剪力墙非线性宏观单元的研究与单元开发

罕遇地震作用下剪力墙构件易进入塑性阶段而发生弹塑性损伤,准确地模拟剪力墙构件进入非线性状态后的力学行为对评价剪力墙结构的抗震安全性及基于性能的抗震设计具有重要的意义.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及多竖向弹簧剪力墙单元(MVLEM),采用材料本构及Fischinger学者提出的轴向...     

钢筋混凝土剪力墙非线性分析单元模型

该文基于龙驭球院士研究组创建的带旋转自由度膜元和厚薄通用板单元构造理论,结合修正压场混凝土双轴本构模型,建立了一种新型钢筋混凝土剪力墙非线性有限元分析整体式壳元模型。在整体式壳元模型中,采用钢筋混凝土膜元模拟剪力墙墙板的面内刚度,采用厚薄通用板单元模拟剪力墙墙板的面外刚度,采用纤维梁元模拟剪力墙中的边缘构件。为了验证该模型,将该模型的数值分析结果和钢筋混凝土剪力墙试件的试验结果进行对比。结果表明:整体式壳元模型能够对弯、剪、压共同作用下的钢筋混凝土剪力墙的极限承载力及非线性弯曲、剪切耦合变形进行较为准确的预测。该壳元模型自由度少、单元计算精度高、收敛速度快且总计算量小,适合作为高层建筑结构在地震作用下非线性动力响应分析的钢筋混凝土剪力墙单元模型。     

钢筋混凝土剪力墙非线性性能的数值分析

本文是利用现有的ＤＩＡＮＡ有限单元软件包对侧向交互荷载作用下，矮剪力墙性能进行数值分析。希望得出这样一个结论：复杂和高度非线性问题能够用数值分析方法解决。很明显，这一点是需要有实验结果与数值分析结果进行比较，本文对在屈服位移范围内，在侧向交互荷载作用下矮钢筋混凝土剪力墙数值分析结果和实验结果进行比较，两者之间吻合的很好。     

高层结构剪力墙局部分析的高精度单元

高精度元系指其具有较高阶的位移函数，且由于单元的应力可由结点位移参数直接算出，因而具有高的精度。现有的局部分析软件中，所用的高精度元的类型比较单一，且存在内部自由度，要通过静力凝聚消去，计算效率不高，妨碍了其在工程中的应用。本文给出的新高精度元，推导简单，无内部自由度，因而不需要静力凝聚，精度也较高。     

剪力墙结构非线性有限元时程分析

本文的动力分析计算模型采用平面等参单元，将钢筋和混凝土作为一个整体单元考虑，钢筋弥散于整个单元内，文中建立了反复荷载下的混凝土及钢筋的应力－应变本构关系模型，模型中反映了钢筋混凝土开裂，屈服，混凝土与钢筋混滑移等非线性特性，采用Ｗｉｌｓｏｎ－θ法对动力方程进行逐步积分，文中运用所建立的模型对带竖缝剪力墙进行了时程分析，所得到的计算结果（包括：开裂，变形，加速度时程，位移时程等）与试验相一致。     

多因素对剪力墙最优刚度影响的综合分析

本文在考虑剪力墙弯曲变形基础上，由框架边柱（墙）轴向变形、剪力墙剪切变形和连系梁不同联接等三种因素，分六种组合情况，分析框架－剪力墙结构中剪力墙的最优刚度。提出在工程实践中，可将以仅考虑剪力墙弯曲变形的简单计算模型计算得到最优刚度作为剪力墙布置依据。     

预应力结构非线性分析的索单元理论

本文将预应力结构中的张拉索处理为具有两个铰接节点的索单元,导出了索单元中总分布荷载的表达式和索的大位移增量刚度矩阵以及索元的一致质量矩阵,基于虚功原理建立了索元的静动力非线性平衡方程。应用本文理论可以分析拉索预应力结构的静力非线性问题、基本动力特性及非线性动力反应过程,可以跟踪不同的预应力张拉次序和过程。算例表明:本文方法具有较高的计算精度。     

剪力墙多垂直杆单元模型的改进及应用

对目前多垂直杆单元模型考虑剪切变形的三种方法进行了探讨和对比,提出了一种更为合理的刚度矩阵形式.结合钢筋混凝土拉压滞变模型和剪切滞变模型,可对剪力墙进行非线性分析.最后,提供了一个算例,并与试验结果比较,表明该模型具有较好的计算精度.     

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...     

几何非线性梁单元分析及CAD实现

本文基于Ｕｐｄａｔｅｄ Ｌａｇｒａｎｇｅ列式推导了一维梁单元几何大位移有限无列式。理论及算例表明，与Ｂａｔｈ的三维梁元相比，节约了较多的计算费用，并获得了较好的精度。     

多因素对剪内墙最优刚度影响的综合分析

本文在考虑剪力墙弯曲变形基础上，由框架边柱（墙）轴向变形、剪力墙剪切变形和连系梁不同联接等三种因素，分六种组合情况，分析框架－剪力墙结构中剪力墙的最优刚度。提出在工程实践中，可将以仅考虑剪力墙弯曲变形的简单计算模型计算得到最优刚度作为剪力墙布置依据。     

基于新型大变形平板壳单元的剪力墙模型及其在OpenSees中的应用

数值模拟是研究超高层建筑地震灾变行为的重要手段。地震作用下,剪力墙作为超高层结构的重要抗侧力构件往往呈现出复杂的受力状态,甚至因结构倒塌而产生大变形破坏,因此有必要开发一个能准确考虑大变形的剪力墙单元。该文基于广义协调元理论和更新Lagrangian列式,提出了一种高性能四边形平板壳单元及其几何非线性列式,并将该模型集成于开源有限元程序OpenSees中,以经典算例验证了该单元的性能和应用于大变形计算的可靠性。通过将该单元与分层壳截面结合,该文对多种类型的剪力墙构件进行了模拟,并将模拟结果与试验结果进行对比,验证了该单元能较好的模拟剪力墙的复杂受力特性,且能有效模拟钢筋混凝土构件倒塌的关键特性,为进一步开展基于OpenSees的超高层结构地震灾变行为研究提供参考。     

钢筋混凝土剪力墙基于变形和滞回耗能非线性组合的损伤演化分析

为研究钢筋混凝土结构的损伤演化规律,提出一种基于变形和滞回耗能非线性组合的钢筋混凝土构件损伤模型。通过引入组合参数考虑不同损伤状态下构件变形与滞回耗能的权重,该损伤模型能很好的反映变形和滞回耗能的相互影响,有效评估构件在不同破坏状态下的损伤程度。对4片钢筋混凝土剪力墙的拟静力试验进行数值模拟分析,结果表明：该损伤模型计算的损伤值与试验破坏形态吻合较好,能很好的描述钢筋混凝土剪力墙的损伤演化过程,且能够定量确定构件不同破坏程度的损伤界限;对钢筋混凝土剪力墙进行地震作用下动力时程分析,结果表明,该损伤模型能很好的描述不同峰值加速度作用下剪力墙构件的损伤演化规律,剪力墙损伤在峰值加速度出现时段内发展迅速,并且随着地震强度的增大而增大,损伤值超过限值时构件失效。     

考虑剪力墙剪切变形影响的框架-剪力墙结构分析

考虑剪力墙剪切变形影响、连梁固接连接条件,基于Timoshenko两广义位移梁理论,建立了框架-剪力墙结构分析方法。当连梁约束抗弯刚度为0时固接体系可退化成铰接体系、当剪力墙抗剪刚度趋于无穷大时弯剪型剪力墙可退化为不考虑剪切变形的弯曲型剪力墙,因此该文方法可适应多种模型的计算。导出了三角形分布荷载、均布荷载和顶部集中荷载作用下挠度、转角、剪力墙弯矩和剪力、框架剪力的计算公式。计算公式表明：“框架广义剪力按框架抗推刚度和连梁约束抗弯刚度比分配”的结论在考虑剪力墙剪切变形影响的框架-剪力墙固接体系中不成立。通过算例讨论了框架-剪力墙的变形和内力分布,得到了连梁约束抗弯刚度显著影响框架-剪力墙的变形和内力分布、框架-剪力墙对剪力墙的抗剪刚度有敏感范围等结论。     

填充粘弹性材料剪力墙结构非线性有限元分析

基于被动控制的设计概念,该文在开缝剪力墙的基础上,在缝槽中填入粘弹性材料,并将这种构件应用到一幢八层钢筋混凝土剪力墙结构中。基于通用有限元软件ABAQUS,建立了该结构的弹塑性有限元模型,并对其在地震下的性能进行了数值模拟,重点研究了墙体开缝对结构地震反应的影响,以及缝槽中填充粘弹性材料对结构的控制作用。研究结果表明,墙体开缝降低了结构的刚度,增大了结构的位移反应,但开缝对减小结构底部反应及改变结构损伤分布有利。而缝中填充粘弹性材料后,可有效的控制结构的地震反应,减小结构的损伤,具有良好的实际应用意义。     

薄壁箱梁剪力滞剪切变形双重效应分析的矩阵方法

本文在得到薄壁箱梁同时考虑剪力滞及剪切变形影响微分方程初参数解的基础上,进一步推导出单元刚度矩阵和等效结点荷载,从而使薄壁箱梁势力滞、剪切变形效应分析方法方便地纳入广泛应用的矩阵位移法程序系统,为连续梁等复杂结构的剪力滞及剪切变形效应分析提供了强有力的计算手段。     

框-剪结构剪力墙可中断高度的分析研究

基于钢筋砼杆件截面的轴力-弯矩-曲率关系,建立了考虑杆件P-Δ效应和剪切变形且能分析结构极限状态的非线性有限元法。将剪力墙当作特别杆单元,对不同高度、配筋、轴压比和刚度特征值的中断剪力墙的框-剪结构进行了静力弹塑性分析。设定可中断剪力墙高度的条件。计算表明:上部剪力墙中断的相对高度值的决定因素为结构顶部的位移;相对高度值与配筋和轴压比无关;与结构高度关系较小;随着刚度特征值的增加,相对高度值随之增加,并给出了两者之间的表达式。     

基于一阶剪切变形理论的新型复合材料层合板单元

基于一阶剪切变形理论(FSDT),本文构造一种新型的20自由度(每结点5个自由度),四边形复合材料层合板单元,适合于任意铺设情形的层合板的计算。它是按如下方式构造的:(1) 单元每边的转角和剪应变由Timoshenko层合厚梁理论来确定;(2) 对单元域内的转角场和剪应变场进行合理的插值;(3) 引入平面内双线性位移场来体现层合板面内与弯曲的耦合作用。本文单元,记为TMQ20,不存在剪切闭锁现象,在计算单层的各向同性板时可以退化为文[1]中优质的中厚板单元TMQ。在文[2]中将给出本文单元对于层合板问题的详细数值算例。     

一种带边柱的钢筋混凝土剪力墙空间非线性分析模型

基于纤维模型概念,提出了一种便于钢筋混凝土高层框架-剪力墙结构空间非线性分析的带边柱剪力墙单元模型。将墙体和边柱视作一个整体单元,导出了相应刚度矩阵。用细分的纤维元模拟混凝土和钢筋的线性和非线性特性,墙元用平面纤维元模拟,柱元用空间纤维元模拟,在考虑墙、柱构件各自受力特点的同时,保证了模型的整体协调性。编制了可应用于钢筋混凝土高层框架-剪力墙结构空间分析的计算机程序。两个算例证明了该文模型的正确性和有效性。