基于分层壳单元的钢管-双钢板混凝土组合剪力墙弹塑性有限元分析

钢管-双钢板混凝土组合剪力墙是将钢管混凝土剪力墙与钢板混凝土剪力墙结合的一种新型抗侧力构件。基于分层壳单元,采用有限元软件MSC Marc建立6片钢管混凝土剪力墙模型。通过钢筋应力与混凝土应变云图揭示钢管混凝土剪力墙在荷载作用下的微观受力状态;通过基底剪力-顶点位移曲线分析钢管混凝土剪力墙的承载力、延性及耗能能力。结果表明:钢管混凝土剪力墙有限元计算结果与试验结果吻合良好。在钢管混凝土剪力墙模型基础上,又建立3片钢管-双钢板混凝土组合剪力墙模型对其进行分析,结果表明:基于空间分层壳单元的有限元模型能够有效模拟钢管-双钢板混凝土组合剪力墙的非线性性能,在剪力墙结构地震下弹塑性分析方面具有一定参考意义。     

ABAQUS钢与混凝土复合材料模型的二次开发

为了找出结构的薄弱位置,往往需要对各种复杂的建筑结构进行整体结构层次上的弹塑性数值模拟。为提高建模以及数值计算效率,需要采用梁单元计算模型模拟钢筋、钢骨以及钢管混凝土梁柱等复杂的构件。在混凝土弹塑性损伤模型的基础上,基于ABAQUS平台开发了能够描述以上复杂梁柱构件力学行为的梁单元复合材料模型。模型的提出使整体结构的弹塑性数值计算可以采用较为简单的梁单元和板壳单元模拟,提高了超高层建筑结构整体弹塑性分析的效率。     

预应力混凝土斜交连续箱梁的非线性分析

基于CB壳单元,采用层状模型模拟预应力混凝土结构,考虑材料和几何双重非线性效应,有效地模拟了三跨连续斜交箱梁的开裂、屈服和失效的全过程。结果表明,CB壳单元模型对于预应力混凝土箱梁的非线性分析有良好的适应性,对箱梁开裂后的使用性能评估有实际应用价值。基于非线性计算分析了箱梁在开裂后的刚度及裂缝的位置和发展情况,探讨了混凝土和预应力钢筋在斜交箱梁开裂后的应力发展规律,得出了若干有益的结论。     

预应力混凝土结构非线性分析的新方法

由于预应力钢筋的存在,使得预应力混凝土结构与普通混凝土结构的力学性能表现不一致。本文作者提出了一种基于杆系单元模型的预应力混凝土结构非线性分析的全新模型,该模型将预应力混凝土结构分为混凝土单元、普通钢筋单元和预应力钢筋单元三种材料单元。普通钢筋单元和预应力钢筋单元通过粘结滑移模型协调变形,并且考虑箍筋和截面剪应力分布的影响,通过试验,验证了本文模型。本文模型也适用于普通混凝土结构的非线性分析。     

预应力混凝土板、壳分析(适用于弹性状态和徐变状态)

作者在文献[1]中对预应力混凝土结构的计算提出以下三个基本假定:1.预应力混凝土是预应力索和混凝土的组合结构;2.弯曲问题中的平截面假定;3.索和混凝土之间应有充分的粘结力以保证这两种材料的变形一致。根据上述假定,作者提出了一个新的理论和分析方法,可以统一地应用到弹性理论和徐变理论。作者认为,新的方法将使预应力混凝土分析和设计更为精确。文献[1]对梁的公式作了详细推导,本文则阐述新的理论在板、壳问题中的应用。文中第一部分分别导出了预应力混凝土板在弹性理论和徐变理论中的变分原理。第二部分给出有限元法构式,采用三角形单元,以结点的变位u_1,v_1,w_1和在单元边界上的法向弯矩M_v作为未知量,每个单元共有十二个待定量,导出了单元的性质矩阵和折算广义荷载。在构式中对于直接应力和弯曲分别采用了协同模型和混杂模型。第三部分为算例。本文采用的三角形单元可用于任何板、壳问题。用本文方法求解板、壳问题时虽然未知量数目繁多,但是如果将计算编制为程序,使用电子计算机计算,则求解并无困难。     

外张预应力钢筋混凝土结构非线性有限元分析

本文提出了一种用于外张预应力钢筋混凝土结构非线性分析的单元模型,此模型可模拟外张预应力钢筋在转向点处的滑移和摩擦作用。将这一单元模型与混凝土和钢筋单元模型相组合,建立了外张预应力钢筋混凝土结构非线性分析程序,非线性方面包括了材料和几何非线性。该有限元模型可用于外张预应力钢筋混凝土结构从张拉施工至使用阶段的全过程分析,分析内容包括弹塑性变形、混凝土开裂和破坏等。最后给出的实例表明模型计算分析结果与试验结果[１］吻合良好。     

钢筋混凝土筒体结构弹塑性地震反应分析

本文提出了一种用于筒体高层结构弹塑性地震反应分析的杆系——柱壳计算模型。应用样条函数对薄壁筒子结构进行分析,根据增量理论,推导了薄壁筒子结构的弹塑性矩阵及刚度矩阵。推出了框架筒中空间杆件考虑剪切变形、几何非线性和材料非线性的单元刚度矩阵。编制了计算程序,通过计算例题,验证了方法的可行性及正确性。     

3D嵌入式预应力混凝土结构模型应用

目前国内很多重要的预应力混凝土桥梁具有大跨、超宽的特点,为了满足结构的各项功能要求,主梁内部不仅配置纵向预应力钢束,还有横向甚至竖向预应力钢束。为保证设计施工的安全,了解结构的三维受力行为十分必要。然而,由于计算机时间和空间的限制,这种全桥模型的详细分析常常变得十分困难。固-壳元是一种实体退化的壳单元,兼具实体单元便于几何描述和壳单元简化结构模型的优点,适合桥梁结构的有限元建模。以固-壳元为基础,推导出了嵌入式预应力钢束对结构刚度矩阵的贡献,建立预应力混凝土有限元分析模型。预应力钢束几何描述采用国内普遍采用的导线输入法,并在有限元程序前处理中自动划分预应力钢束。数值分析实例表明,文中提出的方法行之有效,而且有效减小了建模的工作量和模型规模,具有实用性。     

自平衡单元嵌入式网壳结构的预应力优化

自平衡单元嵌入式网壳结构中的自平衡单元由预应力提供刚度,采用广义逆法求解平衡矩阵,编制含线性不等式约束及线性等式约束的线性优化程序并结合整体可行预应力的概念来确定初始预应力的分布。对杂交结构平衡矩阵的形成、广义逆求解、线性约束优化方法的数学模型、约束矩阵的集成等关键技术给予详细的推导说明;同时,根据理论推导编写出相应的程序用于求解预应力值,并利用非线性有限元软件对分析结果进行验证。     

组合肋壳非线性分析

组合肋壳是一种新型组合空间结构形式,基于非线性有限元理论,利用空间梁单元和曲边壳单元,考虑结构非线性影响,推导了T.L.坐标系下结构单元刚度矩阵,采用增量迭代法和弧长法对整个受力过程进行全过程跟踪,得到组合肋壳的极限承载力,并对结构承载力影响因素进行了系统分析,最后与带肋钢筋混凝土薄壳以及光滑混凝土壳体进行了比较.分析结果表明,随着矢跨比和截面尺寸的增大、边界条件接近刚性,组合肋壳的极限承载力增大;与其它两类壳体相比,由于组合肋中钢肋的存在,使得组合肋壳整体刚度增大,承载能力提高,结构的薄膜内力分布更为合理.     

预应力混凝土连续梁桥极限承载力研究

根据Timoshenko梁理论,采用分层组合式有限元模型,建立了预应力混凝土连续梁桥非线性全过程分析的计算方法,并编制了计算程序.用该方法对7根试验梁的荷载及变形进行计算,计算值与试验值符合良好.     

Research on non-linear structural behaviors of prestressed concrete beams made of high strength and steel fiber reinforced concretes

The flexural behaviors of fully and partially prestressed concrete beams made of high strength and steel fiber reinforced concretes are studied by experiment and non-linear finite element method. Three levels of partial prestress ratio (PPR) are considered, and for each PPR, a pair of two-span continuous beams with box-section are designed. In each pair of the test beams, one is constructed by the high strength concrete completely, and for the other one the steel fiber reinforced concrete is used in the negative moment zone (the mid-support zone). Such structural behaviors as the deflection of beam, the formation and the development of crack, the strain of concrete and reinforcement bar, and the moment redistribution are investigated. A non-linear finite element analysis program is developed and applied. The constitutive behavior of concrete is modeled by the microplane theory. A four-nodal six-DOF (degree of freedom) degenerated shell element is adopted to simulate the structural behaviors of the box-section beam. To obtain the ultimate limit state of the structure, the arc-length method is introduced in the non-linear solution. The analytical results agree well with test ones. The influences of the steel fiber reinforced concrete used in the negative moment zone on the structural behaviors are mainly concerned.     

PC连续槽形梁的力学性能研究

根据实体退化单元,建立PC连续槽形梁的分析模型,对其力学响应进行了研究。基于实体退化单元模式,推导了实体退化单元的位移场表达式,并得到了相应的内力表达式,同时基于四参数屈服准则、Hinton压碎准则等考虑了混凝土的材料非线性。通过PC连续槽形梁实例分析,结果表明,实体退化单元能有效地模拟PC连续槽形梁,随着加载量增大,预应力钢筋应力增长迅速但未屈服。研究结论可供工程设计参考。     

Vibration of prestressed thin cylindrical shells conveying fluid

A general approach to modelling the vibration of prestressed thin cylindrical shells conveying fluid is presented. The steady flow of fluid is described by the classical potential flow theory, and the motion of the shell is represented by Sanders’ theory of thin shells. A strain–displacement relationship is deployed to derive the geometric stiffness matrix due to the initial stresses caused by hydrostatic pressure. Hydrodynamic pressure acting on the shell is developed through dynamic interfacial coupling conditions. The resulting equations governing the motion of the shell and fluid are solved by a finite element method. This model is subsequently used to investigate the small-vibration dynamic behaviour of prestressed thin cylindrical shells conveying fluid. It is validated by comparing the computed natural frequencies, within the linear region, with existing reported experimental results. The influence of initial tension, internal pressure, fluid flow velocity and the various geometric properties is also examined.     

铁岭体育馆的钢屋盖及大悬挑平台结构设计

铁岭体育馆工程是局部带有大悬挑平台的单层网壳结构工程。介绍了大跨度网壳的结构布置特点、静力性态分析、动力响应分析与非线性屈曲分析,同时给出鼓形节点的计算结果。结构前方有近7m的大悬挑平台且平台端部荷载较重,采用预应力悬挑梁 钢管混凝土斜柱方式承担大悬挑弯矩作用。分析方法、结果及设计方法可供类似结构的分析、设计参考。     

薄壁空心钢箱混凝土墩抗震性能参数分析

为了研究薄壁空心钢箱混凝土墩的抗震性能,借助OpenSees软件建立有限元模型进行分析计算,将计算结果与试验结果进行比较以验证模型的有效性。在此基础上,建立薄壁空心钢箱混凝土桥墩模型,分析了不同轴压比、长细比、截面空心率、截面含钢率、混凝土抗压强度以及钢材屈服强度对该类型桥墩滞回曲线、刚度退化曲线以及滞回骨架曲线的影响规律。结果表明:薄壁空心钢箱混凝土墩具有良好的抗震性能;轴压比和长细比对薄壁空心钢箱混凝土墩的抗震性能影响较大,建议薄壁空心钢箱混凝土墩轴压比控制在0.5左右,并且在合理范围内尽量减小长细比;截面空心率和截面含钢率对薄壁空心钢箱混凝土墩的抗震性能有一定影响;在一定范围内,增大空心率与含钢率可提高桥墩抗震性能;材料强度等级对薄壁空心钢箱混凝土墩的抗震性能影响相对较小,削弱混凝土强度并增大钢材屈服强度可小幅提高其抗震性能;研究成果对薄壁空心钢箱混凝土墩在工程实践中的应用具有一定的指导意义。     

薄壁钢管混凝土梁-柱的钢板局部屈曲分析

高强钢和混凝土的应用,使得薄钢板开始应用在填充混凝土的钢管梁柱中。然而,在组合梁柱中薄钢板的应用可能会增加局部屈曲,这将减弱这些构件的强度和延性性能。通过有限元分析方法,分析了在填充混凝土的薄壁钢管梁-柱中钢板的临界局部屈曲和局部屈曲后性能。运用几何和材料非线性分析来研究在压力和平面内弯曲作用下钢板中的临界局部和后张局部屈曲强度。非线性分析中考虑了钢板的初始几何缺陷和残余应力,材料屈服和应变硬化。基于非线性有限元分析结果,本文提出一组设计公式,以确定这种组合梁柱的临界局部屈曲和钢板的极限强度。此外,还提出在不均匀压力作用下,钢板极限强度设计中有效宽度的计算公式。这一组设计公式可以直接用于组合梁-柱的设计和考虑局部屈曲作用后的薄壁钢管混凝土梁-柱分析。     

Kombiniertes Verfahren zur wirklichkeitsnahen Berechnung schlanker Stahlbetonstabtragwerke

Combined method for a realistic analysis of slender reinforced concrete frames A more realistic and, hence, nonlinear analysis of reinforced concrete structures is becoming increasingly important. A combination of the displacement method, the transfer matrix method, and a cross section module is suggested which leads to an effective analysis method for general reinforced and prestressed concrete frames. The combined method considers both material and geometrical nonlinearities including large deformations. The first level computation of the system is incrementally and iteratively carried out by the displacement method. At element level, an extended transfer matrix method is used for determining both the internal forces at the element end nodes and the stiffness matrix. The transfer matrix method is recursively applied to the deformed element, which is discretized into individual segments whose number and lengths depend on the stiffness gradient. The cross section module is based on cross‐sectional integration. It takes into account nonlinear material behavior including cracking, softening, and yielding of reinforcement.     

预应力混凝土T型柱框架结构性能研究

在深入研究预应力混凝土T型柱框架结构非线性有限元分析理论后,得到了描述预应力混凝土T型柱框架结构工作性能的方法,用FORTRAN 90编制相应的计算程序。用该程序进行大量的计算分析,分别在各种不同方式荷载作用下和不同的柱截面、跨度、柱纵筋量、梁预应力筋量等因素的情况下,对预应力混凝土T型柱框架结构体系结构性能进行了探讨研究。可为设计工作提供参考。