结构三维弹塑性分析方法及其在建筑物震害研究中的应用

介绍了作者研究开发的结构三维弹塑性分析方法及其在建筑物震害研究中的应用。采用杆系模型 ,包括梁、柱、墙单元、拉压杆单元、弹簧单元和阻尼单元 ,可建立各种结构计算模型 (质点系模型、平面或空间框架模型 )。对柱和墙单元等压弯杆件 ,采用了“多弹簧模型”和“纤维模型”来考虑变动轴力和双向弯曲荷载之间的耦合作用 ,能够表达压弯杆件在多轴荷载作用下的力学特性 ,从而比较真实地模拟结构弹塑性地震反应。为了表达各种荷载作用下杆件或弹簧的力和变形关系 ,作者开发和引进了多种材料恢复力模型 ,这些恢复力模型模拟了材料的非线性。在结构分析过程中也采用近似方法考虑了几何非线性。采用以上计算模型 ,作者开发了结构三维弹塑性分析计算机程序 ,用于分析遭受地震作用的建筑物 ,其结果与实际的地震破坏吻合较好 ,能够说明结构的破坏机制。     

结构三维弹塑性分析方法及计算机程序CANNY

介绍了作者研究开发的结构三维弹塑性分析方法及其在建筑物震害研究中的应用。采用杆系模型,包括梁,柱,墙单元,拉压杆单元,弹簧单元和阻尼单元,可建立各种结构计算模型（质点系模型,平面或空间框架模型）。对柱和墙单元等压湾杆件,采用了“多弹簧模型”和“纤维模型”来考虑变动轴力和双向弯曲荷载之间的耦合作用,能够表达压弯杆件在多轴荷载作用下的力学特性,从而比较真实地模拟结构弹塑性地震反应。为了表达各种荷载作用下杆件或弹簧的力和变形关系,作者开发和引进了多种恢复力模型,这些恢复力模型模拟了材料的非线性。在结构分析过程中也采用近似方法考虑了几何非线性。采用以上计算模型,作者开发了结构三维弹塑性分析计算机程序CANNY,用于分析遭受地震作用的建筑物,其结果与实际的地震破坏吻合较好,能够说明结构的破坏机制。     

底部框架-抗震墙房屋三维分析地震作用效应调整方法

采用三维力学模型对底部框架-抗震墙房屋中的底部框架-抗震墙部分单独分析时,恒、活、风荷内力可直接采用,地震作用效应根据抗震规范要求需要调整。本文提出了墙、柱地震作用效应调整方法。该方法可适用于采用各种剪力墙模型的三维计算软件。     

从青岛黄金广场工程实例看高层结构分析力学模型

本文结合青岛黄金广场工程计算，介绍了BSSA程序梁、柱、墙板等单元力学模型，并与目前国内广泛使用的薄壁柱类高层程序作了比较。并介绍了BSSA程序用墙板单元计算黄金广场二个简体之间四道弧形深梁的计算结果，说明墙板单元不仅可以用来计算各种形状的剪刀墙结构，而且对框筒深梁结构也取得令人满意的结果。     

一种基于强度模拟配筋混凝土砌块砌体墙在拟静力侧向荷载作用下力学行为的宏观模型

本文是一项正在研究项目的部分内容,该项研究主要目的是:探究中等高度的配筋混凝土砌块砌体结构作为主承重墙时,建筑整体结构的力学响应。本文以多层的单片墙构件为模拟对象,建立数值模型、并对其进行校准和修正,以模拟分析该类构件在侧向荷载作用下的力学行为。因为一个建筑模型中所包含墙片数目必然是复数,故本研究项目组认为:墙片的力学模型公式应当尽量简化,并且在应用该公式进行分析时,要在能够保证精度前提下尽可能地提高计算效率。配筋砌体墙片由多种不同材料组合而成,致使该类构件在承受往复荷载作用时呈现的力学响应,具有明显的非线性特征。本文使用Open Sees和Response-2000软件建立墙片模型,以模拟分析其在往复荷载作用下的挠曲变形、剪切变形,以及刚度变化。使用Open Sees提供的"二维基于强度框架单元"(英文原文:2D Force-Based frame element)来模拟墙片;在此基础上,对共计十片配筋砌体结构墙片试件进行拟静力往复荷载试验,用试验结果对数值模型进行校准和修正。本文主要叙述了数值模型的建立和验证工作,包托两个主要阶段:第一阶段,对墙体模型施加单一均速递增的侧向荷载,直至其进入弹塑性阶段,以获取滞回骨架曲线,通过该方法能够获取具有较高精度的曲线;第二阶段,再对第一阶段中的模型进行修正,以进一步完善滞回曲线的绘制。最终可掌握该类构件内部变化的规律,得到力学计算模型中有关参数的合理取值范围。结合Open Sees软件模型,可以对配筋砌体墙片在弯剪组合作用下的力学行为进行模拟。     

ABAQUS钢与混凝土复合材料模型的二次开发

为了找出结构的薄弱位置,往往需要对各种复杂的建筑结构进行整体结构层次上的弹塑性数值模拟。为提高建模以及数值计算效率,需要采用梁单元计算模型模拟钢筋、钢骨以及钢管混凝土梁柱等复杂的构件。在混凝土弹塑性损伤模型的基础上,基于ABAQUS平台开发了能够描述以上复杂梁柱构件力学行为的梁单元复合材料模型。模型的提出使整体结构的弹塑性数值计算可以采用较为简单的梁单元和板壳单元模拟,提高了超高层建筑结构整体弹塑性分析的效率。     

短肢剪力墙损伤累积分析模型

根据短肢剪力墙受力-变形-损伤-破坏特点及规律,提出了墙端有限塑性域和墙端有限损伤域的概念。建立了短肢剪力墙条在材料层次上的损伤累积模型。利用墙条纵向协调与横向组合,建立了短肢剪力墙单元分析模型,推导出了短肢剪力墙考虑损伤累积的墙元刚度矩阵,最后,通过算例说明了本文方法应用的可行性。     

垛式新型悬臂式挡墙的数值分析及应用探讨

悬臂式挡土墙轻型、柔性的力学特点使其具有适应交替变形的优点,但对其高度有一定的限制。对如何既利用悬臂式挡墙较高的抗倾覆能力和抗滑特性,又能在充分利用墙后填土的自重的前提下提高其支挡的高度,提出了多级垛式悬臂式挡墙这一新结构,并对其进行了探索和讨论。从探索悬臂式挡墙新的构成形式出发,首次提出二级垛式悬臂式支挡结构,并通过数值分析研究其受力变形特点。根据模拟的施工工况,采用弹塑性本构模型并考虑能够反映土体与墙面相互作用的接触单元,分析了墙背变形和填土的受力。此外,通过其力学特点分析和青藏铁路试验段的变形测试结果,探讨其在多年冻土地区的应用,以期为工程应用提供参考依据。     

基于三维离散单元法的无筋砌体墙受力性能分析

针对砌体墙体为二相复合材料的特点,利用离散单元法软件3DEC建立顺砖砌筑式及一顺一丁式两种砌筑方式的砌体墙离散元模型,通过选取合理的本构关系及材料参数,模拟墙体在面内单调荷载及往复荷载作用下的受力性能,模拟结果的荷载-位移曲线及墙体破坏模式均与试验结果吻合较好。表明离散单元法可有效用于砌体墙的面内受力性能分析。     

用于连续体与非连续体共存转化计算的质点元方法

为了进行建筑结构倒塌全过程的力学模拟，针对建筑结构倒塌数值模拟梁壳单元几何、材料、接触三重非线性且连续体向非连续体转化的动力计算问题，提出了显式有限元与离散元的统一模型“质点元方法”，该方法通过定义广义连接模型、构造连接模型转化法则和建立接触碰撞算法，将显式有限元与离散元统一于相同的计算框架之下，较好地继承了有限元的单元技术、本构技术以及离散元的非连续体计算能力，具有效率优先、精度可调的特点。通过某框架剪力墙结构计算表明，质点元方法能够用于建筑结构倒塌的连续体与非连续体共存及转化的强非线性动力计算。     

基于ABAQUS三维梁单元的混凝土材料子程序二次开发

ABAQUS软件缺少能良好应用于三维梁单元动力弹塑性分析的混凝土材料模型。基于Scott-Kent-Park混凝土模型二次开发了适用于梁单元的混凝土材料子程序,并对框架柱、剪力墙构件的低周反复试验及框-剪结构振动台试验进行了模拟对比分析。结果表明,开发的混凝土材料子程序应用于三维梁单元弹塑性动力分析中具有良好的精度和收敛性,是对ABAQUS中的混凝土材料模型的有效扩充,可供三维结构动力时程分析参考。     

双筒剪力墙结构动态特性分析

某电信枢纽工程主体建筑为双筒剪力墙高层建筑，根据结构特点，采用有限元法对该结构进行有限元离散，框架中的梁，柱采用空间梁单元模拟，筒体，剪力墙，楼板和屋盖采用薄板单元进行离散，探讨了整体结构动力分析模型和按对称和反对称边界条件取一半结构进行动态特性计算的差异，并与结构设计软件TBSA的计算结果进行了对比，得出一些有益的结论，可供该类型结构抗震设计与动力计算参考。     

楼板开大洞框支剪力墙结构动力特性研究

以某高层商住楼结构为原型,建立了楼板开大洞的框支剪力墙结构空间有限元分析模型,研究了结构参数改变对其动力特性的影响。认为楼面开洞率不宜过大,在开洞的楼板间宜层层设置或隔层设置连接构件,并应设置落地核芯筒,以加强结构整体性。     

框剪结构与地基动力相互作用分析

本文首次将模拟地基的映射动力无穷元与有限元耦合模型应用于框剪结构-地基系统的动力相互作用分析中.分析了E_g/E_s,H/L等参数对上述动力耦合系统相互作用的影响,得出了一些有益的结论.     

异形柱一框支短肢剪力墙结构在地震作用下非线性地震反应分析

本文结合工程实例,对某框支短肢剪力墙一异形柱框架结构进行了非线性时程分析,介绍了弹塑性地震反应分析中采用的空间整体动力模型、纤维梁元模型、墙元模型及动力微分方程的积分方法。通过分析得到该结构层间位移角包络图和塑性铰分布情况等反映结构性能的指标,分析结果表明：该结构在设防烈度为6度的地区是可行的。     

无背索独塔斜拉桥的静动力特性研究

结合一座跨径为116 m的预应力混凝土无背索独塔斜拉桥,对其空间进行静力分析,借用Midas软件对该桥空间应力有限元分析,再现了大桥成桥状态下各构件的应力和变形情况,并初步探讨了无背索斜拉桥的动力特性,以丰富该桥型的研究内容。     

带暗支撑剪力墙损伤累积静力弹塑性分析

在多垂直杆剪力墙单元模型的基础上进行改进,把多垂直杆的轴向刚度和剪切刚度相结合,即每根垂直杆传递轴力的同时还传递剪力,考虑钢材和混凝土损伤累积效应对剪力墙的影响,在上述基础上提出考虑材料损伤累积效应的带暗支撑剪力墙模型,模型更接近带暗支撑剪力墙的受力性能。利用该模型编制的相应程序,对两片分别带有型钢暗支撑和钢筋暗支撑的剪力墙模型进行弹塑性静力加载数值模拟分析,计算结果和试验结果吻合较好,说明方法应用可行。     

基于不同本构模型的混凝土结构地震倒塌对比分析

基于混凝土材料本构模型,结合精细化结构单元模型和高效稳定的数值算法,实现了混凝土结构的动力倒塌全过程分析。对建模方法、结构分析方法、材料与构件失效准则等进行了简要介绍。以某钢筋混凝土框架-剪力墙结构为例,分别采用混凝土弹-脆性本构模型、弹塑性本构模型和随机损伤本构模型进行了结构地震倒塌全过程分析。结果表明：混凝土本构模型对结构倒塌分析具有重要的基础地位,本构模型选取不当,将给出错误的倒塌模式或分析结果;混凝土随机损伤本构模型能够准确地预测结构的强非线性行为,可用于复杂混凝土结构倒塌全过程的模拟。     

基于ETABS软件钢管砼板柱结构体系地震响应分析

利用结构有限元分析软件ETABS建立了框架-剪力墙钢管砼板柱结构分析模型,研究了钢管混凝土柱对结构地震反应的影响,地震作用在剪力墙、框架和钢管混凝土柱之间的分配等问题,并与框架-剪力墙结构的地震响应特性进行了对比。结果表明,作为新型的结构体系,框架剪力墙-钢管砼板柱结构抗震性能良好,并且动力反应层间位移低于规范中的限定值。在同样条件下,可大大减小内柱的截面面积。地震作用全部由剪力墙和边框架承担,应加强边框架设计,提高边框架的抗侧刚度。通过合理设计,在8度设防条件下,该结构形式可以略超出规范中关于结构高度的限制。     

钢筋混凝土双肢剪力墙非线性静力有限元分析

利用有限元软件ABAQUS中的混凝土损伤塑性模型,采用分离式方法建立有限元模型,对钢筋混凝土双肢剪力墙进行了非线性分析;在与试验结果进行对比分析的基础上,选取了用于钢筋混凝土剪力墙非线性有限元分析的材料破坏准则和本构关系进行建模;通过数值计算,分析了轴压比、墙连梁跨高比、墙分布钢筋配筋率、边缘构件配筋率对钢筋混凝土双肢剪力墙的承载能力、延性、破坏形态等的影响。结果表明:轴压比、分布钢筋配筋率和连梁跨高比对钢筋混凝土双肢剪力墙的受力性能影响较为明显;边缘约束构件配筋率对墙体的影响较小。