钢筋混凝土平面等效桁架模型

针对钢筋混凝土结构有限元分析模型复杂性和难以确定的断裂损伤关系,提出了一种简便的钢筋混凝土有限元模型——平面等效桁架模型。通过RC结构平面应力单元和平面等效桁架单元在同样的节点荷载作用下的位移等效,分析了桁架单元中各桁架杆件的初始等效轴向刚度、等效截面积和等效弹性模量。借鉴有限元求解模式,建立RC平面桁架单元的单元刚度矩阵、应变矩阵和轴力矩阵,进而得出RC平面等效桁架整体式模型和相应的破坏准则。最后,用可视化的VISUAL BASIC语言编制程序计算了Scordelies和Bresler试验梁,理论分析和计算结果表明,对平面应力(应变)问题。用此单元达到简化计算模型,通过一维桁架杆件的开裂或压碎方便模拟构件裂缝的发生和延伸和结构刚度的退化,并有较好的计算精度。     

等效桁架等参单元模型

结合无限小单元法和有限单元法的优点,提出了平面等效桁架模型。分析了等效后桁架杆件的初始刚度、截面面积以及等效弹性模量等特征值。建立了等效桁架模型的单刚矩阵、应变矩阵和单元的轴力阵。在钢筋混凝土结构的应用中,给出了平面等效桁架模型的分离式模型,分析了非规则带钢筋的四边形等参单元,建立了等参单元平面等效桁架模型的单元刚度矩阵。     

基于有限等参单元的等效平面桁架模型

针对有限元分析的复杂性,从弹性力学平面应力单元出发,结合无限小单元法和有限单元法,提出了等效平面桁架模型.基于平面应力单元和等效桁架单元在同样节点荷载下的位移等效,分析了等效后桁架杆件的初始刚度、截面面积及等效弹性模量等特征值;建立了等效平面桁架模型的单元刚度矩阵、应变矩阵和单元的轴力矩阵;给出了等效平面桁架模型的分离式模型,分析了非规'则带钢筋的四边形等参单元,建立了等参单元等效平面桁架模型的单元刚度矩阵.以某混凝土简支粱和混凝土重力坝作为研究对象,将等效桁架模型与有限元分析软件ANSYS 9.0的计算结果做比较.结果表明,等效桁架模型对平面问题的处理可以满足工程精度的要求,同时使计算模型简单化,体现了等效平面桁架模型的科学性.     

采用等效平面桁架单元对钢筋混凝土结构进行非线性分析

本文根据钢筋混凝土结构构件力学性能,运用有限元的基本思想,将钢筋混凝土微元体等效成平面桁架单元对钢筋混凝土结构进行非线性分析。理论分析和计算结果表明,用此模型对钢筋混凝土结构构件平面应力问题进行分析是可行的,它能满足工程精度要求,而且在加载过程中可以很容易追踪裂缝开展顺序、裂缝位置和开裂程度,同时使计算模型简单化。     

变高度楼面桁架梁的计算分析与应用

中南科研设计中心项目主楼的楼层梁采用了一种变高度桁架梁,但桁架梁杆件众多,在结构整体模型中需要采用等效实腹梁来替代变高度桁架梁进行建模和整体分析。采用通用有限元ANSYS软件,对变高度桁架梁及其等效变高度实腹梁进行仿真对比分析,得到两者在上下翼缘、两端实腹段的应力分布状态以及应力值基本一致,表明等效变高度实腹梁可以替代变高度桁架梁,但应对等效变高度实腹梁的竖向变形刚度进行折减。     

钢筋混凝土剪力墙剪切刚度计算的斜向腹筋桁架-拱模型

钢筋混凝土剪力墙构件腹板为双向配筋,其剪切刚度的传统计算方法忽略竖向钢筋的作用,低估了剪力墙构件的剪切刚度和受剪承载力。为考虑双向配筋对剪力墙剪切刚度的影响,提出等效斜向腹筋桁架-拱模型,与传统桁架-拱模型不同,模型中桁架作用的腹杆由斜向等效受拉钢筋及斜裂缝间的混凝土斜压杆构成,斜向等效钢筋的方向与裂缝处两个方向钢筋的合力方向一致。采用最小能量原理推导了斜向压杆倾角的理论算式,在已有试验数据的基础上,对压杆角度理论算式进行简化,提出了便于工程应用的简化算式。斜向开裂后剪力墙的有效剪切刚度为斜向腹筋桁架模型剪切刚度与拱模型剪切刚度的叠加,采用该模型分别对现有的剪力墙试件进行计算,并将计算值与实测值进行了比较,结果表明,提出的斜向腹筋桁架-拱模型可以较为准确地计算钢筋混凝土剪力墙构件斜向开裂后的有效剪切刚度。     

平面桁架结构连续倒塌动力分析方法研究

平面桁架结构发生连续倒塌时造成的危害较大,为了较准确地得到结构的倒塌动力响应,研究了瞬时刚度退化法、瞬时加载法与初始条件法的适用条件。采用动力学原理推导出3种方法的动力学方程,对比关键时刻的位移,得出3种方法的异同;然后在考虑双重非线性的情况下,分别对4种桁架结构采用3种方法进行连续倒塌动力有限元分析。分析结果表明:瞬时刚度退化法能够较准确地模拟杆件失效所引起的结构动力响应,瞬时加载法与初始条件法是两种近似的方法;高敏感性杆件失效时,建议采用瞬时刚度退化法;低敏感性杆件失效时,3种方法都可以采用。     

焊接空间结构节点焊缝拉裂损伤识别

针对焊接空间结构节点易发生损伤和破坏的问题,为了识别焊接空间结构节点焊缝拉裂损伤,建立了节点焊缝拉裂损伤等效模型,考虑到焊接空间结构具有杆件和节点众多的特点,提出了损伤识别两步法。首先建立有焊缝拉裂损伤焊接球节点三维实体有限元模型,划分焊缝裂缝宽度,然后分析不同焊缝裂缝宽度与节点刚度系数之间的关系,最后将所获得的不同裂缝尺寸焊接球节点刚度系数等效为弹簧刚度,施加于结构杆件两端,成为杆端弹簧约束模型,即考虑节点焊缝拉裂损伤的等效有限元模型; 建立等效模型后,采用两步法识别节点焊缝拉裂损伤位置,先对结构分区,用小波分析方法识别结构杆件有节点焊缝拉裂损伤发生的区域,然后基于等效模型提取应变模态作为损伤标示量,在损伤区域内具体定位有节点焊缝拉裂损伤发生的杆件。结果表明:焊缝拉裂损伤等效模型能够模拟实际结构节点焊缝拉裂损伤,所建立的节点焊缝损伤等效模型易于提取损伤标示量,采用两步法能够识别出焊接空间结构节点焊缝拉裂损伤位置。     

肋环型索穹顶结构静力计算的等效平面桁架方法

选取轴对称肋环型索穹顶结构的1条肋,用等效径向索代替环向索,将其等效为一次超静定平面桁架结构。选取最内撑杆上端点径向力为约束力,推导力法求解约束力的计算公式;提出小变形时各点位移计算的位移传递法和计算公式;在用力法计算出各杆件内力后,就可以通过传递矩阵由外到内计算各点的位移值。此外,对初始预应力产生的应力刚化刚度增大和索自重垂度产生的刚度减小进行定性和定量分析。最后,通过一个算例介绍所提方法的计算过程并与有限元计算结果进行比较,验证该方法的正确性和准确性。     

平面拱形桁架等效静风荷载研究

对矢跨比分别为1/4、1/6、1/8的3个拱形屋面进行了同步测压风洞试验,分析风荷载和结构参数对平面拱形桁架风振响应和等效静风荷载的影响规律。风洞试验结果表明, 0°风向时,高矢跨比屋面的最大负压幅值出现在屋顶,而低矢跨比的出现在迎风前缘。从方便工程应用的角度,采用简化振型函数表达针对结构多个位移和杆件应力响应的多目标等效静风荷载。在工程常用范围内,分析结构矢跨比、跨度、屋面质量、设计风速和风向等参数对中部和端部平面拱形桁架多目标等效静风荷载的影响,得到可用于指导该类结构抗风设计的等效静风荷载风压系数建议值,且经校核,在该等效静风荷载作用下的结构响应与实际动力响应极值吻合较好。     

转动裂缝模型在钢筋混凝土构件非线性剪切分析中的应用

基于钢筋混凝土转动裂缝模型,应用平面膜单元对钢筋混凝土构件进行全过程非线性剪切分析。通过选择材料单轴本构、总结复杂的平面应力状态、归纳三种主应变空间下的主应变状态及其刚度矩阵共轭项计算方法,改善平面膜单元在有限元分析中的数值稳定性。选取弯-剪作用下钢筋混凝土梁与压-弯-剪作用下剪力墙试验建立有限元模型进行对比验证,试验实测与有限元分析结果吻合良好。对比结果表明,全面细致地考虑可能出现的各种应力状态,依据三种主应变空间下的主应变状态及其刚度矩阵计算方法,可以得到较好的有限元分析的数值稳定性和精度,基于转动裂缝模型的平面膜单元为压-弯-剪作用下的钢筋混凝土构件的全过程非线性分析提供了有效的分析途径。     

核电站用钢板混凝土组合结构单元的等效刚度研究

钢板混凝土组合结构(SCS组合结构)是核电用屏蔽厂房的壳体结构的主要形式,具有良好的力学性能和快速施工的特点。对承受平面内双向荷载作用的钢板混凝土组合结构的单元等效刚度进行研究,根据钢板和混凝土的本构关系,将钢板与混凝土组成的复合材料等效为各向同性线弹性材料,利用SCS单元的平面内双向试验标定材料的刚度系数,建立钢板混凝土单元的等效刚度模型。该模型以单元在单轴受拉、面内纯剪和单轴受压的等效弹性参数为基准,对单元主内力空间的不同区域分别赋予不同的等效刚度,以体现加载路径和内力状态对单元刚度的影响。通过与2片钢板混凝土组合墙的试验结果进行计算对比,提出的等效刚度模型能够比较准确地计算钢板混凝土组合墙的荷载-位移响应。     

基于RVE方法的喷射混凝土加固多层砌体结构抗震性能分析

采用砌体等效体积单元方法对喷射混凝土加固后的多层砌体房屋抗震性能进行了分析.分别建立了原有结构和加固结构的有限元分析模型并进行了时程分析.探讨了喷射混凝土加固方法对结构周期、侧向刚度以及墙体应力水平的影响.研究表明,采用喷射混凝土加固方法能够有效地提高结构刚度、增强结构的抗震性能.喷射混凝土面层承担了大部分的墙体地震剪...     

钢筋混凝土预应力空腹网架应力应变模拟试验与理论分析

混凝土空腹网架结构是一种新型的平板型网架结构，为高次超静定结构，且超静定次数较高，与空间铰接桁架系空间杆单元集成不同，空腹网架由梁柱单元集成，一般由两向布置的空腹桁架通过正交形式构成，对异形平面的空腹网架，如圆形、六边形，可采用三向斜交（彼此夹角为60°）空腹桁架集成，钢筋混凝土空腹桁架由上、下弦杆及竖腹杆通过刚性连接而成，空腹桁架杆件截面，一般采用矩形。     

钢材弹塑性分析的新模型

基于正六面体微元与桁架单元的受力变形等效,建立了一个桁架单元新模型,求解了钢材的弹塑性平面应力问题和空间问题,并通过大量的计算实例,验证了该新单元模型具有良好的计算精度。     

基于全时程迭代的金属阻尼器减震结构地震响应分析方法研究

准确地估算等效阻尼系数和等效附加刚度对于附加金属阻尼器的减震结构的设计具有实用意义。首先基于等效线性化基本理论推导出等效阻尼系数和等效附加刚度计算公式,并引入全时程迭代的思想,形成一种附加金属阻尼器减震结构的地震响应分析方法。继而通过对3层剪切型结构的地震响应分析,探讨了该计算方法迭代过程的收敛性。最后,通过对3层剪切型结构和8层平面框架结构的地震响应分析,考察了该计算方法的计算精度和可靠性。与现有方法相比,提出的等效阻尼系数和等效附加刚度计算公式物理意义明确,同时考虑了金属阻尼器自身参数和结构动力响应对等效线性化参数的影响,采用的全时程迭代方法具有收敛速度快、计算精度高等优点。     

空间桁架中次应力影响分析

通过以往对平面桁架次应力影响的研究可知，由连接刚性产生的次应力主要受荷载、杆件长度、线刚度、以及杆件的相对轴向变形等因素有关。文章在以往对平面桁架次应力影响的研究基本上，对此空间受力的结构的次应力影响进行分析，以判断对平面内次应力的影响及其分布规律的经验是否可以推广到空间受力的情况。     

空间桁架结构的静力模型修正方法

近十几年来,国内外建设了大量的空间桁架结构,为了保障结构在长期运营过程中的安全性,需要对结构模型进行安全评估和修正。文中提出了基于静力位移的空间桁架结构的静力修正方法,用静力凝聚方法对静力平衡方程进行变换消去平面外自由度。将杆件单元的刚度的修正量用修正因子表示,并利用摄动理论求解各单元修正因子。最后,将修正因子代回原静力方程求解结构的节点位移,通过对比理论计算位移与修正后位移以验证该文修正方法的正确性。     

螺栓球节点网架安装

螺栓球节点网架是一种新型的屋盖承重结构,属于多次超静定空间结构体系。它改变了一般平面桁架结构的平面受力状态,能够承受来自各方面的荷载。这种平板形网架,结构新颖美观,杆件规律性强,网格划一,整体性好,空间刚度大,抗震性能好。杆件之间全部采用螺栓连接,便于安装,操作简便,受力明确。     

空间桁架结构弹塑性稳定性分析的共旋坐标法

尽管空间桁架结构的非线性稳定已有大量研究，随着微型计算机的速度和内存空间的发展，有必要发展与其计算能力相适用的模型和方法。本文采用共旋坐标法导出了弹塑性空间桁架杆件单元在大转动、小应变条件下的标准单元切线刚度矩阵；提出了在R^n＋1维荷载-位移空间中求解非线性有限元方程组的拟弧长增量法迭代格式，该格式保留了迭代刚度矩阵的部分带状性能．在此基础上编制了相应的Fortran计算程序NST-SAP。算例表明，本文提出的刚度矩阵和迭代算法能精确有效地分析空间桁架结构弹塑性稳定性问题。