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.     

柔度法梁柱单元考虑损伤分布的高斯积分方法

分析了积分方案对基于柔度法梁-柱单元模型的影响,将高斯积分和钢筋混凝土梁、柱构件损伤特点结合起来,提出了考虑损伤分布的积分方法。将单元非线性区域划分为塑性铰区、开裂区、过渡区,一方面赋予高斯积分区域物理含义,另一方面使得塑性铰区域可以向相邻的开裂区、过渡区扩展,实现塑性铰长度动态变化。对钢筋混凝土框架结构进行静力非线性分析,结果表明:该积分方案更能反映梁、柱构件的实际损伤,具有较好的数值稳定性和收敛性。     

柔度法考虑钢筋混凝土梁柱单元变形局部化的计算方法

基于性能的设计需要考虑结构及构件在地震荷载作用下的非线性反应,基于柔度法的分布塑性梁柱单元模型可以用较少的单元得到较为准确的结果,也可以很方便地处理因混凝土应变软化带来的变形局部化问题。但这种计算模型在处理局部变形时,若直接根据数值积分求解,计算结果与实际结果偏差较大,而且会出现随着积分点的增加,偏差越大的反常现象。该文分析了产生这一现象的数学力学原因,通过在单元的截面层次上将变形分离为弹性变形和塑性变形,对单元的塑性变形指定塑性区长度,得到了合理的解答。     

弹塑性纤维梁柱单元及其单元参数分析

基于柔度法且沿单元长度积分的弹塑性纤维梁柱单元是可以模拟复杂的截面双向滞回曲线和截面刚度沿杆长方向连续变化的单元模型.由于其计算工作量太大,这种复杂的单元自提出以来,一直没有得到推广应用.对弹塑性纤维梁柱单元模型进行了研究,在此基础上对其单元参数进行了分析,通过研究单元积分段以及截面上纤维的合理划分,使计算工作量适当减少而又不影响计算结果准确性,为纤维单元在大型结构中应用打下基础.     

力法非线性梁柱单元的合理单元长度划分

针对目前结构非线性分析中最常用的力法非线性梁柱单元模型,从理论上分析出了能消除其计算失真问题的合理单元长度及对应积分点数量。然后基于OpenSees有限元程序,使用该理论分析结果建立了一组单墩循环推倒试验的数值分析模型,通过加载点力-位移滞回曲线的对比分析和墩底截面曲率滞回曲线的对比分析验证了理论结果的正确性。结果表明：使用力法非线性梁柱单元模型进行结构的非线性数值分析时,其单元长度划分应根据积分点数量确定,确定原则应基于使单元屈服后变形增长的分布长度与塑性铰长度相等进行计算;在实际使用中,可利用等效塑性铰长度计算积分点数量与单元长度的关系,初步确定单元划分的合理长度;在保证单元长度与积分点数量的对应关系前提下,力法非线性单元的积分点数量越多,计算结果越稳定。     

基于柔度的网格截面非线性梁单元

梁单元材料非线性有限元求解时,材料进入非线性阶段后,难以通过梁理论准确描述截面的应力状态,该文据此提出了基于柔度法和分布式塑性理论的梁单元材料非线性方法-网格截面法,这种方法采用平面等参单元将梁单元网格化,由单元轴向积分点位置截面网格积分点的应力描述单元截面应力分布,并通过对截面网格材料的积分得到积分点位置的截面刚度,并运用基于柔度的有限元方法,通过力插值函数和能量原理得到梁单元的柔度矩阵,进而对柔度矩阵求逆以计算单元刚度矩阵。同时讨论了该方法在进行结构材料非线性有限元分析时的优越性。最后通过算例验证了上述结论。     

钢筋混凝土纤维梁柱单元实用模拟平台

为精细化模拟钢筋混凝土结构的非线性滞回性能,建立了钢筋混凝土纤维梁柱单元的一种实用模拟平台FENAP,开发了相应的具有钢和混凝土多种单轴本构模型的材料库.FENAP平台可考虑构件刚度和强度退化等损伤效应、轴力和弯矩的多维耦合效应以及箍筋对混凝土的约束效应.分别运用FENAP平台和OpenSees软件模拟了圆形钢墩柱和矩...     

基于显式算法的纤维梁柱单元模型

为精细模拟钢筋混凝土桥梁的强非线性行为,利用显式中心差分法,建立一种基于显式算法的纤维梁柱单元模型,并引入到前期建立的纤维梁柱单元实用模拟平台FENAP中。采用该显式单元模型,分别对一钢悬臂梁进行滞回特性分析和对一钢筋混凝土桥墩进行推覆分析,并将计算结果与采用FENAP隐式单元模型和采用OpenSEES软件纤维模型的计...     

预应力混凝土结构非线性分析和设计的有限元模型

本文提供了一种ＰＣ结构非线性分析和设计中更具普通性的有限单元模型，该模型适合于各各种平面和空间单元。模型中考虑了任意形状有粘结或无粘结预应力束作用及其对结构刚度的影响，对预应力束中张力随空间和时间的分布进行了精确的分析，给出了普遍性的计算公式。本文后半部分采用上述模型，考虑混凝土结构的材料和几何非线性，对作者曾试验的无粘结ＰＣ框架进行分析与试验结果吻合较好。     

三种非线性梁柱单元的研究及单元开发

罕遇地震作用下混凝土梁柱构件易进入塑性阶段而发生弹塑性损伤,正确地模拟结构进入非线性状态后的力学行为对评价结构的抗震安全性具有重要的意义.通过面向对象语言编制了基于宏观单元的结构弹塑性分析软件平台MESAP,增加了三种非线性梁柱单元:基于刚度法纤维单元、基于柔度法纤维单元及基于柔度法的塑性铰单元.通过算例分析三种非线性...     

钢梁-钢筋混凝土柱梁柱中节点非线性有限元模拟

借助ANSYS有限元分析软件,对5个"梁贯通"式RCS梁柱中节点进行三维非线性有限元分析,并和试验结果相比较。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、钢和混凝土材料模型的定义、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深入的研究。研究表明,通过合理设置参数,ANSYS有限元软件能够模拟RCS梁柱节点在静力荷载作用下的性能,并和试验结果吻合较好。     

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。     

钢筋砼结构非线性随机地震响应分析

考虑地震作用和结构参数的随机性,建立了钢筋砼结构药非线性随机动力学模型。文中导出了随机结构动力分析的非线性随机有限元法的增量列式,并据此对多层钢筋砼结构进行了弹塑性随机地震响应分析。计算结果与该建筑物的实际震害作了对比,效果良好。还讨论了动力模型中随机变量对响应量的影响。     

钢纤维钢筋混凝土梁柱节点抗震设计方法

基于压杆模型和软化桁架模型,提出钢纤维钢筋混凝土梁柱节点的一种新的抗震设计方法.掺入节点核心区的钢纤维可被等效为部分水平和竖向剪力筋.在节点核心区与梁或柱相交端截面处建立平衡方程、协调方程和本构方程,可以求出传给节点压杆模型和软化桁架模型的地震作用.提出的设计方法能够对节点的水平和竖向抗剪承载力进行设计,其可靠性得到七个钢纤维钢筋混凝土梁柱外节点试验数据的验证.