压区粘钢加固钢筋混凝土梁的ANSYS分析

借助有限元分析软件ANSYS,对8根压区粘钢加固钢筋混凝土梁进行非线性有限元建模与分析。分析中考虑材料非线性以及混凝土的开裂与压碎。对单元类型的选取、材料模型的定义、整体有限元模型的建立、施加荷载、设置求解选项并求解等数值模拟技术进行了研究。计算结果与试验吻合良好。研究表明,通过合理设置参数,可以利用有限元建模对压区粘钢加固试件的受力进行模拟。     

OpenSEES中混凝土框架结构节点模型关键问题的研究与验证

为了研究钢筋混凝土框架节点的数值模拟方法,该文采用有限元软件OpenSEES中的梁柱节点单元对节点进行数值模拟分析。主要研究如何模拟节点核心区混凝土非线性抗剪性能和核心区梁柱纵筋锚固滑移性能两个因素对节点反应的影响,并应用该模型模拟低周反复荷载下的1个边节点和5个中节点的试验模型。结果对比显示该模型能够比较准确的模拟钢筋混凝土节点的非线性反应。     

带楼板钢管混凝土叠合柱-钢梁节点抗震性能数值分析

该文建立了三维非线性有限元模型,对带楼板的钢管混凝土叠合柱-钢梁节点抗震性能进行了研究。该有限元模型考虑了材料和几何的非线性、混凝土在往复荷载作用下的累积损伤及钢-混凝土间的接触关系等。利用已有节点试验结果,对建立的数值模型进行了验证。利用验证的有限元模型细致分析了带楼板钢管混凝土叠合柱-钢梁节点在梁端往复荷载作用下的工作机理。分析结果表明:节点在梁端往复荷载作用下,核心区的内、外混凝土形成"斜压杆",核心区的钢管和钢筋笼屈服并与核心区混凝土共同抵御外力。     

钢梁-型钢混凝土柱节点受力性能影响因素的有限元分析

本文利用有限元分析软件ANSYS对钢梁-型钢混凝土柱框架节点进行非线性有限元计算分析,模拟其在荷载作用下的受力状态,分析了加劲板、型钢腹板、轴压、混凝土强度等级对节点受力性能的影响,从而为工程实际提供一定意义的参考。     

地震荷载下双腹板-顶底角钢连接半刚接钢框架的动力特性研究

利用大型有限元分析软件ANSYS对双腹板、顶底角钢半刚性连接的钢框架进行了三维弹塑性动力有限元分析。该分析采用了有限元实体建模,考虑了钢框架连接节点的非线性、几何非线性以及材料非线性等因素。通过有限元数值模拟分析得出了在地震荷载作用下,半刚性节点刚度的变化对钢框架的基本自振周期、楼层剪力、楼层位移、楼层加速度和节点的弯矩-转角关系的影响规律,并将部分数值模拟分析结果与拟动力试验结果进行对比,发现这两种研究方法所得结果基本一致。通过该文的分析,得出了节点刚度的变化对结构动力特性影响的一般规律,为今后高层钢结构设计和钢结构规范的修改提供了一定的理论依据。     

型钢混凝土结构ANSYS数值模拟技术研究

采用ANSYS程序对6个型钢混凝土梁试件的受力性能进行非线性有限元数值分析,对型钢混凝土结构数值模拟中混凝土和钢材材料模型定义、有限元建模、钢筋单元生成及后处理等关键技术进行系统研究。着重对型钢混凝土粘结滑移性能的数值模拟技术进行了研究。采用由ANSYS程序单元库中非线性弹簧单元combination-39组成的三维连接单元模拟型钢混凝土在不同部位及不同方向上的界面相互作用,建议了非线性弹簧单元粘结力-滑移曲线与型钢混凝土粘结滑移本构关系的转换技术,并提出了生成非线性弹簧单元的实用方法。最终形成考虑粘结滑移的型钢混凝土数值模拟技术。型钢混凝土梁数值模拟结果与试验结果吻合较好,表明所建立型钢混凝土结构ANSYS数值模拟技术合理、可行,可适用于基于ANSYS程序的型钢混凝土结构有限元数值模拟和受力性能深入研究。     

复杂受力大直径焊接空心球节点的有限元分析与足尺试验研究

针对某体育馆拱形屋盖的超大直径焊接空心球节点设计的需要,对该球节点进行了有限元非线性分析和足尺模型试验研究。首先采用ANSYS软件的shell143弹塑性壳单元,同时考虑几何和材料双重非线性,通过有限元分析得到了该节点的应力分布规律,且在1.5倍设计荷载作用下,四号锥管根部首先屈服。然后,对该节点进行了足尺模型试验,试验结果表明:在1.4倍设计荷载作用下,四号锥管根部首先进入屈服,试验结果和有限元结果基本一致。基于研究结果,为工程节点设计提供了重要建议。     

方钢管混凝土柱节点的试验研究及非线性有限元分析

基于方钢管混凝土柱内隔板式节点及外加强环式节点的低周反复荷载试验,在合理选择材料本构关系、破坏准则的基础上,采用通用有限元软件ANSYS对方钢管混凝土柱内隔板式节点和外加强环式节点进行了单调加载及循环加载作用下的受力性能分析。有限元分析得出的荷载-位移曲线及剪力-剪切变形曲线与试验结果吻合较好。在此基础上对外加强环式节点进行了参数分析,研究了方钢管混凝土柱的轴压比、宽厚比、核心混凝土强度及混凝土楼板高度对节点受力性能的影响,结果表明轴压比、宽厚比的影响较大。     

基于纤维模型的钢管混凝土组合框架连续倒塌非线性动力分析

基于非线性纤维梁-柱单元理论建立了钢管混凝土空间框架有限元模型,分析其在非正常荷载作用下(火灾、爆炸、撞击等)的抗连续性倒塌性能。以ABAQUS软件为求解平台进行了钢材和混凝土材料模型的二次开发,并采用已有研究者的试验结果进行了模型验证,在此基础上采用抽柱法进行了一典型的12层钢管混凝土空间框架体系在不同初始损伤模型下的连续性倒塌非线性动力分析。分析结果表明,不同抽柱工况下,框架梁柱内力由于失效柱破坏将发生内力重分布,相邻构件弯矩和轴力变化较大,其卸载后传力路径遵循就近原则;底层中柱失效后,其上部节点竖向位移最大,底层角柱失效后,上部节点竖向位移最小。总体上钢管混凝土空间框架在竖向荷载作用下具有较好的抗连续倒塌性能。     

超高层建筑伸臂桁架-核心筒剪力墙节点受力性能数值与理论研究

基于对两种适用于超高层建筑的伸臂桁架-核心筒剪力墙节点的试验研究,对该类节点的抗震性能和受力机理进行精细有限元和理论分析,并给出设计方法和建议。首先利用通用有限元软件MSC.MARC(2010)对节点进行非线性数值模拟,将有限元分析结果与试验结果进行对比分析,取得满意的结果。随后根据有限元计算结果对伸臂桁架、墙体端部暗柱、外包(内嵌)钢板和混凝土剪力墙的受力机理进行深入分析,同时给出节点承载力简化计算方法。最后在整体节点模型的基础上,建立节点板的局部模型,着重对节点板的受力机理进行分析,并考察该类节点板简化设计公式的适用性。分析结果表明：混凝土墙受到上下部钢板的剪切作用从而形成斜压杆受力机制;在剪切荷载存在且节点板长度较小时,节点板危险截面正应力分布并不符合平截面假定。该文研究可为超高层建筑中伸臂桁架-核心筒节点的设计与施工提供参考。     

半刚性钢框架实用非线性分析

介绍了在钢框架分析中考虑连接柔性的方法以及常用的连接M–θr模型,建立了能够同时考虑几何、材料和连接非线性的精细塑性铰法三维梁柱单元。单元采用稳定函数考虑二阶效应和剪切变形,采用切线模量和抛物线函数考虑沿单元长度和截面的逐渐屈服,采用Kishi-Chen幂函数模型和修正梁单元方法模拟半刚性连接的非线性行为。利用ANSYS软件的用户可编程特性(UPFs)编写了单元程序,并将用户单元添加至ANSYS软件单元库中。半刚性框架算例分析表明:用户单元分析的荷载-位移曲线与试验结果吻合较好,与采用COMBIN 39单元模拟连接所分析的结果非常接近。     

Crack identification in reinforced concrete beams using ANSYS software

Three-dimensional nonlinear finite element model of reinforced concrete beam has been developed in this study. The general purpose finite element package, ANSYS 8.0, is employed for the numerical analyses. Using SOLID65 solid elements, the compressive crushing of concrete is facilitated using plasticity algorithm while the concrete cracking in tension zone is accommodated by the nonlinear material model. Smeared reinforcement is used and introduced as a percentage of steel embedded in concrete. Comparison with hand calculated results is presented for the concrete beam. Convergence of analytical results is showed. The capability of the model to capture the critical crack regions, loads and deflections for various types of loadings in reinforced concrete beam has been illustrated.     

工厂加工制作的特殊构造梁柱节点抗震性能有限元分析

为研究工业用途的某特种钢结构的抗震性能,该文在3个特殊构造梁柱节点的循环加载试验研究的基础上,采用有限元软件ABAQUS中的C3D8R实体单元建立模型,对该特殊构造梁柱节点的滞回性能进行了模拟分析,模型考虑了材料非线性、几何非线性的影响。通过有限元分析与试验结果的比较,验证了有限元模型的正确性。在此基础上,提取有限元模拟的局部分析结果,包括螺栓拉力的变化与节点组件的损伤指数,进一步为试验研究的最终破坏形态提供微观的力学解释。结果表明,试件I螺栓端板连接中梁翼缘两侧的螺栓拉力基本相同;试件I和试件II中柱强轴方向连接构造的断裂最可能发生在连接界面处的梁下翼缘中心,试件II和试件III中柱弱轴方向连接构造的断裂最可能发生在柱翼缘端部的盖板。研究结果可为此类特殊构造梁柱节点的各个组件力学行为分析以及相关的设计方法提供一定的参考。     

钢框架梁柱端板连接的非线性有限元分析

运用通用有限元软件ANSYS建立三维有限元模型,对8个不同形式、不同构造的钢框架梁柱端板连接进行了非线性有限元分析(FEA),并与相应的试验结果进行了全面对比分析。比较结果表明:该文的有限元模型不但能够准确地分析计算各种类型和不同构造的钢框架梁柱端板连接节点的整体受力特性,包括承载力、弯矩-转角(M-φ)曲线、极限变形状态等,还能有效地分析计算节点及其组件的细部受力特性,包括高强度螺栓的预拉力,端板和柱翼缘之间的接触状态,以及节点域、端板、螺栓、端板加劲肋、节点域加劲肋等组件的受力状态,为进一步运用该模型对各种形式和构造的端板连接进行全面的有限元参数分析计算提供了正确性依据。同时,有限元分析还给出了螺栓预拉力引起的接触面预压力分布、荷载作用下接触面的摩擦力分布以及节点的主应力流分布等对于全面和深入理解端板连接节点受力特性非常有意义但是又难于通过试验进行测量的结果。     

基于有限单元柔度法和刚度法的几何非线性空间梁柱单元比较研究

分别基于有限单元柔度法和有限单元刚度法二阶分析理论,采用纤维模型梁柱单元编制了钢筋混凝土杆系结构二阶非线性分析程序;分别采用这两种方法对几个典型试验实例进行了计算机模拟分析,通过模拟分析结果的对比,对有限单元柔度法与有限单元刚度法处理几何非线性问题的效果与效率进行了比较研究.结果表明:对于几何非线性问题,尤其是对于处理下降段(非稳定阶段)问题,基于柔度法的梁柱单元无论从计算效率还是计算效果上都明显优于基于刚度法的梁柱单元,有限单元柔度法是目前处理杆系结构材料与几何双重非线性问题最为有效的分析方法.     

Numerical modeling on concrete structures and steel–concrete composite frame structures

A steel–concrete composite fiber beam-column model is developed in this study. The composite fiber beam-column model consists of a preprocessor program that is used to divide a composite section into fibers and a group of uniaxial hysteretic material constitutive models coded in the user defined subprogram UMAT in ABAQUS. The steel–concrete composite fiber beam-column model is suitable for global elasto-plastic analysis on composite frames with rigid connections subjected to the combined action of gravity and cyclic lateral loads. The model is verified by a large number of experiments and the results show that the developed composite fiber model possesses better accuracy and broader applicability compared with a traditional finite element model. Although the fiber beam-column model neglects the slip between the steel beam and concrete slab, there are essentially no effects on the global calculation results of steel–concrete composite frames. The proposed model has a simple modeling procedure, high calculation efficiency and great advantage when it is used to analyze composite frames subjected to cyclic loading due to earthquake.     

基于有限单元柔度法和刚度法的非线性梁柱单元比较研究

分别基于有限单元柔度法和有限单元刚度法理论,采用纤维模型梁柱单元编制了钢筋混凝土杆系结构非弹性分析程序。基于柔度法的梁柱单元模型的特点在于以单元截面力插值函数作为出发点,在不考虑几何非线性的前提下,总能保证单元内部截面力场分布满足平衡条件。通过构造的数值算例及钢筋混凝土双向弯曲柱反复加载试验结果与两种方法模拟分析结果的对比,对柔度法与刚度法的分析效果进行了比较研究,并对纤维模型梁柱单元解决空间杆系结构非弹性分析的有效性进行了验证。结果表明:对于结构处于强非线性阶段,尤其是对于处理下降段(软化)问题,基于柔度法的梁柱单元无论从计算效率还是计算效果上都明显优于基于刚度法的梁柱单元;纤维模型梁柱单元是目前处理空间杆系双向弯曲与变轴力耦合问题最为实用有效的单元分析模型。     

考虑局部构造形式影响的焊接节点抗震性能分析

钢结构梁柱节点的局部构造形式对结构抗震性能影响显著,该文研究已有焊接节点构造形式的优缺点,依据等强设计原则,提出新型的节点构造形式。采用有限元软件ANSYS建立非线性有限元模型,考虑构件局部屈曲,对节点施加初始缺陷,并依据已有的钢框架焊接节点试验验证所建立有限元模型的准确性和适用性。对新型节点与标准节点、加强型节点和削弱型节点在承载力、断裂性能、滞回性能、退化特性、破坏形态以及累积损伤等方面进行对比分析,深入探讨新型构造形式节点的抗震性能。分析结果表明：新型节点在不改变节点刚度的情况下,能够实现塑性铰外移,且节点破坏形态与断裂性能滞回性能稳定,在断裂性能与累积损伤方面表现良好。