单自由度Duffing系统方程的响应研究

文章对单自由度Duffing系统方程的自由振动和受迫振动运用四阶龙格库塔进行数值分析,得到方程在自由振动、高斯白噪声激励、正弦激励、余弦激励和EICentro地震波激励下的加速度响应,为非线性动力分析奠定了基础。     

火灾下钢筋混凝土结构热弹塑性变形分析

为了研究钢筋混凝土结构在火灾作用下的力学性能,利用弹塑性理论,根据材料不同的屈服法则,分别给出了钢筋和混凝土材料考虑温度变形和徐变变形热弹塑性问题的增量本构方程。考虑钢筋和混凝土力学性能随温度的变化,编制程序对钢筋混凝土简支板进行了非线性分析,并利用相关文献的试验结果,对本构方程的正确性和适用性进行了验证。对火灾作用下1榀单层单跨钢筋混凝土框架进行了非线性分析,并给出了部分节点位移随受火时间的变化规律。结果表明,钢筋混凝土结构在高温下会产生很大变形,钢筋混凝土框架梁柱节点位移随受火时间变化的曲线并不是呈单调变化趋势,有拐点存在,梁柱节点竖向位移值小于梁跨中节点值。     

钢筋混凝土面板堆石坝动力反应计算

本文采用动力非线性有限元法研究了钢筋混凝土面板堆石坝的地震反应,并用滑移面上的静、动应力求得坝坡抗震稳定安全系数时程曲线。根据坝址的地质构造,将实测的坝址附近震中地震加速度调整为设计加速度过程线。计算时,采用分段迭代的方法,不仅考虑了堆石的动力非线性性质,而且也考虑了混凝土动力非线性性质以及自振频率在振动过程中的变化,比较全面地反应了材料和结构的动力特性。     

钢筋混凝土矩形薄板在弹性地基上的热屈曲

基于板的小挠度理论,考虑混凝土材料的非线性,推导了弹性地基上钢筋混凝土矩形薄板在热载作用下的平衡方程和稳定方程,给出了四边简支钢筋混凝土矩形薄板在均匀温度变化时临界屈曲温度变化的封闭解,讨论了板的材料常数、长宽比、相对厚度和基床系数等对临界屈曲温度变化的影响,从而为工程结构中弹性地基上钢筋混凝土矩形薄板的临界屈曲温度的计算提供了理论计算依据。     

基于建筑延展方向的钢筋混凝土壳材料抗性优化

基于ABAQUS有限元模型,对建筑延展方向的钢筋混凝土壳材料抗性优化进行了研究,建筑结构的荷载能力在使用了非线性钢筋混凝土材料后明显减小,突出了混凝土材料的非线性的影响,非线性结构减少了失去稳定性的临界荷载。对双向混凝土壳线弹性特征值屈曲进行分析时,混凝土壳稳定性受材料非线性效应的作用明显,几何的非线性要比材料的非线性低,可是混凝土壳的材料失稳荷载受其影响较大。在单一变量下,对带有幅值分别为0、22、95、158 mm进行组合屈曲模态、最低阶屈曲模态初始缺陷组合钢筋混凝土壳进行稳定性分析。结果显示,组合屈曲模态及最低阶屈曲模态对稳定极限承载力影响较小。建筑结构中壳板的厚度有205、305、405 mm,将没有被改动过的混凝土壳以及临界最低模态的双向钢筋混凝土壳做出双非线性的稳定性实践,经研究它们的最大荷载系数都超过2,符合施工要求,壳板厚度减小能提高结构稳定安全系数,最大变形点对应位移增加较小,设计时根据工程情况适当减小壳板厚度。     

基于损伤指标和易损性曲线的圆形钢筋混凝土柱建模分析

为了解混凝土构件在地震等灾害工况下的整体损伤情况,针对圆形钢筋混凝土柱,建立非线性动力学分析模型,通过搭建结构试验体模型,对比理论分析与试验测试结果。在此基础上,建立了圆形钢筋混凝土柱体的损伤模型,基于Park-Ang损伤理论模型,给出圆形钢筋混凝土柱的地震损伤评估指标,并结合损伤指标进行试验体模型的易损性曲线的分析,根据圆形钢筋混凝土柱试体的易损伤曲线,可以很清晰看到不同的地面峰值加速度下,试体不同程度损伤的概率,有助于评估地震作用下,类似构件所造成的不同损伤程度和概率,从而进行对应结构的补强或经济效益补偿。     

随机荷载下网壳结构非线性动力失稳的小波分析

针对随机复杂荷载下网壳结构非线性动力稳定方程难于求解的问题,采用小波分析理论,选择紧支撑双正交小波基底,使用Matlab小波工具箱将随机荷载信号转化为若干简单脉冲荷载,从而将复杂荷载下结构的非线性动力稳定问题转化为简单荷载下的非线性动力稳定问题,进而可应用动力时程分析获得结构的荷载位移曲线并进行动力失稳分析。算例分析的结果验证了这种方法的有效性。     

基于Biot理论多种简化模型的适用性研究

基于Biot理论提出的简化模型主要包括以下简化形式:忽略混合物动力平衡方程和广义达西定律中相对加速度项;忽略混合物动力平衡方程中相对加速度项以及广义达西定律中所有惯性项;忽略控制方程中所有惯性项。分析了多种简化模型在不同材料参数和不同激励频率作用下的适用性,基于不同简化模型得到了一维有限饱和土柱的位移和孔压的频域解析解,引入无量纲量综合考虑渗透系数、孔隙率和激励频率等参数的影响,并依据这些无量纲量分析各种简化模型的适用范围。     

桅杆结构在地震作用下的非线性动力分析

本文利用虚功原理,基于修正的拉格朗日列式,得到桅杆结构增量形式的非线性有限元动力方程。在此基础上,以地震波为激励,计算了桅杆结构受地震作用的非线性位移、加速度动力响应,并对桅杆结构在纤绳初应力变化下的抗震性能进行了分析。     

基于近似Woodbury公式的梁单元几何大变形分析

工程结构发生材料非线性时,往往伴随着几何大变形行为。而在非线性分析过程中,刚度矩阵的分解和求逆是不可避免的。该文将隔离非线性有限元法嵌入到更新拉格朗日格式中,建立了考虑材料非线性和几何大变形行为的梁单元控制方程。为了实现控制方程的高效求解,提出了近似Woodbury公式,其核心思想是:与舒尔补矩阵相关的线性方程组采用组合近似法求解,实时变化的整体刚度矩阵被假定在一段时间内保持不变,从而避免矩阵的实时更新和分解,拓宽了Woodbury公式的应用范围。依据时间复杂度分析,对该文方法进行了效率评估。结果表明:对于结构出现大范围材料非线性时的几何大变形问题,近似Woodbury公式依然具有高效性;通过对某钢筋混凝土框架结构进行地震反应分析,论证了该文方法在满足工程精度要求的前提下,能够高效求解结构出现大范围材料非线性时的几何大变形问题。     

基于纤维梁模型的火灾下多层混凝土框架非线性分析

为分析和模拟多层混凝土框架结构在火灾下的反应规律及其破坏过程,基于建筑结构分析中常用的纤维梁单元,建立了钢筋混凝土梁、柱构件的火灾破坏数值模型。模型将构件截面划分成多个纤维,可以考虑构件截面的不均匀温度场分布以及材料非线性和几何非线性问题。对单层单跨混凝土框架进行火灾反应分析,并与试验结果进行比较,验证了此数值模型的准确性。通过对多层框架进行火灾反应模拟,比较不同火灾场景的模拟结果,分析其反应规律以及破坏过程。结果表明,纤维梁单元模型可以较好地模拟钢筋混凝土结构的受火破坏过程,并且火灾发生的位置不同,结构的破坏机制也不同,一定条件下蔓延的火灾比不蔓延的火灾对多层混凝土框架结构的破坏性更大。分析结果可以为实际结构的防火设计提供参考。     

考虑应变率效应的钢筋混凝土框架结构弹塑性地震反应分析

利用有限元软件ABAQUS对钢筋混凝土框架结构构件中混凝土应变率进行了分析,将梁、柱的弹塑性在应力-应变层次上进行模拟;研究了多维地震输入下应变率效应对钢筋混凝土框架结构弹塑性地震反应的影响以及同一地震波不同峰值加速度下钢筋混凝土弹塑性地震反应的应变率相关性,对比分析了考虑应变率与未考虑应变率下的弹塑性地震反应的差别。研究结果表明:框架柱的应变率明显大于框架梁,并且上部构件的应变率小于下部构件,构件跨中截面的应变率小于端部截面;考虑应变率效应时结构的位移反应、基底剪力和弯矩发生改变,峰值加速度较大的地震波作用下应变率效应更为显著,应变率效应对钢筋混凝土框架结构弹塑性地震反应存在一定的影响,尤其对强震下结构进行抗震分析时应适当予以考虑。     

地震动记录选择与调整对RC框架结构地震响应影响研究

合理的地震动记录选择与调整是影响结构非线性时程分析结果可靠度的重要因素之一。选择7组地震动记录分别运用谱匹配方法和按结构基本周期对应谱加速度Sa(T1)调整方法进行调整,并分别对5层和11层钢筋混凝土平面框架输入调整后的地震动记录,进行单一强度水准下的非线性时程分析,提取结构最大层间位移角和最大残余层间位移角为工程需求参数进行了离散性分析和偏差研究。分析结果表明,选择合理的地震动记录进行调整和对目标谱的匹配可以减小结构地震响应分析结果的离散性,且响应分析结果不会出现较大程度的偏差|相同强度Sa(T1)下,结构地震响应分析结果随条件谱谱形参数ε的增大而减小。     

Wavelet‐Based Method for Generating Nonstationary Artificial Pulse‐Like Near‐Fault Ground Motions

A method to generate a suite of artificial near‐fault ground motion time histories for specified earthquakes is presented. A wavelet‐based nonstationary (WB‐NS) model has been employed to effectively capture the time‐varying frequency content of a particular acceleration record and continuous wavelet transform has been used to simulate the largest velocity pulse. Furthermore, an iterative procedure using discrete wavelet transform is utilized to modify an earthquake ground motion and generate energy‐compatible ground motion. Eventually, the artificial near‐fault accelerogram is achieved via the superposition of a coherent extracted velocity pulse with a random acceleration record corresponding to a WB‐NS model and multiplied by a time‐modulating envelope function. The effectiveness of the method is demonstrated by comparing the spectral response and Arias intensity curves of the simulated accelerograms with those of the real records.     

Deteriorating beam finite element for nonlinear analysis of concrete structures under corrosion

A three-dimensional reinforced concrete (RC) deteriorating beam finite element for nonlinear analysis of concrete structures under corrosion is presented in this study. The finite element formulation accounts for both material and geometrical nonlinearity. Damage modelling considers uniform and pitting corrosion and includes the reduction of cross-sectional area of corroded bars, the reduction of ductility of reinforcing steel and the deterioration of concrete strength due to splitting cracks, delamination and spalling of the concrete cover. The beam finite element is validated with reference to the results of experimental tests carried out on RC beams with corroded reinforcement. The application potentialities of the proposed formulation are shown through the finite element analysis of a statically indeterminate RC beam and a three-dimensional RC arch bridge under different damage scenarios and corrosion penetration levels. The results indicate that the design for durability of concrete structures exposed to corrosion needs to rely on structural analysis methods capable to account for the global effects of local damage phenomena on the overall system performance.     

Simulation of dynamic response for steel fibrous concrete members using new material modeling

Present investigation includes formulation of new nonlinear material constitutive mathematical models of steel fiber reinforced concrete (SFRC) material depending on many experimental data available in literature. Eight-node degenerated plate elements were used to investigate the dynamic performance of SFRC slabs and beams under blast and impact loadings. Two models are used to simulate the compressive behavior of fibrous concrete material namely the elastic perfectly plastic and strain hardening plasticity models. Dynamic yield function is assumed to be a function of strain rate. Geometrical nonlinearity in the layered approach is considered in the mathematical model, which is based on the total Lagrange approach taking into account Von Karman assumptions. Implicit Newmark with corrector–predictor algorithm was adopted for time integration solution of the equation of the motion. Concrete crack pattern has been determined according to smeared fixed crack approach. Present numerical outputs show suitable agreement with experimental results available in literature which include deflections and failure pattern.     

利用ANSYS对高层建筑结构转换梁进行选型分析

文中对带梁式转换层的高层建筑结构进行了整体分析,利用ANSYS结构分析软件对预应力混凝土转换梁和型钢混凝土转换梁进行截面设计,并分别对带普通混凝土、预应力混凝土及型钢混凝土转换梁的结构进行了动力分析与比较。分析表明,在材料的用量和抗震性能方面,预应力混凝土转换梁都优于其它2种型式的转换梁。     

无粘结预应力混凝土梁的非线性分析

以有限元理论为基础,考虑了混凝土和钢筋的材料非线性和几何非线性,利用通用有限元软件ABAQUS建立了无粘结预应力钢筋混凝土梁的全过程分析模型,分析并模拟了梁在三分点荷载作用下加载到破坏的全过程,实例计算表明,该模型具有较好的精度。