薄钢板剪力墙结构滞回行为研究

为研究薄钢板剪力墙结构的滞回行为,采用通用有限元分析软件ABAQUS建立其非线性有限元分析模型,并对计算平台、单元选取、网格划分、初始缺陷施加及材料循环本构模型等予以介绍。结合国内外已有的钢板剪力墙拟静力试验,验证了提出的分析模型能够准确地模拟由于平面外变形、局部屈曲、塑性应变累积等因素造成的承载力和刚度退化、曲线捏拢等,并预测了结构的破坏形态。在此基础上,结合试验结果以及有限元分析结果对钢板剪力墙的滞回性能、承载性能、耗能行为、损伤退化特征以及断裂性能进行分析。试验和有限元分析结果均表明:不同的钢板剪力墙局部构造会影响结构的滞回性能、耗能能力、损伤退化行为以及承载性能;开竖缝钢板剪力墙能够显著提高结构的耗能能力,改善曲线捏拢情况,但其承载力有较大降低;加劲钢板剪力墙承载性能有所提高,但其荷载-位移滞回曲线仍然存在明显的捏拢现象,因此在实际工程中需要对加劲肋的尺寸进行优化,使其能够提供足够的约束,有效提高结构抗震性能。     

钻采井架钢结构的力学分析

钻采井架钢结构体系高宽比较大 ,柱截面尺寸相对较小 ,当其承受较大的竖向荷载时 ,几何非线性的P Delta效应将成为影响结构工作性能的主要因素。本文以钻采井架钢结构为研究对象 ,应用非线性力学的有限变形理论和有限元基本原理 ,建立U .L .列式的钻采井架钢框结构的几何非线性刚度方程和相应的有限元方法 ,可用于钻采井架钢结构的几何非线性分析计算。本文所用方法克服了经典梁柱理论的稳定函数法在轴力为拉、压和零时刚度系数表达式各异的不便     

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。     

基于向量式有限元的宏观剪力墙单元开发及应用

剪力墙在服役时受到弯剪扭的共同作用,其在强震作用下的非线性模拟分析一直以来都是研究的难点。采用Fortran语言编制了基于向量式有限元的剪力墙宏观单元(MVLEM),结合材料本构及Fischinger弹簧本构对剪力墙进行低周往复试验的数值模拟,其可以较好地反映剪力墙的非线性行为、滞回性能和捏缩性能。单元内力计算时不需单元刚度矩阵,在程序的编制有较大的优势,计算效率高于传统有限元程序,对于大型剪力墙结构的强非线性模拟计算具有较好的工程应用价值。     

节点轴向刚度对圆柱面巨型网格结构静力性能的影响研究

分别利用弹簧单元和大面积梁单元模拟节点轴向刚度和节点域,建立轴向半刚性节点结构的数值分析模型,考虑几何非线性和初始缺陷的影响,进行承载全过程跟踪分析,研究节点轴向刚度对结构静力稳定性、内力和位移的影响。结果表明:轴向刚度对结构影响较大,随着轴向刚度增大,稳定承载力随之增大,杆件内力分布趋于均匀,结构位移减小。进而研究了常用焊接球轴向半刚性节点结构的静力性能。结果显示:考虑实际节点轴向刚度后,稳定极限承载力比节点轴向刚性最大降低30.4%,最大挠度增大16.9%,可见节点刚接或是铰接则过高估计了结构的性能,但经计算发现轴向半刚性节点结构仍然满足设计要求。     

盾构管片接头接触面缺陷模型分析

为合理确定盾构管片接头节理单元（goodman单元）法向刚度,首先采用经典弹性接触理论与试验结果进行了对比,在经典弹性接触理论的接触面光滑、弹性假设与试验数据发生背离的背景下,提出了“接触面缺陷”假设,认为计算模型中的节理单元实质上是用来描述物理模型中的因“接触面缺陷”引起的初始非线性位移,而节理单元法向刚度实质上是轴力与接触面初始非线性位移关系的割线刚度。并以此为基础,提出节理单元法向刚度的确定方法以及相应的验证方法。与试验数据的比较和验证表明,以本方法确定的参数进行的反分析结果与实测的管片轴向位移以及弯矩-转角曲线非常吻合,本方法可得到试验数据的有力支持,是可行的。     

高层装配式斜支撑钢框架结构设计研究

针对远大S30工程的高层装配式斜支撑钢框架结构体系,分别采用振型分解反应谱法和线性时程分析法对整体结构进行有限元分析,得到了结构在多遇地震作用下的内力和位移响应。进行了结构整体的弹性设计,总结了该结构体系的设计方法。按规范对柱与柱座法兰连接的承载力进行了计算,并通过有限元分析和试验研究进行了节点强度和刚度的分析与验证。对梁柱节点进行了试验,研究其刚度变化规律,提出了采用弹簧单元在整体结构中建立节点简化分析模型的方法。研究结果表明：该体系中轻型钢楼梯对整体刚度的影响可以忽略,计算时可不建模分析;结构抗震性能满足现行规范要求,结构侧向变形曲线介于框架结构和剪力墙结构变形曲线之间;斜支撑降低了节点区的应力,增大了结构体系刚度,起到了减小柱计算长度、增强梁柱节点和柱与柱座连接的作用;柱与柱座法兰连接设计既满足设计强度要求,又实现了柱的刚性连接,保证了柱承载力和刚度的连续性。     

一种新型高效的几何非线性梁-柱单元

进行杆系结构有限元分析时,为得到足够精确的数值解往往需要将构件划分为大量的单元。单元数量的增加不仅会极大的增加计算代价,还易产生数值计算不收敛的问题。在梁-柱单元位移函数中引入了轴力的影响,将传统三次位移函数改进为四次位移函数,并推导得到了新型几何非线性梁-柱单元。新单元几何非线性刚度矩阵中考虑了单元位形变化对平衡方程的影响及单元位形变化对几何方程的影响,进而可以考虑二阶效应、弓形效应。采用新单元编制了有限元程序,算例分析表明:该新梁-柱单元精度得到了显著改善,可以极大减少非线性有限元模型的单元数量,在分析柱的稳定、梁悬链线效应等极限问题时具有显著优势。     

动态逆作开挖下有侧移钢管桩组的 整体稳定性能研究

有侧移静压钢管桩组支承的承载性能对于逆作增建地下室时既有建筑的安全保障至关重要。为获得逆作开挖下有侧移钢管桩组的整体稳定性能,提出一种考虑初始几何缺陷影响的钢管桩组非线性稳定承载力求解方法;基于线性特征值分析,就桩顶锚于原有基础（方案1）、桩顶锚于转换承台（方案2）两种方案,探讨土体水平抗力、原有基础抗弯刚度等因素对侧向约束的影响,求得稳定荷载和计算长度;继而引入一致模态和基坑侧移变形缺陷,采用非线性极值点分析初始缺陷的不利影响,基于此提出计算长度加大系数,进而求得修正后的非线性承载力;最后以单钢管桩组和整体模型为研究对象,对两种方案的侧向刚度差异及实际风载下的整体侧向位移进行分析。研究表明,相较方案1,方案2中有侧移钢管桩组在逆作开挖下的稳定承载性能有显著提升,不同土体水平抗力临界荷载比约为3.30~3.40;初始缺陷对钢管桩组的非线性承载力有不利影响,缺陷幅值越大,承载性能越差,工程设计中按包络法建议加大计算长度至1.15倍;风载作用下,两种方案中有侧移钢管桩组顶部的最大整体侧向位移约为50 mm,其引起的侧移缺陷对非线性承载力的不利影响不可忽略。     

不同连梁双肢剪力墙结构抗震性能非线性有限元分析

在带钢连梁混合双肢剪力墙结构研究的基础上,利用有限元分析软件ANSYS对普通连梁双肢剪力墙和带组合连梁双肢剪力墙两个结构进行了非线性分析,主要从荷载—位移曲线及水平侧移曲线、承载能力和变形能力、刚度退化等方面入手,将三者抗震性能作了比较,得出结论:带钢连梁混合双肢剪力墙结构延性好,且进入塑性状态之后刚度退化更明显,有利于结构抗震,为工程设计提供有意义的依据。     

基于拟力法的纤维梁有限元非线性分析方法

以拟力法中的弹塑性分解思路和纤维梁理论为基础,将梁单元的截面变形分解为弹性变形和塑性变形,并引入塑性自由度,在材料层面建立了基于拟力法的纤维梁有限元非线性分析方法。该方法可以保持结构整体刚度矩阵不变,其非线性状态通过局部塑性矩阵加以体现,在迭代计算时避免了结构整体刚度矩阵的实时更新与分解,且塑性矩阵相比于结构整体刚度矩阵规模小,提高了计算效率。通过数值算例,将文中方法与采用有限元软件ABAQUS的分析结果进行对比,两者吻合较好,证明了该方法的有效性。     

ANSYS软件在井架结构动态特性分析中的应用

使用ANSYS有限元软件对F320型石油井架模型的动态特性、承载能力进行了数值分析,对确定结构动态特性、承载能力的计算机方法进行了初步探讨,指出井架结构动态特性分析是石油井架结构承载能力动态测评方法的理论核心。     

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。     

向量式有限元膜单元及其在膜结构褶皱分析中的应用

向量式有限元法是一种基于点值描述和向量力学理论的分析方法,可有效模拟结构的空间大位移、大转动行为。推导了三角形膜单元的向量式有限元基本公式,详细阐述了通过逆向运动获得单元节点纯变形位移以及在变形坐标系下求解单元节点内力的方法。在此基础上编制了膜单元的计算程序,并通过算例分析验证了理论推导的正确性及所编制程序的可靠性。进一步将向量式有限元引入膜结构的褶皱分析,采用主应力 主应变准则和修正本构矩阵方法处理膜结构的褶皱问题,对一典型膜结构在面外荷载作用下的力学行为及褶皱发展情况进行跟踪分析,成功捕捉了从褶皱出现、褶皱大范围扩展直至褶皱最终消失的全过程,证明了该方法在膜结构皱褶分析中可有效克服传统有限元方法存在的单元刚度矩阵奇异、迭代不易收敛等问题。     

钢板墙束柱受力性能试验研究及理论分析

对3个1/2缩尺钢板墙束柱试件分别进行单调和往复加载拟静力试验,研究其在水平荷载作用下的破坏机理、抗侧刚度、受剪承载力及滞回性能;对钢板墙束柱试件建立有限元分析模型,并按照试验加载制度进行数值模拟分析,得到了钢板墙束柱试件的力学性能;在试验和有限元分析的基础上,提出了钢板墙束柱的抗侧刚度及受剪承载力理论计算式。试验、分析及计算结果表明,单调荷载作用下钢板墙束柱试件抗侧性能稳定,层间位移角达到1/50时,加载后期试件承载力不下降,延性性能好;往复荷载作用下钢板墙束柱试件的滞回性能稳定,层间位移角达到1/50时承载力没有降低,滞回曲线平滑、饱满;钢板墙束柱的抗侧刚度及受剪承载力的理论计算结果与试验及有限元分析结果很接近。     

桁架式钢骨混凝土门式框架抗震性能研究

为促进桁架式钢骨混凝土框架结构在抗震设防区的推广和应用,开展了1榀预应力及1榀非预应力桁架式钢骨混凝土门式框架试件在水平低周往复荷载作用下的拟静力试验,考察了试验过程及门式框架试件的破坏形态,研究了门式框架试件的滞回特性、骨架曲线、刚度退化、耗能能力、残余变形等抗震性能指标,分析了梁端、柱脚的弦杆和斜腹杆应变变化规律,得到了门式框架试件的出铰顺序。在此基础上,采用有限元软件ABAQUS,对桁架式钢骨混凝土门式框架试件开展了水平单调荷载作用下的受力性能分析。研究结果表明：两榀门式框架试件的水平荷载-位移滞回曲线均较为饱满,无明显的捏缩现象,呈现良好的抗震性能;施加预应力对框架的延性、耗能能力和变形恢复性能没有明显影响,但可延缓加载过程中裂缝的出现与延伸,并降低梁端和柱脚的损伤;两榀门式框架试件出铰顺序相同,均表现为“先梁端后柱脚”的顺序,达到了“强柱弱梁”的设计目标。有限元分析得到的框架破坏形态、极限荷载和单调加载曲线均与试验结果较为吻合。此外,通过参数分析可见,柱长细比和轴压比是该类门式框架抗震性能的主要影响因素,随着柱长细比的增加,框架承载力和侧向刚度降低、延性增加,而随着轴压比的提高,框架位移减小,延性降低。     

车辐结构平面内弹性稳定承载力及设计建议

车辐结构是一种新颖的索拱杂交结构,其稳定性能比纯拱结构有很大改善.本文根据非线性有限元理论,对20m、50m、80m三种不同跨度的车辐结构在全跨均布荷载和半跨均布荷载作用下进行了全过程稳定承载力研究;基于拱的矢跨比和索盘高度两个参数,从稳定极限承载力和位形变化两个方面对车辐结构的受力性能进行阐述.通过对大量算例及数值结果进行分析及比较,提出了车辐结构适用的矢跨比和索盘高度的变化范围,对工程设计有借鉴意义.     

波形钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究波形钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,完成了竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙、水平波形钢板-混凝土组合剪力墙以及平钢板-混凝土组合剪力墙拟静力试验,研究了波形钢板-混凝土组合剪力墙在低周往复荷载作用下的变形能力和破坏模式,分析了荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、各阶段特征荷载和位移值等,以及结构的破坏特征、变形和耗能能力、刚度和承载力退化。试验结果表明：波形钢板-混凝土组合剪力墙具有较大的抗侧刚度、较好的延性和耗能能力;与平钢板-混凝土组合剪力墙相比,波形钢板-混凝土组合剪力墙有较好的界面黏结性能,而平钢板-混凝土剪力墙由钢板变形引起的混凝土剥落严重;波形钢板-混凝土组合剪力墙的初始刚度较平钢板-混凝土组合剪力墙的高,竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙的承载力和极限位移较水平波形钢板-混凝土组合剪力墙的高,波形钢板-混凝土组合剪力墙的承载力退化和刚度退化比平钢板-混凝土组合剪力墙的慢,表现出较好的受力性能。采用ABAQUS有限元软件可以较好地模拟试验,有限元分析结果表明,波形钢板的应力分布比较均匀,组合作用效应明显,适合在抗震结构中采用。     

圆中空夹层钢管混凝土压弯构件滞回性能的有限元分析

利用有限元方法,对往复荷载下圆中空夹层钢管混凝土压弯构件的荷载-位移全过程进行计算。有限元模型中合理地考虑往复荷载作用下混凝土的损伤以及刚度和强度退化,同时考虑了钢材的包兴格效应,计算结果与试验结果符合较好。在此基础上,结合钢管和混凝土的纵向应力分布云图对构件的荷载-位移全过程进行分析。