实例表明模型计算分析结果与试验结果[１］吻合良好。     

钢筋混凝土筒体结构弹塑性地震反应分析

本文提出了一种用于筒体高层结构弹塑性地震反应分析的杆系——柱壳计算模型。应用样条函数对薄壁筒子结构进行分析,根据增量理论,推导了薄壁筒子结构的弹塑性矩阵及刚度矩阵。推出了框架筒中空间杆件考虑剪切变形、几何非线性和材料非线性的单元刚度矩阵。编制了计算程序,通过计算例题,验证了方法的可行性及正确性。     

基于有限质点法的结构倒塌破坏研究Ⅱ:关键问题与数值算例

采用有限质点法求解结构倒塌破坏的关键问题，包括结构动力反应、几何非线性和材料非线性分析以及构件断裂。采用虚拟运动分离单元的刚体运动和纯变形，用以模拟结构的几何非线性行为；根据不同的本构模型计算质点内力，求解材料非线性问题；为模拟构件的断裂，建立了杆单元和梁单元的断裂准则，提出了断裂发生后的结构计算方法；综合考虑各关键问题，给出结构倒塌过程模拟的分析流程。通过对一个空间刚架的几何非线性、材料非线性和断裂行为的模拟和分析，验证了有限质点法在结构复杂行为计算中的正确性；最后对某悬挑网架结构在台风作用下的倒塌破坏过程进行研究，并将分析结果与现场破坏情况进行对比和分析。研究表明，该方法适用于结构的倒塌破坏研究，可以对倒塌全过程进行模拟，计算结果能够揭示结构的倒塌破坏机理。     

Second-order inelastic analysis of composite framed structures based on the refined plastic hinge method

Composite steel-concrete structures experience non-linear effects which arise from both instability-related geometric non-linearity and from material non-linearity in all of their component members. This paper therefore presents a numerical procedure capable of addressing geometric and material non-linearities at the strength limit state based on the refined plastic hinge method. The refined plastic hinge approach models the elasto-gradual-plastic material non-linearity with strain-hardening under the interaction of bending and axial actions. This produces a benign method for a beam–column composite element under general loading cases. Another main feature of this paper is that, for members containing a point of contraflexure, its location is determined and a node is then located at this position to reproduce the real flexural behaviour and associated material non-linearity of the member. The formulation with the refined plastic hinge approach is efficacious and robust, and so a full frame analysis incorporating geometric and material non-linearity is tractable. Following development of the theory, its application is illustrated with a number of varied examples.     

残余应力对等截面H型钢梁相关屈曲的影响分析

以有限元分析软件ANSYS为工作平台,基于非线性板壳有限元分析理论,采用大挠度弹塑性分析方法,对轻型门式刚架中H型钢梁相关屈曲性能进行了深入的研究,主要考察了残余应力对等截面H型钢梁相关屈曲性能的影响,获得到了一些有价值的结论。     

钢管混凝土拱桥的动力稳定极限承载力研究

从结构极限承载力的角度研究钢管混凝土拱桥在地震作用下的动力稳定性能。基于大型通用有限元程序ANSYS的应用平台,使用其APDL语言,采用B-R运动准则结合动态增量法(IDA)提出用特征响应寻求钢管混凝土拱桥动力稳定极限承载力的研究方法,分析地震动输入方向、结构几何非线性、材料非线性及其结构初始缺陷模式和大小对动力稳定极限承载力的影响,结果表明横向输入对拱桥稳定最为不利,材料非线性的影响比几何非线性影响大,几何初始缺陷会降低拱桥的动力稳定极限承载力,其中以反对称最为不利。最后,通过对一钢管混凝土模型拱桥的振动台试验的分析比较,表明该方法的正确性和工程适用性,可为系统研究钢管混凝土拱桥的动力稳定性能提供理论分析基础。     

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。     

残余应力对H型钢楔形梁相关屈曲的影响

以有限元分析软件ANSYS为工作平台,基于非线性板壳有限元理论,采用壳单元对轻型门式刚架中H型钢楔形薄壁梁进行考虑双重非线性的全过程分析,从而对其相关屈曲性能进行深入的研究。通过变化构件腹板厚度、长度、翼缘宽度、楔率等几何参数,从荷载-位移曲线、承载力、变形的发展等方面入手,分析了残余应力对变截面H型钢梁的相关屈曲性能的影响,获得到了一些有价值的结论。     

单层球面网壳结构动力稳定分析

本文阐述结构动力稳定性的基本概念,动力稳定研究方法.通过非线性有限元分析空间梁单元节点大位移、大转角产生的几何非线性,采用Mises屈服准则和Prandtl-Reuss流动法则模拟材料弹塑性本构关系.讨论网壳结构动力失稳机理.通过大型工程实例分析,验证本文的理论和所编制程序的正确性.     

H型钢楔形薄壁梁相关屈曲性能分析

以有限元分析软件ANSYS为平台,基于非线性板壳有限元分析理论,对轻型门式刚架中H型钢楔形薄壁梁的相关屈曲性能进行大挠度弹塑性分析。用Shell 18l单元对轻型门式刚架中H型钢楔形薄壁梁进行离散,考虑初始几何缺陷和残余应力的影响,对其进行全过程跟踪分析,从而对其相关屈曲性能进行深入的研究。从荷载-位移曲线、承载力、变形的发展和塑性区的分布等方面入手,对影响相关屈曲性能的因素(腹板高厚比、翼缘宽厚比、跨度、楔率等)进行系统的分析和研究,并与现行规范进行比较,得到一些有价值的结论。     

考虑节点域变形效应的空间支撑钢框架结构二阶弹塑性分析

详细推导了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所建立的严格三维梁柱单元虚功增量方程和切线刚度方程, 该方程包含了轴向、剪切、双向弯曲与扭转及其各耦合效应。提出的三维单元简化塑性区模型可模拟塑性扩展。建立了考虑支撑效应的节点域剪切变形模型, 该模型可更真实地反映节点域的变形影响。使用包括几何、材料非线性和节点域变形影响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: 利用该程序, 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。该程序可用于三维结构的非线性全过程分析, 为建立高层钢结构的高等分析方法奠定了基础。     

FE model of beam-to-column extended end-plate joints

The rotational behaviour of steel end-plate connections can be studied using the finite element method for the following three reasons: 1) such models are inexpensive and robust; 2) they allow the understanding of local effects which are difficult to measure accurately physically; and 3) they can be used to generate extensive parametric studies. This paper presents a full three-dimensional ANSYS finite element model of steel beam to column bolted extended end-plate joints for use to obtain their behaviour. The model includes: contact and sliding between different elements; bolt pre-tension; and geometric and material non-linearity.The model was calibrated and validated with experimental results found in the literature and with the model proposed by Eurocode 3. The results from the finite element analysis were verified by comparing the obtained moment-rotation curve of the joint. The procedure for determining the moment-rotation curve using finite element analysis is also given, together with a brief explanation of how the design moment resistance and the initial rotational stiffness of the joint are obtained.     

不同荷载工况下双段变截面H型钢梁相关屈曲性能分析

采用ANSYS软件中的板壳元,考虑双重非线性,对梁端受等弯矩、不等同号弯矩、不等异号弯矩和梁上均布荷载和两端简支与固接情况下双段变截面H型钢梁进行了全过程分析,并同时考虑了纵向焊接残余应力、初始几何缺陷的影响。根据获得的构件荷载-位移曲线和不同荷载时刻的构件整体与局部变形形态,对比分析了不同荷载工况对双段变截面梁的承载力、整体刚度、相关屈曲、塑性扩展等性能的影响。研究结果表明,对于受弯矩作用的双段变截面H型钢薄壁梁,其腹板宽厚比可尽量取大值;剪力对梁的相关屈曲性能影响很大,对主要受剪力作用的梁,要防止发生腹板局部屈曲;固接约束极大改善构件性能。