预应力混凝土桥梁徐变分析的全量形式自动递进法

首先将预应力混凝土桥梁中考虑收缩、徐变影响的任意时刻混凝土应力、应变关系在持荷时段内写成代数形式,引入内力平衡方程及变形协调条件后,提出了计入截面上钢筋位置、配筋率、预应力钢筋松弛、混凝土弹性模量随时间变化等影响的徐变效应分析的全量形式自动递进法,并建立了计算式,适用于任何形式的收缩、徐变特性表达式;基于建立的全量形式公式,可方便地求解任意时刻混凝土、钢筋的应力与应变和梁体竖向变形。理论分析与试验结果比较表明,公式可方便地控制计算精度,直至给出满意的结果。将计算式编程后极易与目前桥梁设计中常用的杆系有限元软件接口,进行可靠的徐变分析。     

预应力混凝土桥梁时变效应分析的钢筋约束影响系数法

系统地提出了预应力混凝土桥梁结构中钢筋对徐变和收缩时变效应的约束影响系数的概念,并给出了影响系数的计算公式,籍此提出了时变效应分析的钢筋约束影响系数法,建立了一套理论公式,可计算时变的钢筋和混凝土应力、应变及梁体竖向变形。不仅适用于静定桥梁结构,亦适用于超静定桥梁结构,可计算时变结构内力重分布。计算式物理意义明确,使用方便;理论分析与试验结果比较表明,公式具有较高的计算精度。     

混凝土杆系结构滞回全过程分析

本文基于非线性有限元原理,采取由材料本构关系直接形成单元M—N—φ关系的方法,推导了混凝土杆系结构的单元刚度矩阵,该矩阵考虑了材料非线性、几何非线性、轴力二次矩、混凝土的裂面效应、预应力的特点、钢筋的粘结滑移以及材料的双切线模量等的影响;编制了相应的分析程序,并对两榀混凝土门架的滞回性能进行了模拟计算,计算值与试验结果吻合较好。本文程序实现了混凝土杆系结构包括下降段在内的滞回全过程分析,从而为该类结构的抗震研究提供了一个准确、实用的工具。     

钢筋混凝土矩形薄板徐变效应分析

基于弹性薄板理论和按龄期调整的有效模量法思想,分析钢筋混凝土矩形薄板徐变效应,建立了考虑混凝土徐变和钢筋约束影响的时变弹性曲面微分方程,并给出了四边简支和四边夹支的钢筋混凝土矩形薄板的徐变效应计算公式,可方便求解任意时刻薄板挠度和混凝土、钢筋的应力.     

基于混合单元法的预应力混凝土梁非线性分析

利用共旋坐标法提出了一种预应力钢筋混凝土梁非线性分析的混合单元模型,在随转坐标系内,采用分层梁单元来模拟混凝土结构,带初应变的杆单元来模拟预应力钢筋,预应力钢筋杆元和混凝土梁元的变形协调则通过非线性刚臂来实现,通过刚臂单元两端节点位移和力的关系形成预应力钢筋对混合单元刚度矩阵的贡献,从而导出随转坐标系下预应力混凝土梁考虑材料非线性的切线刚度矩阵,几何非线性则由单元随转坐标系到结构坐标系的转换矩阵及其微分来体现,从而获得结构坐标系下混合单元模型的几何与材料双非线性切线刚度矩阵。数个钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土梁非线性分析算例表明:所提出的混合单元模型能较好地分析预应力钢筋混凝土梁非线性性能,具有一定的实用价值。     

混凝土收缩徐变分析的虚功增量方程及应用

为计算大跨柔性混凝土结构的力学响应,常需同时进行非线性与混凝土收缩徐变分析。基于非线性分析的虚功增量方程和混凝土收缩徐变的本构关系导出了用于非线性与收缩徐变耦合计算的混凝土收缩徐变分析的虚功增量方程,并将该虚功增量方程应用于杆系结构,结合拖动坐标法建立了非线性有限元格式的不平衡力的计算方法。通过算例表明,该文方法能够同时计算结构的非线性效应和收缩徐变效应,并且解的精度取与非线性的分析精度相同。     

基于组合单元的混凝土斜拉桥结构分析

组合单元是一种针对钢筋混凝土结构数值计算而产生的单元形式,是对原有实体等参元的继承和拓展,能够分别考虑混凝土和钢筋各自对单元刚度矩阵的贡献。在计算该单元刚度矩阵时,只在单元内有混凝土的区域内积分,可计算出混凝土刚度矩阵;又采用独立的空间杆单元模拟在单元内部的钢筋,建立钢筋刚度矩阵;而两者又通过自由度变换的方法有机的结合在一起,形成一种新的单元形式。和常规的实体单元相比,该单元具有:网格划分自由;能够以较少的单元模拟复杂的结构形式;尤其在计算混凝土收缩、徐变效应时,可以考虑钢筋的阻碍作用;再通过引入用于辅助单元,可以实现对现代化大跨径混凝土桥梁仿真分析的全桥建模。经吉林省西昌混凝土斜拉桥静载试验实测数据对比分析,该单元能够准确的计算出结构变形,其应力、应变等各项指标也能满足工程精度要求。     

体外预应力桥梁锚固结构的受力性能与配筋研究

通过两座不同截面类型的体外预应力桥梁锚固结构的空间应力分析,获得了其应力分布特点,指出了其薄弱环节。探讨了角钢、锚垫板、体外预应力钢管对锚固结构受力性能的影响。根据力流传递形式结合拉压杆模型方法,建立了锚固结构拉压杆配筋计算模型,提出了配筋建议。分析表明:在锚固结构与梁交接部位设置角钢,能有效地降低该位置混凝土的应力集中;按弹性材料分析得到的锚固结构附近区域混凝土的各应力值均不同程度地超出设计强度的若干倍,但考虑材料的非线性,考虑角钢、锚垫板、体外预应力钢管、钢筋网以及分布钢筋的作用,锚固结构混凝土的局部应力大为降低,满足规范限值要求。     

基于等参公式的三节点梁单元

为了提高非线性分析的计算精度和效率,详细介绍了基于等参公式的三节点梁单元,推导了这种梁单元考虑几何非线性的切线刚度矩阵,并给出了高斯积分点的分布。在此基础上编制有限元程序,考虑了单元的大转角、大位移和剪切变形的影响,并采用von-Mises屈服准则和Zeigler随动硬化法则考虑了材料非线性的影响。与试验结果和通用程序的对比分析表明,这种方法具有较高的精度和效率,并且能方便地用于变截面杆系结构的空间双重非线性分析。     

求解圆柱壳稳态谐响应的微分求积单元法

本文以Donnell经典壳体振动微分方程为基础,研究微分求积单元法(DQEM)在圆柱壳稳态谐响应计算中的应用。研究结果表明：微分求积单元法可较为方便的处理多种边界条件;与有限元法相比,微分求积单元法直接面向问题的微分方程,可用较少的节点获得较高的计算精度,计算效率较高。本文结果可为微分求积单元法在结构动力响应问题求解中的应用提供参考。     

部分预应力混凝土梁的应力和变形

本文运用有限元步进法，结合按龄期调整的有效模量法，对部分预应力混凝土梁在不同荷载阶段截面的应力和变形进行了分析探讨。分析时不仅考虑了混凝土的收缩、徐变以及预应力钢筋的松弛等因素的时效影响，而且当混凝土中所受的拉应力超过其抗拉强度时还考虑了混凝土开裂的影响。根据分析方法编制了部分预应力混凝土梁的计算分析程序，并运用该程序对某座部分预应力混凝土梁的截面应力和变形进行了详细分析。     

基于损伤的混凝土大坝可靠度分析

研究了基于损伤概念的混凝土结构可靠度分析方法。通过引入损伤边界面的概念,导出了包含损伤变量的四参数Hsieh-Ting-Chen边界面模型。在此基础上,构造了大体积混凝土结构对应于初始损伤边界面的极限状态方程。通过响应面法和有限元分析的结合,对功能函数进行了拟合,建立了可以用于复杂结构可靠度分析的有效模式。用该模式对一座混凝土重力坝进行了实例分析,得到了较为满意的结果。     

预应力混凝土压力管道设计方法

根据环形预应力作用机理,结合弹性地基梁理论,提出了预应力混凝土压力管道在结构施工阶段的验算方法,给出了预应力筋束的最大间距,确定了预应力筋束分步张拉施工与荷载控制的方法。结合多层圆筒轴对称平面形变计算理论,提出了预应力混凝土压力管道运行阶段抗裂性能的验算方法,同时给出了预应力混凝土压力管道极限承载能力计算公式。所作的工作对预应力混凝土压力管道的设计与施工具有重要的应用价值。     

双壳耦合结构与大型发电机定子系统的振动特性分析

以圆柱壳的Hamilton正则方程为基础,推导了受弹性约束的双层圆柱壳的耦合方程,并将其应用于大型发电机定子系统的振动特性分析。分析方法是半解析法,没有应力和位移模式的假设,不限制壳的厚度,不要求两壳间的连接弹簧或其它支撑弹簧均匀分布;该方法象一般有限元方法一样适应复杂的边界条件和由多种材料构成的结构,未知量少,计算速度快,数据准备方便,适合工程应用。     

Theoretical prediction of welding distortion in large and complex structures

Welding technology is widely used to assemble large thin plate structures such as ships, automobiles, and passenger trains because of its high productivity. However, it is impossible to avoid welding-induced distortion during the assembly process. Welding distortion not only reduces the fabrication accuracy of a weldment, but also decreases the productivity due to correction work. If welding distortion can be predicted using a practical method beforehand, the prediction will be useful for taking appropriate measures to control the dimensional accuracy to an acceptable limit. In this study, a two-step computational approach, which is a combination of a thermo-elastic-plastic finite element method (FEM) and an elastic finite element with consideration for large deformation, is developed to estimate welding distortion for large and complex welded structures. Welding distortions in several representative large complex structures, which are often used in shipbuilding, are simulated using the proposed method. By comparing the predictions and the measurements, the effectiveness of the two-step computational approach is verified.     

混凝土结构抗震非线性分析模型、方法及算例

结构在大震作用下会进入非线性并产生损伤,准确预测地震荷载下钢筋混凝土结构的非线性行为,对评估混凝土结构的抗震安全性具有重要意义。清华大学土木工程系近年来开发的适用于钢筋混凝土杆系结构的纤维模型THUFIBER程序,适用于预应力混凝土杆系结构的纤维模型NAT-PPC程序,以及适用于剪力墙结构的分层壳墙元模型的非线性分析程序。这些程序可以直接将构件的非线性节点力(轴力、剪力和弯矩)、节点变形(平动和转动)和材料的非线性应力-应变行为联系起来,可以模拟各种复杂受力构件的滞回行为和轴力-双向弯曲-剪切耦合行为,借助通用有限元程序方便的前后处理功能和非线性计算功能,该程序可以准确模拟地震作用下结构的三维非线性地震响应,也可模拟爆炸、倒塌等极端非线性行为,通过一系列的数值分析与试验结果的对比和工程应用算例,说明所研发程序的精度和计算能力。     

Evaluating J‐integral and Q parameter in high‐density polyethylene using a combined experimental finite element method

This work introduces a combined experimental finite element method (FEM) to calculate J‐integral and Q parameter for centre‐crack tension of high‐density polyethylene specimens. In the majority of the studies to date, mostly a pure FEM has been used. However, the several simplified assumptions that are included in such models could result in imperfect predictions. This study aims to overcome this issue by suggesting a novel method that privileges from the displacement fields on specimens' surface that is provided for our finite element model. The method introduced in this work has a merit in presenting Q results for a softening material. The results of our proposed method were in a satisfactory agreement with the pure FEM results of similar models, and thereby validating our approach. Using this model, the effects of parameters like crack length and thickness were also investigated. This method could be utilized in health monitoring of structures.