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     

异形柱非线性空间杆单元刚度矩阵的推导

基于一种合理的异形柱截面N-M-φ关系力学模型，用空间杆单元作为基本单元，利用实际刚度法推导出异形柱非线性的单元刚度矩阵，所得到的非线性单元刚度矩阵可应用于钢筋混凝土异形柱的非线性有限元全过程分析。     

任意截面钢筋混凝土双向偏压构件材料及几何非线性分析

本文应用钢筋和混凝土的材料非线性本构关系，推导建立了任意截面钢筋混凝土双向偏压构件梁柱单元几何非线性分析公式。梁柱单元刚度矩阵借助于形函数和截面刚度矩阵形成。所建立的考虑大位移影响的单元刚度矩阵是小位移刚度矩阵和其它几个矩阵的简单叠加。文中给出的标准有限元公式既简单明了又节省计算时间，得到的理论分析结果与实验结果吻合很好。     

高温下梁的抗弯刚度的非线性分析

在对高温下混凝土构件温度场的数值分析的基础上,基于高温下构件的截面仍然遵守平截面准则的假定,对高温下混凝土梁的抗弯刚度进行非线性分析与计算。用有限单元法的思想将构件截面划分为m×n的网格,各个网格的中心点即为温度场分析时的节点,推导出一种新的构件刚度数值计算模型并编制了计算程序。程序计算结果与试验实测值吻合较好。     

箱形薄壁结构在翘曲扭转下的截面非线性分析

针对广泛应有于公路行业的钢筋混凝土薄壁构件,本文详细地推导了其在翘曲扭转作用下的截面应力和截面力的具体表达式;综合考虑了混凝土和钢筋对截面整体刚度矩阵的贡献,进一步推导了在翘曲扭转作用下钢筋混凝土薄壁结构截面非线性分析的表达式,对翘曲变形产生的纵向应力采用了有效的研究分析手段.     

区域约束混凝土梁刚度分析

通过已完成的试验研究资料分析区域约束混凝土梁截面刚度变化规律基础上,建立了区域约束混凝土梁截面刚度的计算公式,并利用ANSYS软件进行了非线性分析。通过ANSYS对试件梁进行分析,分析结果与理论计算和已有试验结果进行了对比。结果表明:有限元分析结果与试验结果吻合良好,配筋率得到提高,构件的刚度得到大幅度的增加。因此在相同条件下,可减小构件截面尺寸,从而可获得较大使用空间,同时构件延性和刚度得到保证,使得区域约束混凝土梁比普通混凝土梁的抗震和使用性能及安全性能都得到明显提高。     

双锥型圆钢管的单元刚度矩阵及修正系数

本文采用传递矩阵法推导了双锥型圆钢管单元的空间弹性刚度矩阵。首先简略阐述了传递矩阵法的基本原理,推导了等截面圆钢管和锥型圆钢管的传递矩阵;然后利用传递矩阵关系原理推导出双锥型圆钢管单元的空间弹性刚度矩阵,并运用实例进行公式验证与误差分析,结果表明本文所推导的刚度矩阵具有足够精度,可用于工程分析,也可用于有限元程序的编制;最后在单元刚度矩阵的基础上提出了双锥型圆钢管的刚度修正系数,当进行稳定计算时,可将双锥型圆钢管等效成等截面圆钢管分析。文末给出常用双锥型圆钢管的刚度修正系数表,以供广大设计人员参考。     

任意截面钢筋混凝土长柱在双向弯曲及轴向作用下的承载力分析

提出任意截面钢筋混凝土长柱在双向弯曲及轴向作用下承载力分析模型 ,同时考虑了材料非线性和几何非线性对柱承载力的影响。混凝土和钢筋的本构关系用三次多项式模拟。所推导的单元刚度是材料非线性刚度、几何刚度以及位移 -内力相互作用矩阵的简单迭加。所建立的标准有限元模型很容易与其它有限元模型兼容。理论分析结果与实验结果吻合较好。     

几何非线性和剪切变形对平面梁柱单元刚度矩阵影响的研究

目前对钢构件的分析中考虑最多的是剪切变形影响和几何非线性影响两方面,而且单元刚度矩阵大都从构件的平衡微分方程入手,通过引入稳定函数推导得到,这种方式推导过程中有限元分析方法的痕迹比较淡。从有限元角度推导单元的弹塑性刚度矩阵中,同时考虑剪切变形和几何非线性影响的资料还不多见,从基本方程入手,用有限元理论推导同时考虑剪切变形和几何非线性影响的平面梁柱单元弹塑性刚度矩阵。     

预应力碳纤维布加固混凝土梁的刚度计算分析

碳纤维布施加预应力后粘贴加固可有效改善混凝土梁正常使用阶段的工作性能,相应截面应力和刚度分析对于合理评价加固梁的工作状态有重要意义。本文在分析预应力碳纤维布加固后混凝土梁截面刚度变化规律的基础上,结合混凝土、钢筋以及碳纤维三者应力-应变关系,得出了预应力碳纤维布加固梁截面刚度的计算公式。推导的理论计算公式与试验结果吻合较好。     

高度线性变化的矩形截面杆单元刚度矩阵分析

通过高度线性变化的矩形截面杆的转角位移方程和轴向拉伸方程 ,推导出直角坐标系下该类杆的单元刚度矩阵。指出将此单元刚度矩阵嵌入目前较流行的结构软件中 ,可以使计算结果与真实情况更加一致。     

预应力砼非线性有限元分析

从杆件单元由于端部单位位移而产生的挠度曲线着手，推导了在非线性状态下杆件的单元刚度矩阵，并针对预应力结构的特殊性对单元端部进行了处理，得到了非线性状态下在预应力作用下的单元刚度矩阵，并由此验算位移，与试验值相比吻合较好。     

纤维模型计算钢管混凝土非线性的有限元分析

对目前考虑材料和几何双重非线性的钢管混凝土纤维模型分析方法进行了阐述,主要介绍了纤维模型单元刚度矩阵的推导过程与计算方法,并结合实例分析,表明纤维模型能较好地反映钢管混凝土肋拱受力全过程的基本特性.     

外包钢板-混凝土组合连梁刚度分析

联肢剪力墙弹性阶段的内力分布、抗侧刚度等工作性能主要受墙肢与连梁刚度的影响。为了准确分析外包钢板-混凝土联肢组合剪力墙的受力性能,对外包钢板-混凝土组合连梁的刚度进行了分析。基于钢板与混凝土无相对变形和忽略混凝土抗拉强度的基本假定,建立了组合连梁钢与混凝土无滑移的截面内力与变形之间的关系,并推导了截面刚度的计算公式。对于常用工程设计参数范围内的组合连梁,考虑滑移后得到的抗侧刚度相比无滑移情况减小了10%~24%。通过对无滑移组合连梁刚度公式中的混凝土部分贡献的折减(折减系数为0.5),得到了无特殊界面构造的外包钢板-混凝土组合连梁的刚度计算公式。通过与有限元分析和试验结果的对比,验证了公式的准确性。     

变截面梁单元力学模型的建立

通过研究变截面杆件 ,建立了一种宽度自适应的变截面梁单元模型。利用能量的方法 ,推导出变截面梁单元 (契形单元 )的刚度矩阵     

钢管混凝土异形柱抗侧刚度的计算

钢结构住宅设计中,为避免室内露柱露梁,可采用钢管混凝土异形柱框架,但钢管混凝土异形柱如何参与计算成为制约结构计算的难点。分析了等面积代换和等弯曲刚度代换成矩形截面钢管混凝土柱存在的缺陷,利用平截面假定和叠加原理,通过异形柱在纯弯曲状态下的变形分析,推导了钢管混凝土异形柱的抗侧刚度,并与有限元计算结果进行了对比。结果表明,对于存在对称轴的等肢厚T形和十字形截面,将其按等弯曲刚度等代成矩形截面计算其抗侧刚度是可行的,而对于L形截面和非对称T形、十字形截面,则需要考虑扭转影响。     

钢截面弹塑性分析的迭代法

对钢截面的弹塑性分析应用非线性方程组求解的牛顿-拉夫逊法,给出荷载-变形计算的一种正算算法,即任意给定一组轴力-弯矩,由迭代得到截面形心应变-曲率。基于截面纤维模型,采用平衡法推导截面刚度矩阵和计算截面承载力,为边缘屈服判断提供了方便,适用于各种形状和双向受力的截面。参考有限元程序设计方法,给出模块化的迭代流程,具有良好的通用性。给出手算算例,分别采用解析法和迭代法计算,结果吻合。     

变截面框架的二阶非线性分析

把高阶的位移代数函数运用于变截面双轴对称的梁柱单元 ,根据最小势能原理 ,推导出变截面双轴对称梁柱单元的切线、割线刚度矩阵和几何刚度矩阵。对于线性变化的圆柱、圆管、工字型构件等给出了统一的刚度矩阵形式 ,并编制了相应的非线性分析程序。通过几个算例 ,证明了变截面单元的可行、高效和稳定性     

考虑剪切变形的变截面欧拉梁单元刚度矩阵

ANSYS中的Beam44单元是考虑剪切变形的变截面欧拉梁单元,为明确其单元刚度矩阵推导方法,以形函数为基础,根据虚功原理,系统给出了考虑剪切变形的变截面欧拉梁单元刚度矩阵推导过程。以矩形、圆形、圆环和箱形截面梁为例,经与ANSYS中Beam44单元刚度矩阵对比,明确了其单元刚度矩阵的推导方法、相关假定和使用要求。研究发现:变截面欧拉梁因形函数本身的近似性和截面参数随截面位置变化的复杂性,难以给出普适性的单元刚度矩阵理论表达式。ANSYS对Beam44单刚矩阵推导时,采用了以下3种处理方式以简化计算:采用与等截面梁相同的厄米特形函数,在纯弯模式单刚矩阵的积分计算中对几何矩阵和截面参数分别积分,不考虑截面剪切系数k随截面位置的变化,由此所得单刚矩阵形式与等截面梁Beam4一致。ANSYS对Beam44单元所给等效截面参数,如面积、抗扭惯矩和抗弯惯矩的表达式,源于梁单元两端截面形状为相似形且截面尺寸随杆件线性梯度变化的情况,应用于其他情况时会与理论值有一定偏差。由此可知,在使用Beam44单元时为提高计算精度,应尽量减小单元长度来控制两端截面参数比值,同时对剪切系数k宜取单元中截面的k值或左右截面的均值。     

门式钢管脚手架半刚性稳定分析

文中建立了门式钢管脚手架三维空间结构力学模型，同时推导得到了考虑节点半刚性连接的非线性刚度矩阵，通过试验给出了节点的半刚性性能曲线，并将其应用到门式钢管脚手架的稳定分析中去，计算结果与试验结果相吻合，为编制门式脚手架技术规范提供了科学依据。