基于多尺度计算异形节点钢框架结构抗震性能研究

本文利用多尺度计算的方法对使用外环板式不等高节点的钢框架抗震性能进行了研究,使用MARC有限元软件中的多点约束法连接宏观单元与微观单元,同时根据一系列杆件模型算例验证了有限元模型的可靠性。通过对同一个钢框架分别使用多尺度单元和梁单元进行模态分析和动力时程计算,验证了多尺度模型可以准确地模拟结构的地震响应。提出了一种改进型的不等高异形节点,并对5种不同节点参数下的钢框架进行了动力时程分析,结果表明,外环板能够显著改善节点区域的应力状态,新型异形节点可以使节点域的受力更加均匀。     

多尺度模型在贝壳形单层网壳分析中的应用研究

基于多尺度建模方法,在有限元分析软件中实现了局部模型和宏观模型的连接,将整体结构中受力复杂的节点用实体单元建立,利用ANSYS软件中的多点约束方程连接梁单元与实体单元,同时建立了双支座有限元模型,精确模拟了节点域的边界条件,对比研究了传统梁单元模型与多尺度有限元模型在自重与温度荷载作用下的计算结果,结果显示梁单元不能精确模拟整体结构中受力复杂区域的受力状态,对受力复杂区域应采用高阶单元建立模型。研究表明多尺度建模方法能够有效地应用于复杂结构的整体分析中,可在计算精度和计算代价中寻求较好的平衡点。     

基于多尺度模型的树状结构支撑网壳分析研究

基于有限元多尺度建模方法,在软件中使用刚性连接方法连接了微观模型和宏观模型,使用实体单元建立受力复杂的节点,精确模拟了树状结构节点域的边界条件.对比研究简化梁单元模型与多尺度有限元模型的计算结果,结果显示节点刚度对于树状结构的稳定性影响很小,相贯节点内隔板可以有效增加节点刚度.研究表明梁单元不能精确模拟结构中受力复杂区域的受力状态,受力复杂区域采用高阶单元模型的多尺度有限元分析,可在计算精度和计算代价中寻求较好的平衡.     

基于多尺度模型的襄阳东津站铸钢节点动力弹塑性分析

针对关键节点的细部分析,采用从整体模型中隔离出节点,将整体模型与节点模型分别独立计算的方法,在节点域施加的边界条件往往与实际情况相差较大。应用多尺度建模技术对东津站屋盖铸钢节点进行动力弹塑性分析。屋盖杆件采用梁单元建模,关键节点采用实体单元进行精细化建模,并通过自由度约束方程对梁单元和实体单元进行多尺度连接,从而准确反映节点域的边界条件。分别采用多尺度建模和隔离体建模进行对比分析:在结构整体地震动响应方面,两者的计算结果基本一致,多尺度建模仅对节点域相邻区域的杆件有一定影响;在节点域的计算分析方面,采用隔离体的节点分析结果偏于保守。研究表明,多尺度建模技术精确描述节点边界条件,是分析复杂结构关键节点的一种有效手段。     

“扬帆泰达”雕塑钢结构多尺度有限元分析

基于多尺度建模技术,在有限元分析软件中实现了局部细化模型和整体宏观模型的连接,将整体结构中受力复杂的关键节点用高阶单元建立,其余部分结构采用经典梁单元模型;利用ANSYS有限元软件中的多点约束方程连接梁单元与壳单元,对比研究了传统梁单元模型与多尺度有限元模型在自重与风荷载作用下的计算结果,表明梁单元可近似模拟整体结构的力学性能,但不能精确模拟整体结构中受力复杂区域的受力状态,对整体结构的关键构件应基于多尺度建模技术采用高阶单元建立模型;此外,还分别对梁单元模型及多尺度模型进行了模态分析,得到了高阶单元的引入对整体结构刚度的影响特征。研究表明:多尺度建模方法能够有效地应用于复杂结构的整体分析中,可在计算精度和计算代价中寻求较好的平衡点。     

单层空间网格结构抗连续倒塌的多尺度有限元模型分析

采用多尺度有限元模型对单层空间网格结构进行抗连续倒塌分析，综合了不同类型单元在有限元分析中的优点，有利于提高计算精度，合理确定不同类型单元之间的连接是确保其计算精度的关键。以两个单层空间网格结构的典型子结构拟静力试验结果作为校验，探讨了多尺度有限元模型在空间网格结构抗连续倒塌分析中的应用，提出了基于位移一致原则的不同尺度单元之间连接关系建立方法。以此为基础，完成了Kiewitt与Geodesic单层球面网壳的抗连续倒塌分析。研究结果表明：采用所提出的位移一致原则，连接界面与微观响应区域保持适当距离，可以得到结构计算的最优近似解；多尺度有限元模型在节约计算资源的基础上能够得到正确、合理的计算结果，采用刚性节点假定能够进一步减少模型的单元数量；多尺度有限元模型分析能够更为细致地显示局部应力分布，寻求网格结构失效的起始位置。此外，由多尺度有限元模型所建立的空心球节点，能较好地模拟结构的实际受力工况。     

纳米比亚LNG项目高桩墩台结构实体单元与壳单元建模分析

实际工程中,对于墩台与桩基组成的复合结构,有限元分析方法是采用三维实体模拟墩台结构,采用框架单元模拟桩基结构。这两种结构单元的节点自由度不同,因此在两种单元交接节点处需要做特殊处理,以便达到变形协调的效果。壳单元与框架单元具有相同的节点自由度。采用SAP2000软件,结合纳米比亚LNG项目,综合分析比较厚壳单元与实体单元在墩台模型中的计算结果,显示采用厚壳单元能在满足工程精度范围内代替实体建模,同时能有效提高工程技术人员的建模效率。     

装配整体式框架结构多尺度分析和力学性能研究

以某装配整体式钢筋混凝土框架结构为例,结合有限元程序ABAQUS,建立该结构的多尺度有限元模型,利用MPC多点约束方式实现多尺度界面连接,同时建立精细化实体单元模型和宏观梁单元模型作为对比参照.以结构试验为基础,从结构振动模态分析、静力弹塑性分析、动力学时程分析三个方面考察了这三种模型的计算精度、效率及该装配式结构的力...     

某高层复杂结构常规单元模型与多尺度模型弹塑性时程对比分析

某钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土核心筒结构位于7度抗震设防区域,钢管混凝土叠合柱与钢筋混凝土框架梁采用环梁节点连接,地上结构43层,高度为198.9 m。为研究该超限复杂结构的抗震性能,并探究多尺模型的建模方法,首先采用数值模拟软件ABAQUS建立结构常规单元模型,之后针对钢管混凝土叠合柱环梁节点建立精细单元模型,将其植入到整体结构模型中完成多尺度模型建模。对两种模型进行7度罕遇地震作用下弹塑性时程分析,结果表明采用多尺度模型可同时获得整体结构在动力作用下的响应以及环梁节点在地震下的细观损伤,证明了多尺度模型建模方法的正确性,也为实际工程应用多尺度模拟技术提供了借鉴。     

钢筋混凝土柱动力滞回性能两尺度数值模拟

为提高钢筋混凝土柱在快速循环加载下的动力滞回性能数值模拟计算效率并反映局部破坏特征,对通用有限元分析程序ABAQUS进行二次开发,编写了适用于三维纤维梁单元的混凝土和钢筋本构模型程序,在实现纤维梁单元和实体单元界面连接变形协调的基础上,建立了由三维实体单元和纤维梁单元组成的两尺度有限元模型。为了比较计算精度和效率,分别建立了试件的三维纤维梁单元模型和三维实体单元模型。分别对3种模型进行往复荷载作用下考虑混凝土材料应变率效应的钢筋混凝土柱动力滞回性能数值模拟,将两尺度模型的计算结果与试验结果进行比较。结果表明:所开发的材料本构模型程序以及两尺度模型能较好地反映钢筋混凝土柱在快速循环加载下的承载能力及滞回性能;所建立的两尺度模型既可节约计算成本,又能实现钢筋混凝土柱试件关键部位的精细化分析。     

基于多尺度结构整体模型的钢管混凝土节点抗震性能分析北大核心

提出了一套快速有效的多尺度计算操作流程,并采用通用有限元软件ABAQUS通过有限元精细化模型与宏观模型之间的界面连接方法分析研究,对一个复杂高层建筑结构植入钢管混凝土精细化节点模型进行弹塑性动力时程分析,多尺度模型和宏观模型计算结果的对比分析表明,多尺度节点对相邻结点位移的影响较小,对相邻杆件内力存在一定影响。多尺度计算能够在并不显著增加计算时间的情况下更为详细地反映复杂受力构件在整体结构中的抗震工作机理。     

基于多尺度结构整体模型的钢管混凝土节点抗震性能分析

提出了一套快速有效的多尺度计算操作流程,并采用通用有限元软件ABAQUS通过有限元精细化模型与宏观模型之间的界面连接方法分析研究,对一个复杂高层建筑结构植入钢管混凝土精细化节点模型进行弹塑性动力时程分析,多尺度模型和宏观模型计算结果的对比分析表明,多尺度节点对相邻结点位移的影响较小,对相邻杆件内力存在一定影响。多尺度计算能够在并不显著增加计算时间的情况下更为详细地反映复杂受力构件在整体结构中的抗震工作机理。     

复杂桥梁结构动力分析的多尺度法探索

针对复杂桥梁健康监测系统中多目标的动力分析问题,基于实体退化单元,推导了整体尺度和细节尺度混合建模的计算公式。研究表明：多尺度法可同时满足整体振动特性和局部动力响应的分析要求,计算精度和效率兼得,且工程适用性好,能在健康监测系统中在线完成安全评估。     

基于多尺度模型的钢节点抗震性能分析

采用通用有限元软件ABAQUS通过有限元微观模型与宏观模型之间的界面连接方法分析研究,在验证不同尺度模型间的变形协调连接方法的可行性基础上,对一个复杂高层建筑结构植入钢节点微观模型进行弹塑性动力时程分析,多尺度模型和宏观模型计算结果的对比分析表明,多尺度节点对相邻节点位移的影响较小,对相邻杆件内力存在一定影响。多尺度计算能够在并不显著增加计算时间的情况下,更为详细地反映复杂受力构件在整体结构中的抗震工作机理。     

多尺度混合试验的单元选取及界面连接方法

为提高大型复杂建筑结构抗震分析的准确性和可靠性,实现强震作用下结构的精细化非线性分析,本文提出了结构多尺度混合试验方法,分别用试验单元、微观计算单元和宏观计算单元模拟结构模型的不同部分.基于强震作用下结构的倒塌失效机理研究,确立了上述3类单元的选取方法:经验法和仿真法.为实现试验单元与不同计算单元间连接界面处力和位移的协调,文中利用多点约束方法进行连接界面的处理.该方法在不损伤界面自由度的前提下,较好地实现了界面连接.最后构建一单榀钢框架多尺度混合试验模型并进行地震反应分析,将结果与有限元模型分析结果进行对比.结果表明,在多尺度混合试验中,多点约束法能够有效地处理试验单元与计算单元的连接界面.     

强震下钢框架动力时程分析模型应用对比分析

为比较几种有限元模型计算钢框架动力时程分析的精度以及效率,采用通用有限元软件ABAQUS,分别建立壳单元模型、多尺度模型、考虑损伤退化的纤维梁模型以及不考虑损伤退化的传统两折线模型,比较几种模型在计算结构变形、结构破坏形态等方面的特征,检验等效本构模型的计算精度,深入探讨考虑损伤退化对钢框架抗震性能的影响。同时,对比几种模型的计算效率,考察等效本构模型的改良作用。研究结果表明:在一开始损伤退化没有出现的时候,四种模型的计算结果基本一致。一旦由于塑性应变累积导致损伤退化的发生,考虑损伤退化的纤维模型、壳单元模型和多尺度模型的计算结果吻合良好,说明等效本构模型能够反映结构出现损伤对结构变形的放大作用。而没有考虑损伤退化的两折线杆系模型与三者的计算结果差别较大,计算得到的变形结果偏小,低估了结构的层间位移角和层位移,导致计算结果偏于不安全。计算效率上,等效本构模型的计算时间远小于壳单元模型和多尺度模型,比两折线模型略高,实现计算精度和计算效率的平衡。     

基于多尺度方法的钢结构停车库破坏机理

为了利用最小的计算代价得到钢结构外伸端板节点准确的局部分析结果和钢结构停车库的整体结构性能,引入了基于8节点六面体单元界面约束方程的多尺度有限元计算方法,从而使精细的微观单元模型可以同宏观单元模型实现不同尺度间的变形协调。通过算例验证了基于有限元软件ABAQUS建立的多尺度有限元模型和计算结果的准确性。采用多尺度方法分析了外伸端板节点连接的钢结构停车库的破坏机理,给出了由应变能判定钢结构停车库的失效准则。     

半刚性端板连接多层钢框架地震反应的弹性时程分析

由于缺乏计算理论和方法,大多数半刚性节点按刚性节点进行设计,与实际情况相差很大.本文采用有限元分析的方法,将半刚性连接节点视为弹簧单元,通过通用有限元软件ANSYS建立有限元模型进行时程计算分析,研究了节点刚度对多层钢框架结构抗震性能的影响.计算结果表明,采用了半刚性连接的钢框架结构,相对于理想刚接的情况,结构的自振周期和振型都有很大变化,在地震作用下结构的底部剪力明显减小,动力响应变化很大.在钢框架分析和设计中,应考虑半刚性节点的影响.     

节点变形对锈蚀RC框架结构地震反应分析

总结以往的节点模型,提出了一个节点简化模型,将试验节点恢复力模型的参数借助Seismo Struct软件嵌入结构,建立结构有限元模型,分析节点变形对锈蚀RC框架结构地震反应分析。以典型7层混凝土框架为例,用两种不同节点建模方法建立整体结构模型,对锈蚀RC框架结构进行弹塑性动力时程分析。研究表明,新建RC框架结构,采用传统中心线模型处理节点区域对于分析结构在罕遇地震下的动力响应是偏于安全的;锈蚀RC框架结构,随着锈蚀程度增大,结构反应增大,采取节点区域建模分析节点变形对锈蚀RC框架结构抗震性能的影响更为安全可靠。     

500kV/220kV四回路复合横担塔多尺度有限元分析

多尺度计算理论在结构计算中保证了计算精度,提高计算效率同时降低了计算代价,目前在众多工程问题和学科领域得到广泛应用。本文为了分析局部节点和整塔的实际受力特点,采用多尺度计算理论,在ANSYS有限元分析软件中通过约束方程将局部模型和宏观模型进行连接,建立有限元多尺度计算模型,并对多尺度模型进行了四种典型工况的计算,将多尺度模型和梁杆模型在同一工况下构件和局部节点的计算结果对比分析。研究结果表明,运用多尺度建模方法能够高效准确地分析输电铁塔的整体和局部节点的受力特性,进一步表明该方法可在结构工程领域推广应用。