高层结构系对土—结构动力相互作用的影响

本文采用空间梁，柱单元，墙板单元建立孙高层建筑的三维空间分析模型，分析了成层地基上箱基础，桩基础的振动阻抗函数，在此基础上，动用子结构法，建立了高层建筑－基础－地基三维动力相互作用计算模型，并编制了相应的计算程序。     

混杂CFRP/GFRP筋HPC梁的非线性梁壳组合单元研究

对于混杂CFRP/GFRP筋高性能混凝土（HPC）梁, 研究一种新的三维非线性梁壳组合单元, 对HPC梁进行了全过程分析。引入实体退化壳单元理论, 利用空间梁单元模拟预应力CFRP筋, 并根据CFRP筋单元节点线位移和转角位移的协调性, 推导CFRP筋单元对梁壳组合单元刚度矩阵的贡献, 同时对GFRP筋和HPC梁采用分层壳单元模拟。并运用Jiang屈服准则、 Madrid强化准则等描述混凝土的材料非线性, 提出一种新的非线性梁壳组合单元, 研制相应的三维非线性计算程序。计算结果与试验数据吻合良好, 说明本文构造的非线性梁壳组合单元的正确性和研制程序的可靠性, 以及混凝土材料非线性描述的合理性; 采用组合单元能准确模拟CFRP筋的几何构形, 能综合考虑其拉压弯剪性能, 利于全面地反映配筋对结构的增强作用。      

基于退化理论的空间梁单元有限元分析

从双线性退化板壳单元出发,演绎推导出了一种可以应用于空间有限元分析的退化梁单元。退化梁单元采用基本的平截面假设,并用轴线节点位移来表示梁单元的三维位移场。在进行单元有限元列式时,仍然沿用三维结构的几何方程和物理方程。在退化梁单元的理论基础上编制了有限元计算程序,通过对几个算例的分析,证明了这种基于退化理论的空间梁单元的精确、高效和通用,这种单元也可以广泛应用于大型结构空间双重非线性有限元分析。     

异型柱结构的计算模式合理性分析

 通过对浙江大学玉泉校区学生公寓高层B幢带转换梁异型柱框架结构的抗震分析，对界于异型柱和短肢剪力墙之间的结构，分别采用三维梁单元空间墙板单元为主要构成的结构有限单元模式和三维空间杆件薄壁柱单元为主要构成的结构模式，进行结构计算比较，寻求最符合实际受力状况的计算方法，以求得该类建筑最经济、安全的结构设计方案．     

几何非线性梁单元分析及CAD实现

本文基于Ｕｐｄａｔｅｄ Ｌａｇｒａｎｇｅ列式推导了一维梁单元几何大位移有限无列式。理论及算例表明，与Ｂａｔｈ的三维梁元相比，节约了较多的计算费用，并获得了较好的精度。     

杆系结构分析中的直梁单元和曲梁单元

本文编制了杆系结构直梁单元的几何线性有限元程序。通过２个经典实例，对不同的直梁单元和曲梁单元进行了对比。结果表明：直梁单元与曲染单元的计算结果没有显示的不同。因而，在杆系结构的非线性分析中，可以采用直梁单元模拟曲梁，进行屈曲分析。     

钢管混凝土结构材料非线性的一种有限元分析方法

为了更简单地考虑梁单元的材料非线性受力性能,把断面广义力和广义应变的概念运用于单元分析中,将单元的弹塑性刚度矩阵分离为弹性刚度矩阵和塑性刚度矩阵。这样,梁单元的变形可以由弹性变形和塑性变形简单地迭加,结构内力可通过弹性应变能的斜率(弹性刚度矩阵)与位移的乘积求得,从而在增量-迭代计算时可较准确且较快地计算出结构变形后的不平衡力。应用这一计算方法,推导了基于纤维模型的三维梁单元的钢管混凝土结构的有限元基本公式,并将其植入能考虑几何非线性的三维梁单元非线性计算程序NL_Beam3D中以计算结构的双重非线性问题。算例分析表明该方法和程序能较准确地反映钢管混凝土结构的双重非线性特性。     

附加约束阻尼层的复合材料梁单元建模分析

复合材料空心圆截面梁是桁架和刚架结构中大量采用的常用构件，而实践证明约束阻尼层能有效改善复合材料空心圆截面梁的动力学特性，但传统的约束阻尼层结构有限元计算方法需要大量的单元，这给大型复杂结构的计算带来了巨大的困难。本文采用Timoshenko梁假定。建立了一类附加约束阻尼层复合材料空心圆截面梁弯曲的数学模型。应用Hamilton原理。采用三节点高次梁单元对构件进行离散化。建立了附加约束阻尼层复合材料空心圆截面梁的梁单元。同传统的锥壳单元相比，该方法极大地减少了计算时间。用实验验证了本文计算结果的正确性。同时也分析了约束层厚度对损耗因子的影响。     

高性能碳-玻璃纤维布加固混凝土梁的非线性响应

针对高性能碳-玻璃-环氧树脂(CF-GF-EP)混杂纤维布加固钢筋混凝土(RC)梁,研究了一种三维非线性混杂组合单元,并推导了统一单元模式,对RC梁的刚度退化、应力重分布等进行了分析。首先根据实体退化单元理论,研究了组合单元模拟RC梁,并利用选择积分技术推求了高性能CF-GF-EP纤维布单元对混杂组合单元刚度矩阵的贡献。运用Jiang屈服准则、Hinton压碎准则和Madrid强化准则等描述混凝土材料非线性,研制了相应的三维非线性分析程序。与试验资料对比分析可知,计算结果与试验数据吻合良好,表明本文构造的非线性单元模式的正确性和研制程序的可靠性,推导的混杂组合单元能准确用于混杂CF-GF-EP纤维布加固RC梁的非线性响应分析。加载初期高性能CF-GF-EP纤维布加固梁未有明显的刚度折减,其后达到屈服荷载和极限荷载时,加固梁刚度折减系数分别约为0.6和0.9。在开裂荷载前,高性能CF-GF-EP纤维布应力发展较为平缓且应力重分布系数变化较小,其后应力重分布系数逐渐增大直至结构失效。     

对有限元法中梁单元的一点改进

通过对简支梁的实际情况的研究，提出一种新的有限元计算单元一带竖向刚臂的梁单元，并与普通平面梁单元的风度矩阵相比，指出这是一种有效而且简便的提高梁单元计算精度的方法。     

基于退化梁单元的混凝土结构徐变分析

应用退化梁单元分析了混凝土结构的徐变问题。在实际混凝土结构中,混凝土结构的徐变与混凝土开裂等非线性行为存在相互耦合作用。退化梁单元采用了三维结构的几何和物理方程,结合分块积分技术,可以方便地模拟钢筋混凝土结构的各种非线性行为。应用Trost-Bazant方法,建立了退化梁单元混凝土结构徐变分析计算方法。算例分析表明了计算结果的正确及在实际混凝土结构徐变分析中计入非线性行为的必要性。     

空间结构中平面曲梁的计算

本文基于柔度法考虑了空间结构中平面等截面曲梁的弯曲、剪切、拉压和扭转变形,通过严格的数学推导,给出了计算任意曲梁的一系列公式,并在SAP 81基础上编制了曲梁程序段,给出了几个定量的计算结果。与只考虑弯曲、扭转的理论解比较,符合得很好,本文的结果可以认为是精确解。用本文给出的曲梁单元计算的结果与用多个直梁单元组成折线来近似曲梁的计算结果比较表明曲梁比直梁近似要精确得多,直梁近似往往是不能接受的。按本文公式编制的曲梁单元程序的运行表明,计算一个曲梁单元和计算一个直梁单元所需的计算机时间几乎是一样的。     

车身结构分析中的三节点七自由度梁单元

为了高精度计算公共客车骨架结构的应力以及外膜皮对套车结构的影响,本文提出了一种新的空问梁单元。这种单元共有三个节点点,每个节点除常用的六个自由度外,还增加了一个翘曲扭转位移自由度以考虑梁截面的翘曲效应。该梁单元与八节点空间膛单元配合,可以提高梁、膛、板组合结构的计算精度。本文还给了一个实际的算例,部分计算值和实测值的比较证明该梁单元的工作性能是很好的。     

三维杆系结构的几何非线性有限元分析

为了更准确地描述杆系结构的几何非线性性能,建立了一种基于三维梁单元有限元分析的计算方法。引入了考虑两方向曲率和扭转角变化的坐标转换矩阵来描述任意增量下的单元平移和转动;采用了包括轴向变形和扭转的非线性项的刚度矩阵来考虑高阶非线性项的影响。应用广义位移控制法进行增量迭代,编制了相应的三维梁单元非线性计算程序NL_Beam3D。通过对几个例子进行的分析,验证了该方法可较好地考虑结构几何非线性。     

考虑剪切和扭转变形的有限质点法纤维梁单元研究

为提高有限质点法分析结构弹塑性问题的精度,该文将纤维梁模型融入有限质点法的计算求解框架中,推导了考虑剪切变形和扭转变形的有限质点法纤维梁单元的质点内力求解公式。该单元采用Timoshenko梁理论描述梁截面变形状态,以单元纯变形分量表示截面上任一点的位移,并结合纤维材料的三维本构关系以考虑弯曲、剪切和扭转变形之间的耦合作用。数值算例的分析结果表明,该纤维梁单元能够有效地模拟结构弹塑性行为,相较于塑性铰法具有更高的精度。     

三维实体退化虚拟层合梁单元在钢曲梁极限承载力分析中的应用

提出采用三维实体退化虚拟层合梁单元计算钢曲梁极限承载力的方法。考虑结构的几何非线性和材料非线性,利用该单元编制了极限承载力计算程序,并将其应用于钢曲梁极限承载力的分析。计算实例表明,该单元收敛快,稳定性好,在单元数较少的情况下,具有较高的精度。由于能克服壳体单元或梁段单元法的缺陷,该计算方法具有更强的通用性。     

集装箱船水弹性分析

本文提出利用三维势流理论和薄壁梁理论计算大开口集装箱船的水弹性问题。水动力学边值问题的边界积分方程采用高附等参边界元方法，而结构简化为考虑翘曲、剪切及剖面转动，以及货舱大开口和抗扭箱（甲板梁）影响的薄壁梁有限元模型。计算结果与实验研究比较表明，这种方法具有较高的计算精度和计算效率。     

考虑主材节点刚域影响的钢管输电塔变截面梁单元有限元模型

为了准确、快捷地计算加劲板和连接板形成的主材节点刚域对输电塔受力的影响,将考虑节点刚域影响的主材视为若干段段不同截面梁单元的组合。首先,推导了主材两端节点刚域横截面转动惯量和面积的公式;然后,根据能量原理,推导了变截面梁单元的单元刚度矩阵,并采用C++语言将它引入开源有限元软件OpenSees;最后,将主材及节点刚域采用变截面梁单元,常截面梁单元,变弹性模量梁单元及壳单元离散的有限元模型计算结果和塔架试验的实测结果进行对比。结果表明:常截面梁单元会低估主材的弯矩和最大正应力,而变弹性模量梁单元会低估输电塔的挠度,均会使设计偏于不安全;变截面梁单元和壳单元的计算结果均实测结果很接近,但前者计算量远小于后者。可见:变截面梁单元有限元模型兼顾了计算效率和精度。     

具有分布材料特性的梁反应分析方法

同一梁单元内材料具有不同性质时,传统梁单元的单元位移插值函数不能合理地描述梁内部的位移变化,导致计算精度较低。给出了一种计算同一单元内具有分布材料特性的梁反应的有限元方法,有效解决了传统梁单元的局限性。同时,给出了同一单元内具有分布材料特性的梁单元的一致等效节点荷载和一致质量矩阵的建立方法。与传统梁单元相比,使用该方法进行静力分析和特征值分析均可获得较高的计算精度,并且使用一个单元即可给出精确的单元内力和位移分布。此研究为分析同一单元内具有分布材料特性的梁的静力与动力反应问题提供了简单的方法和有价值的理论基础。     

钢塔架在风荷载作用下的受力与变形

本文利用有限元计算程序，对高层建筑上安装的钢塔架在风荷载作用下的受力及变形进行了有限元计算，计算模型中采用了杆单元，梁单元以及边界凶等三种单元形式，通过对计算结果分析，找出该结构存在的设计隐患，为此，对原结构形式进行了改进，收到了良好的较果。