斗栱梁单元模型数值分析——以山西应县木塔为例

将现代数值模拟技术运用于古建筑研究,构建合理的有限元模型并对斗栱的力学性能进行分析研究,是古建筑保护的一项基本工作。文章以山西应县木塔斗栱构件为实例,运用ANSYS有限元软件构建了能够真实反映斗栱构造特征及结构性能的梁单元有限元模型,对梁单元模型在竖向荷载及水平低周反复荷载作用下的实验过程进行模拟,对比分析了其力学性能、耗能及模拟分析效率。结果表明:梁单元模型可有效地表达斗栱的力学性能,模拟竖向力加载时相应的压缩变形量为11.60 mm,模拟水平低周反复荷载加载时,随着侧向位移的增加模型由弹性状态转变为弹塑性状态,随着竖向荷载的增加需要施加的水平推力增大,与实验结果吻合;梁单元模型可有效地表达斗栱的实际耗散特性,其耗能值与实验结果基本吻合;梁单元模型可提高分析效率,计算分析耗时由7 h减少为30 min。     

竖向低周反复荷载作用下短肢剪力墙节点 滞回性能的有限元分析

利用ANSYS软件建立有限元模型,分析短肢剪力墙节点在竖向低周反复荷载作用下的耗能特性。根据所建立的有限元模型,得到结构模型在不同轴压比下的梁端荷载-位移滞回曲线和骨架曲线。研究结果表明:在一定范围内增大轴压比能提高节点的耗能能力。     

有限元法研究钢管混凝土框架的滞回性能

建立了钢管混凝土框架结构的三维非线性有限元分析模型,通过与在低周反复荷载作用下的方钢管混凝土框架结构试验所得的滞回曲线进行对比,可见该模型的计算结果较为精确,可以应用于框架的结构分析中.利用此模型对在低周反复荷载作用下的柱轴压比不同的钢管混凝土框架结构进行有限元分析,对比研究了其滞回曲线和位移延性系数,得出了随着框架柱轴压比的增大,框架延性降低的结论.     

低周反复荷载下异形钢管混凝土柱力学性能有限元分析

为了研究低周反复荷载下异形钢管混凝土柱的力学性能,以试验研究为基础,在参考常用的方钢管混凝土柱核心混凝土本构关系的基础上,提出了适用于L形钢管混凝土柱核心混凝土在低周反复荷载作用下的应力-应变关系,采用有限元程序Opensees,模拟了低周反复荷载下L形钢管混凝土柱的荷载-水平位移(p-Δ)关系曲线;分析了L形钢管混凝土柱抗震性能的影响因素.结果表明:计算结果与试验结果吻合较好;轴压比是构件骨架曲线的主要影响因素,随着轴压比的增大,试件的刚度逐渐变小,水平极限承载力变小,曲线将会出现下降段,且下降幅度有增大的趋势;截面宽厚比D/t和截面长宽比D/B对构件骨架曲线的影响相似,总体上对荷载-位移骨架曲线的形状影响很小,主要表现在对水平承载力大小的影响.     

轴压比对方钢管混凝土框架延性影响的有限元分析

为了研究框架柱的轴压比对方钢管混凝土框架延性的影响,建立了方钢管混凝土框架结构的非线性有限元分析模型。将该模型的计算结果与方钢管混凝土框架结构在低周反复荷载作用下试验所得的滞回曲线进行对比,可见模型的计算结果较为精确,可以应用于框架的结构分析中。利用此模型对在低周反复荷载作用下的、轴压比不同的方钢管混凝土框架结构进行了有限元分析,并对其滞回曲线和位移延性系数进行了对比分析。结果表明:随着边柱和中柱轴压比的增大,框架延性降低。     

轴压比对方钢管混凝土框架延性影响的有限元分析

为了研究框架柱的轴压比对方钢管混凝土框架延性的影响，建立了方钢管混凝土框架结构的非线性有限元分析模型。将该模型的计算结果与方钢管混凝土框架结构在低周反复荷载作用下试验所得的滞回曲线进行对比，可见模型的计算结果较为精确，可以应用于框架的结构分析中。利用此模型对在低周反复荷载作用下的、轴压比不同的方钢管混凝土框架结构进行了有限元分析，并对其滞回曲线和位移延性系数进行了对比分析。结果表明：随着边柱和中柱轴压比的增大，框架延性降低。     

柱长细比对方钢管混凝土框架延性影响的分析

长细比是影响钢管混凝土框架结构延性的重要因素．为研究长细比对方钢管混凝土框架结构延性的影响,建立了方钢管混凝土框架结构的非线性有限元分析模型,通过与方钢管混凝土框架结构在反复荷载作用下试验所得的滞回曲线进行对比,发现该模型的计算结果较精确,可应用于方钢管混凝土框架的结构分析中．利用此模型对在低周反复荷载作用下柱长细比不同的方钢管混凝土框架结构进行了有限元分析,对比研究了其滞回曲线和位移延性系数,得出了随着柱长细比的增加,方钢管混凝土框架延性降低的结论．     

GFRP管混凝土柱滞回性能分析

旨在通过ANSYS模拟GFRP管混凝土柱在低周反复荷载下的滞回性能,探讨其在地震作用下的强度、刚度和延性等力学性能的变化规律．采用有限元软件ANSYS得到构件的滞回曲线,采用软件origin对滞回曲线所围成的面积进行积分,研究结果表明试件随着长细比、径厚比、轴压比的增大,试件的延性退化显著,耗能能力变差,抗震性能降低．     

利用ANSYS模拟桥墩滞回性能的建模方法

基于钢筋混凝土桥墩低周反复荷载试验结果,利用ANSYS有限元分析软件,建立了桥墩的有限元计算模型,并对其进行了低周反复荷载试验下全过程的非线性有限元分析,得到了桥墩的滞回曲线、骨架曲线以及桥墩在不同受力阶段的破坏形态。将计算结果与试验结果进行对比,发现计算得到的桥墩滞回曲线和骨架曲线与试验结果吻合较好,对于桥墩破坏形态的模拟,也取得了比较理想的结果。     

钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱节点的非线性有限元分析

以简化的Varma模型作为钢材的循环本构关系模型,建立了2类钢管混凝土柱与组合梁连接节点——梁钢筋贯通钢管节点和梁钢筋与上加强环焊接连接节点的三维非线性分析模型,并采用有限元软件ANSYS对其在低周反复荷载作用下的滞回性能进行了非线性分析。结果表明：由有限元模型得到的低周反复荷载作用下的滞回曲线及骨架曲线与试验所得的结果吻合较好,但在屈服荷载后差异较大;如能恰当地选择材料的本构关系、计算模型和破坏准则,则能够采用有限元模型准确地预测上述2类节点的弹塑性行为和整体抗震性能,并用于节点滞回性能的非线性参数分析。     

砂土中裙式吸力基础水平循环承载特性的影响因素分析

吸力基础作为海上风电工程的基础主要受到风、波浪和洋流等产生的水平循环荷载作用,因此提高其水平循环承载力和控制侧移是保证风机正常运行的关键。采用有限元分析软件Z_SOIL对饱和砂土地基中的裙式吸力基础开展水平循环加载数值分析;考虑到土体小应变阶段刚度增大的特性,土体选用刚度与应力相关的小应变硬化模型（HSS模型）;重点分析和讨论了循环荷载比、加载高度、加载方式和加载顺序对基础循环累积位移和刚度的影响。研究发现：当循环荷载比小于0.5时,基础累积位移很小,基础循环割线刚度随循环振次变化不明显;当循环荷载比大于0.5时,循环加载过程中基础周围砂土地基被挤密实,导致基础循环割线刚度随循环振次增加而增大,卸荷后基础残留较大塑性变形。裙式吸力基础的循环割线刚度随循环荷载比和加载高度的增加呈线性关系减小,基础水平及竖向累积位移则逐渐增大。3种加载方式下,基础水平累积位移从大到小排序为单向荷载、不完全对称荷载、双向对称荷载;竖向累积位移从大到小排序为双向对称荷载、单向荷载、不完全对称荷载。当循环荷载由大到小变化时,基础的水平和竖向累积位移均大于荷载由小到大时的情况,说明前期加载历史对基础后期变形有重要影响。     

砂土中倾斜螺旋桩水平承载性能有限元分析

受限于锚-土间相互作用的复杂性,当前倾斜螺旋桩水平承载特性的相关研究仍不能满足相关工程要求.基于螺旋桩竖直单桩水平承载试验,并通过非线性有限元软件ABAQUS研究了倾斜单桩在水平荷载作用下的承载性能,具体分析了不同倾斜角度对承载特性的影响,主要研究结果如下:(1)在水平荷载作用下,倾斜角度不超过45°,螺旋桩由水平极限...     

砂土地基上圆形浅基础三维破坏包络面的理论研究

对砂土地基上圆形浅基础在竖向荷载V 、水平荷载 H 及力矩 M 复合加载条件下的承载力进行了系统的三维有限元分析。在分析中,砂土假定为纯摩擦材料,遵循基于 Mohr-Coulomb 破坏准则的理想弹塑性本构关系。首先,对圆形浅基础的竖向承载力进行了有限元计算,并与滑移线解法进行了对比,两种方法所得结果比较吻合。进而探讨了砂土内摩擦角对于基础在 V-H 、V-M荷载平面与V-H-M 三维荷载空间内的破坏包络轨迹的影响。计算结果表明,与不排水情况下软黏土地基上基础破坏包络面相比,砂土地基上圆形浅基础的破坏包络面形状有较大差异,但V-H 和V-M 平面内的破坏包络面形状仍具有较好的归一化特性。基于有限元计算结果,建立了圆形浅基础在V-H-M 三维荷载空间内的破坏包络面方程,该方程可用来合理评价复合加载条件下砂土地基上圆形浅基础的整体稳定性。     

除尘器壳体纵梁承载性能的非线性分析

大型电除尘器钢结构为空间杆系与壳体混合结构体系,杆件种类多,受力状态复杂。传统的设计方法不能明确结构体系的承载性能,需进一步分析其非线性承载性能,并优化结构体系和构件截面。运用有限元软件ANSYS,对某大型电厂300MW机组电除尘器壳体钢结构纵向大梁(仅有弯矩作用下及较大轴力、弯矩共同作用下)建立有限元模型,对整体结构进行静力分析、特征值屈曲分析及极限承载力分析。以分析结果为依据对仅有弯矩作用下的纵梁提出优化方案建议。计算结果表明,两类梁模型均满足设计荷载下的承载能力要求。     

钢管再生混凝土短柱承载性能有限元分析

为了分析钢管再生混凝土短柱承载性能的影响因素,试验设计了3个不同偏心距的方套方中空夹层钢管再生混凝土短柱进行单调加载,用于验证所建立有限元模型的正确性;并利用得到验证的有限元模型设计了三种截面类型（方套方中空截面、方套圆中空截面、方实心截面）共7个钢管再生混凝土短柱试件,并以偏心距及外钢管壁厚为变化参数,运用ABAQUS建立有限元模型进行静力加载分析。得到了不同偏心距及外钢管壁厚下钢管再生混凝土柱的荷载-轴向位移曲线,分析了偏心距及外钢管壁厚对钢管再生混凝土短柱承载性能的影响。分析结果表明：三种类型中方钢管中空夹层再生混凝土短柱随偏心距减小或外钢管壁厚的增加,其承载性能均有所提高;三种截面类型中,方套方中空夹层试件初期刚度最大,极限承载力最高。     

墙趾可更换组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究墙趾可更换组合剪力墙的抗震性能,设计并制作了2片带有可更换墙趾构件的波形钢板–混凝土组合剪力墙试件.采用拟静力试验和ABAQUS有限元软件模拟的方法,分析了内置波形钢板波纹方向对墙趾可更换组合剪力墙抗震性能的影响.试验结果表明:各试件墙趾构件先于主体构件破坏,且在达到极限位移角前其破坏主要集中于可更换墙趾构件;墙...     

波形钢板混凝土组合剪力墙轴压比影响研究

为研究轴压比对波形钢板混凝土组合剪力墙的影响。利用ABAQUS有限元软件对不同轴压比的竖向、水平钢板混凝土组合剪力墙进行非线性分析,以考察轴压比对波形钢板混凝土组合剪力墙的滞回性能、变形能力、抗侧承载力、抗侧刚度以及耗能能力的影响,并对其分析结果进行了试验验证。有限元分析结果表明：当轴压比在0.15~0.45范围内且逐步增大时,竖向波形钢板混凝土组合剪力墙的承载能力和耗能能力随之增强,其延性和变形能力反之减弱,当轴压比超过0.6时,剪力墙的抗震性能表现较差;当轴压比在0.15~0.3范围内且逐步增大时,水平波形钢板混凝土组合剪力墙的承载能力随之增强,其延性和变形能力反之减弱,但对耗能能力影响不显著,当轴压比超过0.45时,剪力墙的抗震性能表现较差,当轴压比超过0.6时,其极限状态下的位移角低于位移角限值要求;轴压比在0.15~0.3范围内,且竖向、水平波形钢板混凝土组合剪力墙的轴压比相同时,前者表现出更好的抗震性能。为了确保有限元分析结果的可靠性,后续对两个剪力墙试件进行了拟静力试验,试验结果表明：有限元分析结果与试验结果吻合度较高,因此有限元分析所得结果,可为后续实际工程提供参考。     

基于神经网络的钢筋混凝土剪力墙抗剪承载力研究

神经网络(ANN)模型作为土木工程领域中一种有效的方法能够用于解决复杂的问题.基于试验数据采用神经网络对钢筋混凝土剪力墙的抗剪承载力进行预测,收集160个钢筋混凝土剪力墙在低周往复荷载下的试验数据,建立数据库,选取140个试验样本对ANN模型进行训练,20个试验样本进行测试验证.ANN1和ANN2有14个输入参数:混凝...     

饱和砂土中吸力式沉箱基础的极限承载力计算方法

为了确定砂土地基中倾斜荷载作用下吸力式沉箱基础的极限抗拔承载力,利用极限包络线方法对其进行分析。基于25组模型试验得到水平、竖向以及倾斜荷载作用下吸力式沉箱基础的极限承载力,结合假定得到的水平、竖向极限承载力系数,回归分析得出:水平和竖向极限承载力系数与荷载作用点位置Z/L服从幂函数关系;随着荷载作用点位置的逐渐增大,水平承载力系数呈现出先增大后减小的趋势,竖向承载力系数逐渐增大;归一化竖向极限承载力与归一化水平极限承载力之间服从二次抛物线关系,通过求平方根的形式即可得到倾斜荷载作用下沉箱基础的极限抗拔承载力。     

剪力墙竖向连接软钢阻尼器滞回性能试验研究

提出应用于剪力墙竖向韧性连接体的易拆装的拉压耗能软钢阻尼器.为了研究拉压荷载作用下该阻尼器的滞回性能,基于杠杆原理,设计制作能放大加载位移的高承载销轴-钢梁加载装置和3对不同耗能肢形状的试件,模拟阻尼器的螺栓连接边界和拉压往复受力过程.将阻尼器试件同条件依次安装并开展拟静力循环往复加载试验,研究试件的破坏模式、强度及变形能力、耗能特性及螺栓连接的可靠性,获得试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、承载力及延性系数等.对阻尼器的耗能承载能力进行评价分析,研究耗能肢型体参数对力学性能的影响.建立有限元模型,模拟阻尼器的失效行为.结果表明,阻尼器以耗能肢屈曲为典型破坏模式,Z型耗能肢阻尼器与其他2种耗能肢形状的阻尼器相比,具备更好的防屈曲性能和耗能能力,能够发挥低屈服点钢材的力学性能,震损后可以快速更换.