几何非线性新梁柱单元及结构程序设计

基于更新拉格朗日构形的增量虚位移原理,在其势能项中引入了全部6个应力分量,采用可计入单元剪切变形影响的三次多项式插值函数,详细推导了考虑剪切变形及翘曲的空间梁—柱单元几何非线性切线刚度矩阵。根据面向对象的程序设计思想,将整个有限元域划分为8个基本类,在单元基类的基础上派生了新的单元类,采用C++语言编制了面向对象的空间钢结构分析程序。几何非线性算例分析结果表明,本文提出的理论分析方法和计算程序是正确的和高效的。     

空间钢框架几何非线性分析的新梁-柱单元

基于更新拉格朗日构形的增量虚位移原理,在其势能项中引入了全部六个应力分量,考虑了结构变形过程中由于力矩空间转动引起的连带弯矩影响及弓形效应,采用可计入单元剪切变形影响的三次多项式插值函数,详细推导了考虑剪切变形及力矩转动属性的空间钢框架梁-柱单元几何非线性切线刚度矩阵．利用框架节点的平衡条件对单元刚度矩阵进行简化,得到了结构整体的几何刚度矩阵．并通过算例证明了本方法的精确度和有效性．     

可修复的装配式钢框架梁柱节点非线性静力分析

提出了一种可修复的装配式钢框架梁柱节点,通过改变翼缘连接盖板的厚度、中间排螺栓间距等参数,将塑性铰转移到连接区,从而利用翼缘连接盖板的变形来消耗地震能量,确保梁柱等主要构件保持在弹性范围内不发生破坏,震后只需更换翼缘连接盖板即可实现节点的快速修复。利用ABAQUS有限元分析软件对5个节点进行了数值模拟研究,获得了节点的承载能力、破坏模式、构件应力等,着重分析了中间排螺栓间距、翼缘连接盖板厚度等参数对节点关键力学性能的影响规律。结果表明:通过合理设计翼缘连接盖板厚度、中间排螺栓间距等相关参数既可保证节点承载能力,又能确保梁柱等主要构件不发生破坏,以实现节点的震后快速修复。     

多弹簧梁柱单元在空间钢框架非线性分析中的应用

多弹簧模型空间梁柱单元可以有效地模拟空间梁柱单元在轴力、弯矩以及剪力共同作用下的响应,反映空间梁柱单元在往复荷载以及地震作用下的滞回性能。介绍了建立多弹簧模型梁柱单元刚度矩阵的理论依据以及该理论的关键公式与矩阵。使用以该单元为主编制的MTS建筑钢结构设计软件的非线性分析模块进行静力非线性以及动力非线性时程算例分析,验证了该单元模拟空间梁柱的准确性以及MTS软件非线性模块的可靠性。     

多高层钢框架的双重非线性有限元分析

本文基于非线性连续介质力学的有限变形理论和结构分析的塑性铰形成机理 ,介绍一种用于多高层钢框架结构双重非线性分析的简化单元模式和有限元方法 ,并推导了简化单元模式的增量刚度矩阵。它可以考虑杆件横截面塑化、塑性区长度、残余应力、轴力的二阶效应和轴力降低杆件截面极限弯矩等几何和材料非线性因素的影响。通过算例表明 ,本文方法是可靠的 ,可供工程设计人员参考。     

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。     

某空间钢框架的非线性有限元分析

针对某空间钢框架设计和运用中所出现的问题，在考虑几何非线性的基础上，采用大型有限元软件ANSYS对其进行有限元分析，从而明确其变形性能，以改进设计和指导其运用。     

拱结构空间几何非线性分析的曲梁单元

利用势能原理和插值函数推导了一种供结构空间几何非线性分析的曲梁单元。采用固定Lagrange坐标系和Newton-Raphson求解法。使用本文的方法与其他方法相比，该方法将轴向应变的非线性部分取平均值，提高了结果的精确性，而且单元数量大大减少。     

基于二阶梁柱单元的精细塑性铰算法

采用精细塑性铰法考虑残余应力和逐步塑性,并引入弓形效应来提高计算精度,同时基于截面组合法建立的工字形或H形截面的屈服面方程进行严格推导,提出一种单元恢复力迭代算法,减少了半理论半经验公式的使用。此外,所采用的梁柱单元还可以考虑梁构件剪切变形和几何初始缺陷的影响。相比之前的方法,该方法能在进行塑性铰分析的同时,在单元的轴力表达式中考虑二阶效应,更全面地考虑非线性因素影响。最后,通过两个经典算例的对比,证明了该方法具有高效率和高精度的特点。     

考虑节点域剪切变形的空间钢框架结构分析

根据节点域的变形特点,提出了一种考虑节点域剪切变形影响的空间钢框架结构的分析方法。并应用该方法对纯框架、支撑－框架体系进行了分析比较。算例表明,该方法简单易行．便于程序实现,计算结果可靠。     

基于刚体准则的空间框架弹塑性非线性分析方法

基于刚体准则,采用二阶改进塑性铰模型,构建了空间弹塑性梁单元及其弹塑性刚度矩阵,建立了高效简洁的非线性增量迭代方法,可有效分析截面屈服产生的有限转动、二阶效应等柔性空间钢框架结构材料与几何非线性耦合效应。对于受初始力平衡的单元,随着单元的刚体转动与移动,其初始平衡力在当前状态下应保持大小不变,仅方向随单元做刚体转动,而实际结构的变形可以视为较大的刚体位移与较小的自然变形(弹性或非弹性)的组合。将此刚体准则植入增量迭代法,在预测阶段采用通过了刚体运动检验的弹塑性矩阵,从而合理确定迭代初始方向;在修正阶段使用刚体准则计算单元结点力,保证了计算精度。对三个典型柔性框架结构所做分析表明,本文方法能够准确预测结构的极限承载力值与塑性铰发展过程。对于空间框架结构,每根杆件仅需划分一个单元,极大提高了计算效率、降低了计算成本。与塑性区法、纤维元法以及考虑截面翘曲的修正切线刚度法等相比,本文提出的方法具有物理概念明确、单元划分少、刚度矩阵简单、分析过程简洁、计算精度与效率高等显著特点,适于工程应用。     

大跨度桥梁极限承载力的几何与材料非线性耦合分析

介绍用几何非线性及材料非线性耦合的方法分析大跨度桥梁的极限承载力问题.几何非线性采用UL列式法,材料非线性采用分层有限单元法,两者结合达到了既保证计算精度又节省内存及机时的目的.通过算例验证,该法已被成功地应用于一座铁路悬索桥方案的极限承载力分析.     

钢筋砼框架非线性分析的简化单元模式

介绍一种用于钢筋混凝土框架二阶弹塑性分析的简化单元模式。它考虑了轴力的二阶效应、横截面的塑化和塑性区长度等非线性因素的影响。利用杆件截面的弯矩—曲率关系,可以直接由弹性杆件的转角—位移方程建立单元的非线性刚度矩阵。经与试验结果比较,说明计算结果是正确的。     

刚架几何非线性无网格法分析

本文以钢框架结构为研究对象,在非线性连续介质力学的有限形变理论的基础上,通过最小二乘法,采用无网格伽辽金法推导出梁柱几何非线性刚度矩阵,建立了相应的无网格法离散化系统方程,针对一榀典型钢框架,给出了其几何非线性无网格法分析结果并与有限元分析结果进行了对比,验证了本文方法的实用性和可靠性。     

组合肋壳几何非线性分析

提出了一种球面组合肋壳截面形式,基于非线性有限元理论,采用空间梁单元和等厚曲边壳单元,考虑空间结构的几何非线性影响,推导了T．L坐标系下组合肋壳非线性单元刚度矩阵。分别讨论了在不同矢跨比、不同荷载作用、不同边界条件下组合肋壳的极限承载力和失稳形态。由大量算例得到了非线性极限承载力与线性极限承载力的比值为0．66及不同情况下结构承载力变化趋势,组合肋壳的极限承载力比混凝土壳承载力提高20％。     

钢框架梁柱新型节点的研究进展与应用现状

以美国北岭与日本阪神地震案例为背景,阐述了两次地震导致梁柱节点破坏的原因,基于塑性铰外移的思想,对加强型和削弱型两种新型节点进行了探究,最后结合我国规范,论述了钢框架梁柱新型节点的发展与应用现状。     

改进塑性铰法在钢框架高级分析中的应用

改进塑性铰法是一种简化的高级分析方法。该方法能够考虑结构及构件的二阶效应、几何缺陷和残余应力等多种非线性因素的影响，还可以考虑连接的半刚性性能。改进塑性铰法已可用于平面钢框架的高级分析和设计，对空间钢框架的高级分析尚有待发展。详细介绍了实用的改进塑性铰法对各种非线性因素的处理办法，及平面框架分析向空间框架分析扩展的实用方法．并讨论了当前改进塑性铰法高级分析亟待解决的问题。     

钢框架结构非线性力学分析模型综述

对过去几十年来钢框架结构非线性力学分析模型进行了分析,这些模型主要包括:早期的分岔分析模型、刚塑性分析模型、考虑屈曲和塑性铰的经验破坏模型以及考虑几何非线性和考虑材料非线性的力学分析模型,如广泛采用的塑性铰分析模型方法,并对其做简单评述。     

钢框架梁柱节点受力性能的非线性分析

对 4种构造形式的钢框架梁柱节点进行了非线性有限元分析 ,求得了其应力分布、塑性区分布及极限承载力 ,并对节点的力学性能进行了分析比较 ,结果与试验结果吻合较好。基于理论分析和试验研究 ,提出了改进型节点     

梁腹板开孔型梁柱节点滞回性能分析

提出了一种改进形式的腹板开孔型梁柱节点,在腹板矩形开孔的基础上对两侧边进行半圆弧开孔,运用有限元软件ABAQUS对已有梁翼缘削弱型梁柱节点的循环荷载试验进行三维实体建模分析,通过对比试验与有限元得到的滞回曲线及破坏形态对有限元建模方法的有效性进行验证,然后进行了15个不同开孔细部尺寸的节点模型在循环荷载作用下的模拟分析。当腹板开孔高度H不大于梁截面高度hb的47%时,未能有效地实现塑性铰外移,滞回曲线基本与未削弱的标准模型的重合。当腹板开孔高度达0.53hb时,节点的承载力明显降低,塑性铰在开孔区域形成。随着开孔矩形部分宽度B的增大,节点的承载能力逐渐降低,但降低幅度不大,塑性变形向开孔区域转移。建议开孔削弱中心距离柱翼缘表面的距离L取为hb,腹板开孔矩形部分高度H和宽度B分别为0.53hb和0.5hb左右,最后通过改变梁柱截面对该组削弱参数取值进行了合理性验证。