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。     

空间桁架结构的非线性追踪分析理论

本文提出了空间桁架结构基于Euler坐标描述的非线性分析方法.几何非线性分析包括考虑结构发生杆端大侧移、杆端大转角下的平衡条件,导出了杆件切线刚度矩阵的显式.材料非线性包括考虑压杆弹塑性失稳前和失稳后的荷载-位移路径.运用本文模型可追踪空间桁架结构外力与位移关系的全过程.     

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。     

基于刚体准则的空间框架弹塑性非线性分析方法

基于刚体准则,采用二阶改进塑性铰模型,构建了空间弹塑性梁单元及其弹塑性刚度矩阵,建立了高效简洁的非线性增量迭代方法,可有效分析截面屈服产生的有限转动、二阶效应等柔性空间钢框架结构材料与几何非线性耦合效应。对于受初始力平衡的单元,随着单元的刚体转动与移动,其初始平衡力在当前状态下应保持大小不变,仅方向随单元做刚体转动,而实际结构的变形可以视为较大的刚体位移与较小的自然变形(弹性或非弹性)的组合。将此刚体准则植入增量迭代法,在预测阶段采用通过了刚体运动检验的弹塑性矩阵,从而合理确定迭代初始方向;在修正阶段使用刚体准则计算单元结点力,保证了计算精度。对三个典型柔性框架结构所做分析表明,本文方法能够准确预测结构的极限承载力值与塑性铰发展过程。对于空间框架结构,每根杆件仅需划分一个单元,极大提高了计算效率、降低了计算成本。与塑性区法、纤维元法以及考虑截面翘曲的修正切线刚度法等相比,本文提出的方法具有物理概念明确、单元划分少、刚度矩阵简单、分析过程简洁、计算精度与效率高等显著特点,适于工程应用。     

大型地下洞室围岩稳定三维弹塑性有限元分析

本文采用三维弹塑性增量变塑性刚度有限元法计算地下洞室围岩稳定。该法综合了常刚度法和变刚度法的优点,它不仅具有较快的计算速度,而且有较好的迭代收敛结果。本文还提出了用三维非线性有限元法分析岩体的三维地应力场的方法。     

基于拟力法的纤维梁有限元非线性分析方法

以拟力法中的弹塑性分解思路和纤维梁理论为基础,将梁单元的截面变形分解为弹性变形和塑性变形,并引入塑性自由度,在材料层面建立了基于拟力法的纤维梁有限元非线性分析方法。该方法可以保持结构整体刚度矩阵不变,其非线性状态通过局部塑性矩阵加以体现,在迭代计算时避免了结构整体刚度矩阵的实时更新与分解,且塑性矩阵相比于结构整体刚度矩阵规模小,提高了计算效率。通过数值算例,将文中方法与采用有限元软件ABAQUS的分析结果进行对比,两者吻合较好,证明了该方法的有效性。     

弹性钢构件火灾下的二阶分析

基于小挠度理论和大挠度理论的基本微分方程，利用虚拟栽荷法分别建立了弹性钢构件（梁、柱）在火灾条件下的二阶分析格式。计算时该格式使用同一刚度矩阵，只需要不断更新荷栽矢量，即在荷栽矢量的迭代中反映几何非线性效应。计算结果与试验对比分析表明，该方法计算简捷、精度高。     

基于空间等效桁架单元方法的钢筋混凝土结构非线性分析

针对传统有限元分析的复杂性以及裂缝描述不准确等缺点,从空间应力单元出发,结合平面等效桁架单元的研究方法,提出了一种空间等效桁架单元;基于空间等效桁架单元和空间应力单元刚度等效的原则,推导了等效后的单元刚度矩阵、杆件截面面积和杆件轴力计算公式,探讨了空间等效桁架单元应用于钢筋混凝土结构非线性分析的相关问题;借助ANSYS10.0采用该方法对一桥墩结构进行计算分析,并与采用平面等效桁架单元方法和试验方法所得结果进行了对比。结果表明:采用该方法对钢筋混凝土结构进行分析能够满足工程精度要求,并且能够准确描述裂缝的开展。     

整体张拉钢桁架结构成型过程分析

根据梁-杆单元非线性有限元理论,结合大跨空间张拉整体桁架结构(ST)的特点,提出过度单元刚度矩阵,编制了该结构几何非线性分析程序,通过对该结构成型过程的弹塑性分析,阐述该结构成型的关键因素和控制参数,跟踪分析了成型过程的变形、内力等特性,比较了变化规律,对几个典型实例成型分析得出成型的合理范围。所得结果对类似结构的设计、施工提供依据,为实际工程奠定基础。     

钢管桁架螺旋楼梯的设计初探

结合某工程钢结构螺旋楼梯的工程实例,简要介绍了利用空间管桁架进行螺旋楼梯的设计和计算方法。考虑了几何非线性,采用ANSYS和SAP2000进行了结构计算分析,提出了空间管桁架螺旋楼梯的设计要点。通过进行静力、地震分析和设计实践说明了采用空间管桁架的结构形式是可行的,结构具有很大的抗侧刚度和抗扭刚度。