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。     

基于修正压力场模型的膜单元的开发及其在组合结构中的应用

以转动裂缝模型为核心思想的修正压力场模型(MCFT)是近30年来钢筋混凝土剪扭行为研究成果的代表之一,提出通过大型通用有限元程序ABAQUS 6.9二次开发将修正压力场模型应用于非线性有限元分析中,并在该模型的基础上作出一定发展,使其适用于压拉弯剪复合作用下的钢筋混凝土结构、钢-混凝土组合结构的非线性分析。将该模型应用于国内外各种类型构件的分析中,包括钢筋混凝土梁(剪切破坏梁、弯曲破坏梁、弯剪复合破坏梁)、钢筋混凝土墙以及内嵌钢板混凝土组合墙,数值模拟结果与试验结果吻合良好,表明该模型充分兼顾准确性、通用性,为压拉弯剪复合作用下的钢筋混凝土结构、钢-混凝土组合结构的非线性分析提供了有效的手段。     

基于ABAQUS的转换层钢筋混凝土梁裂缝成因分析

依据实际工程,使用ABAQUS有限元软件对转换层钢筋混凝土梁进行了非线性数值模拟,分析了近支座处裂缝的成因。结果显示,在弯剪区段,混凝土单元的最大主拉应力、主压应力及最大剪应力均比较大,而且已经产生了一定的塑性变形,剪跨段混凝土单元在拉、剪复杂应力条件下产生开裂。     

锈蚀钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算模型

在对锈蚀钢筋混凝土受弯构件试验研究和非线性有限元分析的基础上,得到了锈蚀钢筋混凝土受弯构件钢筋和混凝土的应力和应变特性。针对锈蚀钢筋与混凝土之间滑移增大、混凝土平均应变和钢筋应变不满足平截面假定的特征,建立了混凝土应变和钢筋应变之间的几何关系。运用极限平衡理论,建立了与锈蚀钢筋受弯构件正截面受力性能相一致的计算模型。     

基于结构精细化模拟分析平台的弯剪纤维单元模型

为模拟钢筋混凝土柱在轴力、剪力和弯矩耦合作用下的非线性滞回特性,利用显式中心差分法,建立一种基于显式算法的弯剪纤维单元模型,并引入到结构精细化模拟分析（RSAPS）平台中。该模型基于Timoshenko梁理论,材料模型选用基于修正斜压场理论（MCFT）的二维钢筋混凝土本构模型。应用RSAPS平台分别模拟往复荷载作用下发生弯曲、弯剪和剪切破坏的钢筋混凝土柱的滞回性能,并将分析结果与试验和未考虑剪切变形的纤维单元模型模拟结果进行对比。结果表明：对于发生弯曲破坏的构件,由于剪切变形较小,未考虑剪切变形的纤维单元和弯剪纤维单元均可以较好地模拟构件的滞回性能;而对于发生弯剪破坏和剪切破坏的构件,采用未考虑剪切变形的纤维单元模型,会高估构件的初始刚度和耗能能力,也会高估其受剪承载力;而所提出的弯剪纤维单元模型能较好地模拟构件的刚度和承载力退化,同时,也能较好地模拟滞回曲线中的捏缩现象,模拟结果与试验结果吻合较好。     

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。     

高精度非线性平面应力单元的研究与应用

采用共旋坐标法导出了四边形平面应力单元在大转动、小应变条件下的几何非线性和材料非线性的单元切线刚度矩阵，在此基础上编制相应的有限元程序；对有解析解的例题计算表明，提出的共旋坐标法四边形平面应力单元的列式、程序具有较强的非线性分析能力；还对单跨石拱桥进行了受力全过程分析，计算结果提供了对小跨度石拱桥非线性性能的更多的了解，可供工程设计人员参考。     

基于空间等效桁架单元方法的钢筋混凝土结构非线性分析

针对传统有限元分析的复杂性以及裂缝描述不准确等缺点,从空间应力单元出发,结合平面等效桁架单元的研究方法,提出了一种空间等效桁架单元;基于空间等效桁架单元和空间应力单元刚度等效的原则,推导了等效后的单元刚度矩阵、杆件截面面积和杆件轴力计算公式,探讨了空间等效桁架单元应用于钢筋混凝土结构非线性分析的相关问题;借助ANSYS10.0采用该方法对一桥墩结构进行计算分析,并与采用平面等效桁架单元方法和试验方法所得结果进行了对比。结果表明:采用该方法对钢筋混凝土结构进行分析能够满足工程精度要求,并且能够准确描述裂缝的开展。     

钢-混凝土组合构件非线性分析

采用三次多项式分段模拟混凝土、钢筋和型钢材料的非线性本构关系 ,以平截面假定为基础 ,推导出双向偏压钢筋混凝土、钢骨混凝土及钢 -混凝土组合构件截面非线性分析通用公式 ,得到的截面割线、切线刚度矩阵是线性与非线性刚度矩阵的叠加。应用标准有限元方法和截面非线性刚度矩阵 ,推导出梁单元刚度表达式。所得到的表达式含义清晰、计算简便 ,分析结果与实验结果吻合很好     

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.     

考虑多维地震作用的高耸钢筋混凝土烟囱结构易损性分析

竖向地震作用对高耸烟囱结构动力响应有不可忽略的影响。选用240m高的某钢筋混凝土烟囱作为研究对象,考虑结构损伤,通过有限元软件ABAQUS,采用复合壳单元建立相应的非线性有限元分析模型。为考虑地震动的不确定性,根据谱相容性原则,选择20条合理地震动记录,进行增量动力分析。输入的地震动分别为一维、二维、三维。分别以材料应变和地面峰值加速度作为结构地震需求参数和地震动强度参数,结合增量动力分析获得的结构地震响应,采用能力需求比模型的曲线拟合法计算易损性曲线。通过钢筋和混凝土的材料应变定义四个损伤状态限值,最终得到在不同维数地震动输入时高耸钢筋混凝土烟囱结构的地震易损性曲线和倒塌概率曲线。研究结果表明,考虑多维地震作用比只考虑一维地震作用时高耸烟囱的结构易损性和倒塌概率增大。     

钢筋混凝土异形柱平截面假定适用性初探

采用通用有限元分析软件ANSYS的SOLID65和LINK8单元,对处于压、弯、剪、扭复杂受力状态下肢宽厚比为4：1的十形柱、L形柱和T形柱进行了单调加载计算机模拟,同时采用基于有限单元柔度法的纤维模型梁柱单元进行对比分析,对平截面假定在异形柱非线性分析中的适用性进行了初步探讨。结果表明,对于肢宽厚比小于或等于4：1的异形柱,采用平截面假定进行分析基本可行。     

钢筋混凝土中间层边节点模型化方法研究

钢筋混凝土梁柱节点区非弹性变形包括梁纵筋黏结滑移和节点核心区剪切变形,对钢筋混凝土梁柱组合体的受力性能影响较大,在有限元模型中合理地考虑节点区的这两种非弹性变形是数值计算的难点和关键。利用OpenSees结构分析平台中的梁柱节点单元,根据中间层边节点的受力特点和试验结果,通过对钢筋滑移分量和剪切块分量的计算模型、参数计算方法进行改进,提出了修正梁柱节点单元模型,并以多组试验结果为依据,校核了修正梁柱节点单元模型计算的准确性和适用性。分析结果表明：修正梁柱节点单元模型能有效模拟中间层边节点的整体受力性能和局部非弹性变形特性;改进的梁纵筋滑移模型能更合理地模拟贯穿节点梁纵筋的受力特性;改进的剪切块计算模型能准确模拟节点核心区的剪应力大小,以及两个不同加载方向的节点剪应力差异。     

钢筋混凝土受压构件工作应力的测试与分析

在已建结构的可靠性评估中,结构当前的应力状态(工作应力状态)检测一直是较难解决的问题。对工程中常用工作应力测试方法进行了简要分析,提出利用钻孔-电测法测试钢筋混凝土受压构件的工作应力。该方法通过测试钻孔前后孔边应变的变化,利用钻取的芯样推定混凝土的抗压强度和弹性模量,再结合有限元计算分析,得到已建结构中钢筋混凝土受压构件的工作应力。试验结果表明,孔边实测的释放应变的数值与有限元计算的结果吻合良好,工作应力推定结果与试验结果基本一致,说明该方法可用于实际钢筋混凝土受压构件的工作应力测试。     

钢筋混凝土构件动力加载试验数据库

钢筋混凝土结构在地震作用下会产生应变率效应,受该效应影响,结构的抗震性能将产生变化。因此,在对钢筋混凝土结构进行抗震性能分析及设计时应考虑应变率效应的影响。对国内外已有研究的钢筋混凝土构件在不同加载速率下的相关试验进行力学模型等效和试验数据处理,分析了钢筋混凝土构件在不同加载速率下力学性能的一般变化趋势,并以此为基础建立了钢筋混凝土构件动力加载试验数据库,该数据库界面友好、检索方便,包含了钢筋混凝土梁、柱、节点和剪力墙构件的数据。     

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。     

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I：原理与开发

长期以来,普通配筋钢筋混凝土（RC）连梁在剪力墙、框架核心筒等高层结构体系中均得到了广泛的应用。在对该类体系进行地震反应分析时,迫切需要一个高效、准确且建模方便的连梁计算单元。该文基于对国内外普通配筋RC连梁试验的归纳总结及各类考虑非线性剪切效应的构件计算模型的充分比较,提出了在传统的基于纤维截面模型的分布塑性铰梁单元的基础上引入截面剪力-剪切变形关系和剪力-剪切滑移关系的单元开发思路。通过对通用有限元程序MSC.MARC(2007r1)的梁单元截面模型接口进行二次开发,实现了一种适用于普通配筋RC连梁非线性地震反应分析的纤维梁单元。提出了适用于普通配筋RC连梁的剪力-剪切变形骨架曲线和滞回规则,模型可充分体现捏拢、强度和刚度退化、承载力下降等RC连梁复杂的受剪特性,并可考虑任意复杂加载路径。特别针对RC连梁特有的剪切滑移现象,提出相应的剪力-剪切滑移骨架曲线和滞回规则,可充分体现剪力-剪切滑移关系中捏拢、强度和刚度退化等现象,同时引入剪切滑移和剪切受压极限曲线实现不同破坏模式的判断。利用剪力-剪切变形关系和剪力-剪切滑移关系,分别开发了剪切单元和滑移单元,并将二者结合实现对连梁构件的模拟分析。     

两边连接薄钢板剪力墙加固损伤RC框架结构抗震性能

为了提高损伤RC框架的抗震性能,采用两边连接薄钢板剪力墙对其进行加固.通过2个1/3缩尺比单跨2层两边连接薄钢板加固损伤RC框架的低周往复加载试验,对其抗震性能进行了研究,并与未损伤RC框架试验结果进行对比分析.结果 表明:设置两边连接钢板剪力墙,可显著提高损伤RC框架的承载力、抗侧刚度和延性;加固后的结构钢板剪力墙屈...