用于连续体与非连续体共存转化计算的质点元方法

为了进行建筑结构倒塌全过程的力学模拟，针对建筑结构倒塌数值模拟梁壳单元几何、材料、接触三重非线性且连续体向非连续体转化的动力计算问题，提出了显式有限元与离散元的统一模型“质点元方法”，该方法通过定义广义连接模型、构造连接模型转化法则和建立接触碰撞算法，将显式有限元与离散元统一于相同的计算框架之下，较好地继承了有限元的单元技术、本构技术以及离散元的非连续体计算能力，具有效率优先、精度可调的特点。通过某框架剪力墙结构计算表明，质点元方法能够用于建筑结构倒塌的连续体与非连续体共存及转化的强非线性动力计算。     

长周期地震波作用下超高层结构连续倒塌数值模拟

基于ABAQUS软件对某超高层结构在长周期地震波作用下的连续倒塌数值模拟方法进行研究。采用纤维梁单元模拟框架梁和框架柱,采用壳单元模拟钢筋混凝土剪力墙和楼板。基于子程序实现梁单元材料积分点材料的失效用于模拟单元生死,基于混凝土弹塑性损伤本构近似模拟钢筋混凝土剪力墙与楼板的刚度削弱及失效,并采用单元接触考虑倒塌过程中单元之间的碰撞和结构碎片堆积情况。以某实际超高层结构为例,分析了结构的动力特性,并对该超高层结构在长周期地震波作用下的破坏模式和倒塌过程进行了模拟,可为超高层结构地震破坏机理和抗震设计研究提供参考。     

高层建筑剪力墙力学性能的研究——连梁跨高比对双肢剪力墙动力特性的影响

洞口连系梁是剪力墙结构体系中的重要构件,它是墙肢之间传力的纽带。但跨高比较小的连梁是否能保证在达到一定的位移延性之前不出现剪切失效,仍是目前我国工程界未解决好的关键问题。文中采用有限单元法对剪力墙进行静力和动力分析,运用四结点矩形单元和MATLAB编制了计算程序。利用该程序首先计算剪力墙在静力作用下的受力变形特征,并将计算结果与简化计算结果进行比较;然后针对跨高比不同的连梁,计算出双肢剪力墙在自由振动时的动力特征,讨论连梁跨高比对双肢剪力墙动力特性的影响。应用该程序,对某高层建筑开洞剪力墙结构体系进行有限元建模分析,计算了在不同跨高比的连梁下剪力墙的前三阶自由振动频率,寻找连梁跨高比对剪力墙动力特性影响的规律。     

梁单元与壳单元在转换梁计算中的差异

基于实际转换结构建筑,采用YJK中的梁单元和壳单元对转换梁进行计算,对比转换梁的弯矩、位移。结果显示,弯矩、位移的差异都非常大。对于一级转换梁,采用壳单元计算的跨中竖向位移、弯矩更小;当梁端支撑剪力墙时,采用梁单元得到的梁端弯矩结果更小。采用梁单元模拟转换梁不符合实际结构的受力模式,转换梁应按壳单元进行计算。     

基于高效精细化连梁计算单元的高层结构核心筒地震行为模拟

钢筋混凝土联肢剪力墙和核心筒在多高层结构体系中有着广泛应用。本文基于所开发的用于钢筋混凝土连梁地震反应分析的考虑非线性剪切的纤维梁单元,结合常规不考虑非线性剪切的纤维梁单元和分层壳单元,在通用有限元软件MSC.MARC(2007r1)平台上建立了一种新的联肢剪力墙和核心筒分析模型。模型分别采用所开发连梁单元、分层壳单元和常规纤维梁单元模拟钢筋混凝土连梁、剪力墙和边缘约束构件,具有高效、准确、建模方便的特点。首先利用相关联肢墙拟静力试验验证模型的准确性。随后对一31层高的核心筒结构进行地震反应模拟,重点对地震激励过程中核心筒内各处连梁的受力规律进行了详细分析,并与采用分层壳单元的计算模型进行了对比。本文提出的联肢剪力墙、核心筒计算模型为基于通用有限元软件平台的高层结构体系弹塑性分析提供了一种新的工具。     

混凝土组合剪力墙结构建筑倒塌过程的模拟与防倒塌设计

分析对混凝土组合剪力墙结构性能的数值模拟方法,基于离散单元法提出结构倒塌分析的理论模型。针对混凝土组合剪力墙内的局部破坏作用,在分析构件反应的基础上采用离散单元法对结构平面倒塌过程进行了数值模拟通过试验研究了混凝土块体间碰撞的力学行为,并结合扩展的数值分析建立混凝土块体在碰撞形式下的计算模型。分析地震作用下混凝土组合剪力墙框架结构及砌体结构空间倒塌过程。通过图形建模技术,实现混凝土组合剪力墙结构倒塌过程数值模拟。模拟结果与振动台模型试验结果及工程实测结果比较表明,所采用的离散单元法适合混凝土组合剪力墙结构大变形阶段的分析。同时对不同荷载及作用下建筑结构抗倒塌设计方法进行了总结,并指出混凝土组合剪力墙结构参数对抗连续倒塌性能的影响及实用的防连续倒塌设计方法。     

某混合结构试验模型数值模拟分析

利用ANSYS和ABAQUS对针对某3层混合结构模型试验进行了数值模拟。结构弹性模型采用三维杆系单元模拟结构墙肢与钢框架,并对结构动力特性和弹性动力时程进行分析;结构弹塑性模型采用ABAQUS中的实体单元模拟剪力墙混凝土、空间梁单元模拟钢框架和钢筋,并对结构的弹塑性动力时程进行分析。与试验结果对比分析表明,ANSYS和ABAQUS都能很好的模拟结构弹性阶段的响应过程,并且ANSYS模拟的结果与试验吻合更好;而基于ABAQUS所建立的弹塑性模型能较好模拟试验的加速度和层间位移反应过程,并且能模拟混凝土剪力墙和钢筋笼的塑性损伤发展过程,对结构工程设计具有较大的指导意义。     

边梁对板柱-剪力墙结构适用高度的影响

总结了板柱-剪力墙结构在竖向和水平荷载作用下的设计计算方法;对无边梁板柱-剪力墙结构、有边梁板柱-剪力墙结构以及框架-剪力墙结构进行对比分析,探讨层数及边梁高度对板柱-剪力墙结构体系的自振周期、结构侧移、层间位移角、基底剪力、剪力分配、倾覆力矩等力学特性的影响;对有边梁板柱-剪力墙结构和框架-剪力墙结构进行动力弹塑性时程分析,讨论有边梁的板柱-剪力墙结构与框架-剪力墙结构的抗震性能、塑性发展变化,给出有边梁板柱-剪力墙结构的适用范围和设计建议。     

RC联肢剪力墙宏观数值计算模型研究

已有的钢筋混凝土联肢剪力墙宏观数值计算模型在墙体单元和连梁单元连接处采用水平变形协调，即连梁单元的梁端转动与墙体单元水平刚性梁的转动变形相协调。然而，水平变形协调并不能反映墙体和连梁的实际变形协调条件。为此，提出了一种钢筋混凝土联肢剪力墙宏观数值计算模型，该模型中墙体单元为具有分布式剪切弹簧且考虑平面外自由度的三维宏观墙体单元模型，连梁单元为具有3个子单元串联的一维杆单元模型，墙体单元与连梁单元的连接采用竖向变形协调，即连梁单元的梁端转动与墙体单元边垂直杆元的变形相协调。并通过算例对其模拟的准确性进行校验。结果表明：采用竖向变形协调方式建立的计算模型能更加准确地模拟联肢剪力墙的力学行为，提出的钢筋混凝土联肢剪力墙宏观数值计算模型可用于三维的非线性分析，其中墙体单元能更好地模拟剪切变形和面外变形，连梁单元能够更好地模拟与墙肢的变形协调。     

建筑结构的空间整体分析

为了准确地对建筑结构进行动力和静力分析，提出了考虑楼板变形的结构空间整体计算模型，并根据此模型编制了相应的结构分析程序，最后，在考虑剪力墙平面内和平面外变形的基础上，对其单元分析模型进行了探讨，推导了剪力墙单元刚度矩阵．     

基于哈密顿体系的框剪结构动力时程分析

本文采用框剪结构的并联铁摩辛柯梁模型,从结构总势能出发,求得框剪结构非连续化假定下协同分析的哈密顿对偶体系,由两端边值问题精细积分法中的区段混合能矩阵推导出结构的层单元刚度矩阵,利用有限元刚度集成法形成总刚矩阵;然后采用初值问题的精细积分法对框剪结构进行动力时程分析,并采用Matlab编制相应的程序。以某10层框剪结构为例,验证了本文方法的可靠性与可行性,本方法也适用于其它高层建筑结构如框架、剪力墙、筒中筒等结构。     

框剪结构与地基动力相互作用分析

本文首次将模拟地基的映射动力无穷元与有限元耦合模型应用于框剪结构-地基系统的动力相互作用分析中.分析了E_g/E_s,H/L等参数对上述动力耦合系统相互作用的影响,得出了一些有益的结论.     

连梁刚度对不等肢连肢梁抗震性能的影响

以某住宅楼钢筋混凝土不等肢剪力墙结构为例,运用有限元分析软件MIDAS GEN7.95,以其框架梁和墙单元模拟不等肢剪力墙结构中的连梁和墙肢,建立了一种简明的有限元分析模型,并应用该模型对连梁刚度与不等肢剪力墙整体刚度的关系进行了分析,对其影响因素进行了探讨,提出了一些解决方案。     

肢厚比对短肢剪力墙弹塑性性能的影响

针对钢筋混凝土短肢剪力墙结构的实际情况,以有限元分析软件ADINA8.0为工具,用其中的三维梁单元来模拟短肢剪力墙结构的连梁和墙肢,建立了一种宏观简化有限元分析模型,并应用所建模型对短肢剪力墙结构的抗震性能进行了分析,对肢厚比影响短肢剪力墙结构受力性能做了探讨,并提出一些建议。     

浅谈建筑结构中剪力墙有限元分析模型

介绍了薄壁柱、墙组元、壳墙元、板—梁墙元以及通用有限元的力学模型,阐述了各种模型的假定,分析了各种墙单元模型的特点以及各自在工程中的应用情况,通过对剪力墙单元力学模型的分析,有助于深入认识不同结构分析软件的特点。     

T字型钢管束组合剪力墙变形性能研究及有限元分析

钢管束组合剪力墙是一种新型的双钢板剪力墙结构,施工方便、布置灵活。对5组T字型钢管束组合剪力墙在往复荷载作用下的性能进行了试验研究,分析其滞回曲线及耗能能力,同时分析了结构的剪切变形与侧向变形性能,尤其对剪力墙钢板不同高度处应变进行了详细分析。采用ABAQUS有限元软件对T字型钢管束组合剪力墙试验过程进行模拟,模拟效果良好,为进行参数化分析及公式推导提供基础。试验结果与有限元模拟均表明：T字型钢管束组合剪力墙承载力高、抗震性能优越。     

用剪切型-剪弯型组合模型对高层建筑结构进行动力弹塑性时程分析

在已有层模型的研究成果基础上，提出用剪切型-剪弯型组合模型来处理高层筒中筒结构和框架-剪力墙结构的动力弹塑性时程分析问题，该模型可以统一反映双重体系各自部分的剪切和弯曲弹塑性变形，更符合结构各自部分的变形特性，且对通常高层结构形式具有一定的普遍适用性．     

中承式拱桥动力分析的三维有限单元模型

在分析拱桥结构构造特点的基础上 ,考虑了各种结构参数 (结构及非结构质量的分布和偏心、结构刚度、边界条件等 )对中承式拱桥的自振特性的影响 ,对宽翼T形板构成的桥面采用三种有限单元模型 ,建立了拱桥的空间三维计算模型 ,并将其应用于浙江省某大桥的动力特性的计算[1] 。通过对三种有限元建模方式的计算结果的比较 ,说明改进的鱼骨式单梁法应用于这种宽翼T形板组成的桥面是适用的     

底层大开间框剪组合墙结构框支墙梁试验研究

框支墙梁是底层大开间框剪组合墙房屋中的关键构件 ,结合拟动力试验对其进行的静力和抗震性能研究表明 ,房屋的纵、横向托梁均与其上墙体形成墙梁结构 ,并共同形成受力复杂的空间结构体系 ,从而使纵向框支墙梁承担的荷载明显减少。在水平地震作用下 ,纵向框支墙梁承担的荷载较静载情况虽有明显增加 ,但其墙梁结构的受力机理没有发生改变。同时 ,通过空间有限元分析 ,给出了纵向托梁承担荷载的比例