几何材料非线性的新梁柱单元及程序编制

给出了基于UL法的三维梁柱单元虚功增量方程,详细推导了考虑翘曲和剪切变形影响的三维空间梁柱单元的几何非线性切线刚度矩阵,同时对Orbison截面塑性面进行了修正,以考虑扭矩和翘曲对截面强度的影响,采用塑性流动法则推导了单元弹塑性切线刚度矩阵.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框架分析程序.算例证明,只需要一到两个单元就可以准确预测空间钢框架的极限承载力和失稳模态.     

考虑剪切和翘曲变形影响的空间钢框架塑性铰模型

采用更新的拉格朗日列式,推导了一种较为精确的用于空间钢框架非线性分析的集中塑性铰模型.利用考虑剪切变形效应的插值函数推导了空间钢框架结构梁柱单元二阶弹性分析的刚度矩阵.在矩阵推导的过程中,引入了基于薄壁构件的Kollbrunner-Hajdin修正约束扭转理论,应用此理论产生的翘曲扭转插值函数可计及二次剪应力对翘曲变形的影响;结合可以考虑残余应力影响的CRC切线模量,利用扩展的Orbison屈服面模型,推导了一种能反映塑性沿构件截面扩展的二阶非弹性分析的梁-柱单元,可用于多种空间钢框架结构的双重非线性分析,具有较强的通用性.最后通过算例证明了本文提出梁-柱单元的精度和有效性.     

基于稳定函数的空间薄壁构件几何刚度矩阵

为真实描述结构二阶弹性分析中可能出现的侧扭屈曲变形和翘曲扭转变形,精确满足增量虚位移原理,结合梁柱法和有限单元法,基于更新拉格朗日构形的增量虚位移原理和三维空间薄壁构件理论,提出采用拉弯、压弯、纯弯及扭转状态下薄壁构件平衡微分方程的解作为插值函数,详细推导了考虑截面翘曲影响的空间薄壁梁柱单元的几何非线性切线刚度矩阵,推导过程中同时考虑了双向弯曲和扭转及其各耦合项对刚度矩阵的影响。并通过算例证实了文中方法的精确度和有效性。     

基于拉压与翘扭插值函数几何非线性刚度矩阵

提出了翘曲扭转稳定函数的概念和计算公式,首次推导了基于扭转翘曲稳定插值函数的双轴对称开口轻型薄壁梁柱单元的翘曲扭转切线刚度矩阵,同时提出了基于拉压与翘扭稳定插值函数的轻钢梁柱单元空间几何非线性切线刚度矩阵.     

不规则截面钢筋混凝土梁柱单元模型及应用

为了更好地研究钢筋混凝土梁柱结构的非线性力学性能,建立考虑材料非线性和几何非线性耦合的钢筋混凝土梁柱单元模型.基于杆件分析的平截面假设和截面高斯积分法,应用钢筋和混凝土材料本构关系非线性,推导出不规则截面钢筋混凝土梁柱单元的截面刚度矩阵,进而通过虚功原理建立钢筋混凝土梁柱单元切线刚度矩阵;并采用弧长增量迭代法求解非线性方程组,编制不规则截面钢筋混凝土梁柱结构的数值分析程序.对规则和不规则截面钢筋混凝土框架进行了非线性全过程分析,理论分析结果与试验结果比较,吻合较好.表明所建立的钢筋混凝土梁柱单元模型适用于钢筋混凝土梁柱结构的非线性力学分析;由于采用截面高斯积分法,对不规则截面的梁柱结构计算显得十分便捷.     

空间钢框架修正精细塑性铰法理论研究

建立了考虑剪切变形及二阶效应影响的空间梁柱单元,可考虑截面的逐渐屈服,以及残余应力引起的分布塑性对单元刚度的影响.单元刚度矩阵包含了轴向、弯曲和扭转位移之间的耦合效应、弯扭屈曲以及结构变形过程中由于力矩空间转动引起的连带弯矩影响.采用C++编制了高等分析程序,通过几何、材料非线性算例证明了本文研究方法的精确度和有效性.     

三维退化纤维梁单元线性和非线性有限元分析

为了解决曲线梁、任意形状截面梁、以及复合材料梁等结构的计算问题,基于退化理论推导得到三维退化纤维梁单元。该单元采用平截面基本假设,考虑剪切变形的影响,用轴线节点位移表示梁单元任意一点的三维位移场。根据UL列式,推导得到该单元考虑几何非线性和材料非线性的切线刚度矩阵。由上述理论编制了有限元计算程序,通过对几个典型算例的分析,证明了这种纤维退化梁单元的精确性、高效性和通用性。     

惯性矩二次变化变截面梁柱几何非线性分析

为研究考虑剪切变形的变截面梁杆结构几何非线性问题,应用Timoshenko梁理论,采用位移、转角独立插值的方法,获取考虑剪切影响的惯性矩二次变化变截面梁单元的形函数;从严格的虚功增量方程出发,建立同时考虑轴力、剪切、弯曲效应及其耦合项的平面变截面梁柱单元几何非线性增量平衡方程,得到惯性矩二次变化变截面梁单元大位移切线刚度阵;与经典算例进行对比,验证了本文方法的精确性与有效性．     

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.     

精细塑性铰法理论研究及面向对象程序设计

建立考虑剪切变形影响的精细塑性铰法的空间梁柱单元,可以考虑残余应力引起的刚度退化和塑性沿截面的渐进屈服,单元刚度矩阵包含了轴向、弯曲和扭转等位移之间的耦合影响。根据面向对象的程序设计思想,将整个有限元域划分为八个基本类,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高等分析程序。几何、材料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。     

内摇摆柱-钢框架结构新体系受力性能分析

提出一种新型的钢框架结构体系,即内摇摆柱-钢框架结构体系.为了研究这种新体系的受力性能,并与普通钢框架体系性能相比较,本文建立了六层的新型结构体系和传统普通钢框架体系的三维非线性有限元模型,分析了在不同类型的侧向荷载作用下结构的变形特征、承载力以及塑性铰分布等受力性能,结果显示本文提出的内摇摆柱-钢框架结构体系具有良好的受力性能,并且新型结构体系构造简单施工方便,采用该体系建筑结构可以获得较好的经济效益.     

碳纤维布加固钢筋混凝土厂房柱的滞回性能研究

通过对碳纤维布加固后的柱子力学性能的分析,借助于纤维梁柱单元模型,分析了碳纤维布加固前后的柱子的滞回性能特点,分析表明碳纤维加固后的柱子滞回环呈现捏拢效应.纤维模型可以较为准确的计算出加固后柱子的弯矩,曲率等力学参数.     

空间半刚性梁柱节点的数值模拟分析

利用有限元软件ANSYS建立了强轴和弱轴共存的空间半刚性梁柱节点模型,其中强轴采用腹板角钢和顶底角钢连接,弱轴采用顶底角钢连接.通过不同的单调以及循环加载方案,研究不同加载模式下空间半刚性梁柱体弱轴对强轴的影响规律.考虑了模型几何大变形、材料非线性以及接触非线性,分析了顶底角钢强轴连接的应力分布、变形特征、塑性发展、接触摩擦状态以及破坏模式.结果表明:弱轴连接对强轴的弯矩承载能力和转动变形特征产生一定的影响,为进一步的三维空间分析提供参考依据.     

钢筋混凝土梁柱节点超自由度单元

为分析RC框架结构在循环荷载作用下的非线性滞回性能,提出一个新的钢筋混凝土梁柱节点单元——"超自由度单元".单元在梁与节点交界面和柱与节点交界面被划分成"节点截面"和"梁柱截面",节点的力学性能由4节点单元描述,而梁柱受力钢筋与节点核心区的粘结滑移由存在于"节点截面"和"梁柱截面"之间的8根弹簧控制.单元具有4个外节点和4个内节点,每个内节点具有2个自由度,每个外节点具有3个自由度,该3个自由度与普通梁单元一致,从而确保本单元适合于同普通一维梁柱单元一起进行钢筋混凝土结构平面非线性分析.将内节点上的自由度依附到外节点上,单元在数值表现上具有4个节点20个自由度.通过试验和模拟分析结果对比,结果表明:结构极限承载能力和滞回曲线的捏拢特性都能被单元很好模拟,同时计算机的运行时间非常少.本模型适合于进行循环荷载作用下平面框架结构非线性响应分析.     

厚板柱钢框架梁柱节点对断裂韧性的要求

为了研究厚板柱钢框架梁柱节点对材料断裂韧性的要求,进行了三维弹性和弹塑性断裂力学有限元计算.以裂纹尖端的应力强度因子KI和JI为评价指标,分析了焊接工艺孔形式、梁翼缘削弱或加强和初始裂纹位置等因素对梁柱节点断裂韧性的不同要求.结果表明：美国北岭地震后改进的焊接孔B对断裂韧性的要求最低,而我国《建筑抗震设计规范》规定的焊接孔D对断裂韧性的要求相对较高;与标准型节点相比,梁翼缘削弱或加强型节点能显著降低对断裂韧性的要求;当焊接高匹配时,热影响区裂纹比焊根裂纹更易于扩展,并导致节点的断裂破坏.钢框架梁柱节点断裂评估定量方法为节点防断设计中钢材与焊材的选材、焊接孔与节点形式的选用提供了参考.     

高强混凝土新型梁柱节点抗震性能非线性分析

影响梁柱节点性能的因素很多,仅仅进行试验研究是不够的。因此,非线性有限元分析可以使我们对梁柱节点的性能有更深刻的认识。作者在进行了大量的高强混凝土新型梁柱节点试验的基础上,采用非线性有限元方法进行进一步的参数研究。首先用试验数据验证了作者的非线性有限元模型,分析表明计算结果可较好的模拟试验情况,在此基础上对混凝土强度对梁柱节点抗震性能的影响进行了参数研究。     

双腹板顶底角钢梁柱连接受力性能分析

建立双腹板顶底角钢梁柱连接节点的精细有限元模型,对模型进行了非线性有限元数值计算,分析了在单调荷载作用下双腹板顶底角钢梁柱连接节点的承载力、极限变形状态、破坏机理和变形状态.深入探讨了双腹板顶底角钢梁柱连接高强螺栓的预紧力,角钢与梁、柱之间的接触压力等节点组件之间的力学特性,获得试验难于测得的力学特性,为双腹板顶底角钢梁柱连接在工程中的应用提供理论依据.     

RC框架空间节点力学性能研究和有限元分析

文章基于对钢筋混凝土框架中柱内节点的受力分析、三个钢筋混凝土框架空间节点低周反复荷载作用下的试验研究以及OpenSEES程序的有限元数值模拟,研究了在斜向方向地震作用下框架结构柱因其斜向承载力不足而发生“强梁弱柱”的破坏机制及其抗震性能.结果表明：45°方向地震作用下柱梁强度比小于1.0且随轴压比的增大该系数减小;对比有限元分析与试验结果,两者吻合较好;此外,应加强在斜向地震作用下结构抗震设计方法的研究.