不规则截面钢筋混凝土梁柱单元模型及应用

为了更好地研究钢筋混凝土梁柱结构的非线性力学性能,建立考虑材料非线性和几何非线性耦合的钢筋混凝土梁柱单元模型.基于杆件分析的平截面假设和截面高斯积分法,应用钢筋和混凝土材料本构关系非线性,推导出不规则截面钢筋混凝土梁柱单元的截面刚度矩阵,进而通过虚功原理建立钢筋混凝土梁柱单元切线刚度矩阵;并采用弧长增量迭代法求解非线性方程组,编制不规则截面钢筋混凝土梁柱结构的数值分析程序.对规则和不规则截面钢筋混凝土框架进行了非线性全过程分析,理论分析结果与试验结果比较,吻合较好.表明所建立的钢筋混凝土梁柱单元模型适用于钢筋混凝土梁柱结构的非线性力学分析;由于采用截面高斯积分法,对不规则截面的梁柱结构计算显得十分便捷.     

双向偏压钢筋混凝土柱的有限元分析模型

为实现钢筋混凝土柱的高效精确分析，建立了基于纤维积分法的可用于任意截面双向偏压钢
筋混凝土柱材料和几何非线性分析的有限元模型。基于混凝土和钢筋的非线性应力-应变关系，引入
Rodriguez截面分析模型，按边界顶点把混凝土截面划分成若干个梯形单元，通过对纤维直接积分导出截
面切线刚度矩阵，并基于空间非线性杆单元理论建立标准有限元公式。利用该分析模型对双向偏心受压钢
筋混凝土试验柱进行极限承载力分析计算，结果表明所提出的有限元模型具有较高的计算精度；通过采用
纤维积分法来替代传统的截面分块或分条法，显著提高了计算效率。     

钢筋混凝土板非线性有限元分析

对钢筋混凝土板的截面采用分层组合模型能较好反映板受力后的开裂、应力、应变与裂缝开展等情况,并考虑混凝土在双向受力作用下的非线性性能.采用三角形薄板单元,对钢筋混凝土分层组合模型建立单元刚度矩阵.编制了非线性有限元分析程序,对所试验的复杂支承条件的钢筋混凝土板做了分析,分析结果与试验数据基本相符.有限元计算分析结果对实际应用具有参考价值.     

三维退化纤维梁单元线性和非线性有限元分析

为了解决曲线梁、任意形状截面梁、以及复合材料梁等结构的计算问题,基于退化理论推导得到三维退化纤维梁单元。该单元采用平截面基本假设,考虑剪切变形的影响,用轴线节点位移表示梁单元任意一点的三维位移场。根据UL列式,推导得到该单元考虑几何非线性和材料非线性的切线刚度矩阵。由上述理论编制了有限元计算程序,通过对几个典型算例的分析,证明了这种纤维退化梁单元的精确性、高效性和通用性。     

施工缝模型及在钢筋混凝土柱非线性分析中的应用

提出用零长度截面单元模拟施工缝,并基于纤维模型推导了单元刚度矩阵,给出完整的单元描述。在此基础上,进一步提出用以模拟带缝柱的纤维杆元模型,即由一个非线性梁柱子单元端部附加零长截面子单元组成。通过OPENSEES非线性分析软件平台,建模分析了钢筋混凝土带缝柱在拟静力试验下的非线性反应行为,计算结果与试验结果吻合较好,验证了该模型的有效性,为以后在混凝土结构或构件的非线性分析中考虑施工缝的影响提供依据。     

反复荷载下RC框架柱的非线性分析

提出了反复荷载作用下钢筋混凝土结构的非线性分析方法，程序中引入了混凝土平面等参单元、弹塑性钢筋单元和双向联结单元，还引入了检验材料破坏及其破坏时的不平衡力重分布等功能，采用了片状裂缝模型，以混合型的初始刚度法与切线刚度法进行非线性选代计算。并对试验ＲＣ框架柱进行了反复荷载下的计算分析。     

基于组合单元的圆钢管混凝土结构非线性分析

基于圆钢管混凝土组合截面轴力-应变关系和轴力一弯矩一曲率关系实用计算方法,采用U.L列式单元增量平衡方程,引入平面梁单元非线性分析方法,建立了钢管混凝土结构组合单元法非线性有限元分析理论.编制了相应的非线性有限元程序,对已有钢管混凝土结构的面内受力,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进行双重非线性有限元分析,与基于钢管混凝土拉压数值本构模型的分层梁单元非线性分析理论比较.结果表明,两种分析方法的载荷一变形曲线和极限承载力都很接近试验结果,与分层法相比,组合单元法直接根据杆端力求解截面刚度,不用分层计算截面刚度,加快了计算速度.     

三阶钢筋混凝土梁柱单元

本文在二阶梁主单元几何非线性分析公式的基础上，推导建立了三阶梁柱单元几何非线性和材料非线性有限单元分析公式，所得到的考虑大位移影响的三阶是小位移刚度矩阵，二阶和其它几个矩阵的简单叠加，文中分析了二阶与三阶单元刚度矩阵结果的差别，并把理论分析计算结果与实验结果进行比较，两者吻合很好。     

钢筋混凝土单跨排架的总承载力及其变阶柱的计算长度

为了改进排架柱二阶弯矩的近似计算方法,本文在考虑了材料非线性及几何非线性的前提下对钢筋混凝土变阶柱单跨排架进行了全过程分析,再从单跨排架整体受力性能出发找出结构总承载力为最小的荷载形式及破坏机构,并求出各控制截面中相应的非线性二阶弯矩及与规范η值公式相呼应的计算长度.最后提出了单跨排架柱上下柱计算长度的建议值.     

起重机箱形伸缩臂稳定性分析的精确理论解

运用二阶理论建立的梁－柱平衡方法导出平面梁单元刚度矩阵;在小变形条件下,该刚度阵精确地包含了梁单元的线性刚度阵和肉体刚度阵。由结构刚度矩阵行列式值为零的失稳条件导出结构失稳特征方程,从而精确地确定系统临界力值。本文以起重机箱形伸缩吊臂为例,对多节变截面阶梯柱的稳定性进行分析,给出任意阶起重机箱形伸缩壁临界力求解的精确递推公式。     

钢管混凝土拱极限承载力分析的共旋坐标法

为提高钢管混凝土拱极限承载力分析的精度和效率,基于共旋坐标法建立了考虑材料和几何非线性的钢管混凝土拱数值分析模型．首先基于共旋坐标系下应变和消除刚体位移后的变形为线性关系,利用虚功原理无须迭代就可直接计算出该坐标系下完全粘结钢管混凝土梁单元考虑材料非线性的切线刚度矩阵,再通过结构坐标系与共旋坐标系下节点力之间及节点位移之间的总量关系及微分导出的增量关系,最终获得其在结构坐标系中考虑几何与材料双非线性的切线刚度矩阵,不平衡力完全是基于全量来计算.算例结果表明,该算法具有减少计算量、不累积误差和精度高等优点．     

U型薄壁RC受扭构件非线性分析模型及应用

为实现混凝土U型薄壁受扭构件的非线性力学性能分析,本文基于Vlasov开口薄壁结构弹性理论、变角空间桁架模型和微分方程数值解法,提出了钢筋混凝土U型薄壁构件受扭非线性分析模型.针对开口薄壁受扭构件同时存在自由扭转和翘曲扭转的特点,分别推导了U型薄壁截面自由扭转和翘曲扭转非线性刚度分析模型,进而建立了开口薄壁构件受扭非线性分析模型.所提出的受扭非线性分析模型同时考虑了混凝土和钢筋的材料非线性特性、开口薄壁构件的几何非线性特性和自由扭转与翘曲扭转的耦合效应.利用所提出的受扭非线性分析模型编制相应的分析程序,并对5个U型薄壁钢筋混凝土构件进行受扭全过程分析,分析结果与5个U型薄壁钢筋混凝土受扭构件的试验结果均吻合较好,从而验证了所提出的U型薄壁钢筋混凝土构件受扭非线性分析模型的正确性.所提出的受扭非线性分析模型具有计算简单和分析精度较高的特点,可进行混凝土U型薄壁桥梁受扭非线性分析并为该类桥梁的工程设计提供参考.     

用不同规范本构关系分析钢筋混凝土压弯截面

建立的钢筋混凝土任意截面梁柱单元材料与几何非线性耦合分析模型,取截面作为梁柱单元积分的高斯点．为研究不同混凝土本构关系对截面分析的影响,分别用我国混凝土结构设计规范、CEB规范以及美国学者建议的混凝土本构关系,对钢筋混凝土双向弯压截面进行分析比较．截面分析表明,3种本构关系对截面极限承载力影响较小,截面弯矩曲率关系曲线的上升段基本吻合,下降段存在差异．3种本构关系的分析结果与试验结果吻合均较好．     

计及纵横变形效应的几何非线性三次样条梁单元

为准确分析杆系结构大位移、大转动、小应变问题,提出了一种基于更新拉格朗日格式和随动坐标法的三次样条Bernoulli-Euler梁单元。利用三次样条函数构建变形场,并通过静力凝聚法消除其曲率自由度,得到计及二阶效应的梁单元切线刚度阵。考虑了弯曲变形引起轴向长度变化的非线性,推导了计入弓形效应的附加刚度,并修正了梁单元切线刚度阵。结合随动坐标法,在变形后位形上建立简支梁式的单元随动坐标系,得到了三次样条梁单元的大位移全量平衡方程。通过对几个典型算例的分析验证了本文方法的正确性和有效性。     

速成墙板的宏观计算模型

为掌握混凝土灌芯纤维石膏板(速成墙板)的受力特性,结合该墙板材料的具体特性,在已有的微观及宏观计算模型的基础上,基于纤维模型概念,建立了用于研究速成墙板等组合墙体的非线性分析的宏观纤维计算模型,即每个墙体单元由宏观纤维子单元和宏观剪切子单元组成,分别抵抗轴力和弯矩及剪力。推导了模型的单元刚度矩阵和各杆件的刚度。运用计算模型对4块满灌混凝土石膏板进行了推覆分析,并与试验结果进行了比较,表明该模型具有较好的精度,且计算简单。     

混凝土灌芯纤维石膏板的宏观计算模型

为掌握混凝土灌芯纤维石膏板(速成墙板)的受力特性和分析速成墙板的试点工程,结合该墙板材料的具体特性,在已有的微观及宏观计算模型的基础上,基于纤维模型概念和铁木辛柯梁理论,建立了用于研究速成墙板等组合墙体的非线性分析的宏观纤维计算模型,即每个墙体单元由宏观纤维子单元和宏观剪切子单元组成,分别抵抗轴力和弯矩及剪力,推导了模型的单元刚度矩阵及建立了各杆件的本构模型。运用计算模型对4块满灌混凝土石膏板进行了推覆分析,并与试验结果进行了比较,结果表明该模型具有较好的精度,且计算简单,可用于复合结构的动力分析。     

几何大变形三维梁单元的U．L列式

推出了几何大变形三维梁元的坐标转换矩阵,并且给出了大转角位移的计算公式。考虑空间梁的双向弯曲,同时考虑弯曲与轴向作用的相互耦合,在平截面和小应变的假定下,采用U．L描述,基于非线性增量有限元理论,导出了考虑位移高阶项影响的三维梁单元的切线刚度矩阵,给出了相应的有限元表达式和对应的计算方式,对空间梁元的非线性有限元程序的编制有十分重要的意义。     

大型钢网架穹顶结构弹塑性稳定性分析

针对大型LNG储罐钢网架穹顶结构的弹塑性稳定性分析,基于刚体准则与改进塑性铰模型建立适于几何与材料双非线性分析的空间弹塑性梁单元,研究局部荷载扰动与整体模态扰动两种不同的初始缺陷处理方法以及材料非线性对结构稳定承载力影响的差异。结果表明:初始缺陷、材料非线性与约束刚度减小均会降低网架穹顶结构稳定承载力;荷载干扰下,结构稳定承载力对干扰大小敏感而对位置不敏感;模态干扰属于整体几何缺陷,结构整体初始变形较大,荷载位移曲线平滑。与ABAQUS相比,所建的弹塑性刚体准则空间梁单元及其相应的非线性分析方法效率与精度兼优,适用于大型复杂工程结构非线性分析,在处理局部缺陷对结构稳定性的影响上具有优势。