钢筋混凝土平面框架节点单元BCJ⁃5N

本文基于四根刚臂梁结合12个外接一维单元建立了钢筋混凝土框架节点单元，单元具有5个节点15个 自由度，称之为“BCJ-5N”单元．每个节点具有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．单元考虑了梁受力钢筋在框架节点内的黏结滑移作 用，并通过钢筋混凝土梁正截面强度设计建立了梁端弯矩与截面转角关系的骨架曲线，结合Lowes加载卸载模 型，组成了完整的静力、动力分析的框架节点单元，并将其移植到 ABAQUS通用分析平台上，通过对两跨三 层钢筋混凝土框架结构的滞回分析和三跨三层钢筋混凝土框架结构的动力分析两个算例，验证了本模型适合于 进行循环荷载和动力荷载作用下平面框架结构非线性响应分析．     

HPFRCC梁柱组合件节点核心区力学性能及计算模型研究

为了研究高性能纤维水泥基复合材料(High-PerformanceFiberReinforcedCementitiousComposites,HPFRCC)对框架结构节点核心区力学性能的影响,本文对6个预期损伤部位采用HPFRCC材料的带板梁柱组合件和1个钢筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)梁柱组合件进行拟静力试验,分析其节点核心区受剪承载能力、变形能力等．研究结果表明,与RC梁柱组合件节点相比,HPFRCC梁柱组合件节点核心区的受剪承载力提高了11.1%;峰值点的剪切变形减小了10.3%,节点核心区剪切变形对层间变形的贡献比率降低了22.7%．柱端弯矩增大系数的取值和翼缘板的宽度取值对HPFRCC节点核心区的剪切变形有显著影响,柱端弯矩增大系数达到1.6或者翼缘板宽度取值为8倍板厚都可以使节点核心区峰值点对应的剪切变形控制在0.01左右．采用BPE(Bayesian Parameter Estimation)方法进行理论分析,分别建立HPFRCC梁柱节点的剪切强度计算模型和剪切变形计算模型,模型分析结果与试验结果符合较好．     

二节点变轴力平面梁柱单元

为了考虑平面梁柱构件在变化轴向荷载作用下的P-Δ效应,本文采用二节点平面梁柱单元,根据最小势能原理推导了单元的初应力刚度矩阵,并分别阐述了应用该单元求解结构临界荷载因子及迭代计算荷载-位移反应的方法。通过两个简单算例验证,该单元比常规的二节点常轴力梁柱单元更有效、精度更高。     

一种新的墙单元

本文提出了一种新的空间墙单元模型，这种墙单元把土建中常用的剪力墙作为它的一种特殊情形．本文基于四边形单元所提出的墙单元在平面内是一块膜，它除面内的两个平动自由度外还具有绕平面转动的自由度；平面外是一块弯曲板．因而它是膜和板的一个组合，它的每个节点具有空间的全部六个自由度．由于考虑了空间墙平面内和平面外的刚度，因此这种新的墙单元能够直接与三维框架的梁、柱单元连接．它也能很容易地处理墙的空间变形。     

考虑翼缘影响的异形柱框架节点抗裂性能分析

在钢筋混凝土异形柱框架节点受力分析的基础上,应用弹性理论推导出考虑翼缘尺寸影响的节点抗裂承载力计算公式,并给出了节点核心区截面有效验算宽度、截面有效高度的表达式.另外,对4个异形柱框架节点进行了低周反复荷载作用下受力性能试验研究,分析了异形柱节点内箍筋应变随荷载变化情况.试验结果表明:节点内箍筋的应变在节点开裂前较小,计算异形柱节点开裂承载力时,可以不考虑其影响;当节点开裂后,箍筋应变突然增大.该荷载为节点核心区的开裂承载力.最后,将提出公式的计算结果与试验结果进行对比,表明该公式具有较好的适用性.     

一种新的墙单元

本文提出了一种新的空间墙单元模型，这种墙单元把土建中常用的剪力墙作为它的一种特殊情形，本文基于四边形壳单元所提出的墙单元在平面内是一块膜，它除面内的两个平动自由度外还具有绕平面转动的自由度，平面外是一块弯曲板，因而它是膜和板的一个组合，它的每个节点具有空间的全部六个自由度，由于空间墙平面内和平面外的刚度，因此这种新的墙单元能够直接与三维框架的梁、柱单元连接。它也能很容易地处理墙的空间变形。     

钢管混凝土柱-钢梁节点的力学性能分析

基于弹塑性有限元理论建立了钢管混凝土柱-钢梁节点荷载-位移全过程非线性有限元模型,在单元分析中采用改进的AUL表述推导得到梁柱单元刚度矩阵方程,同时考虑了材料的物理非线性和单元的几何非线性,并编制了非线性有限元程序NLFEACFST。采用该模型对相关研究者和作者进行的节点试验进行了分析,理论计算结果与试验结果比较表明,该模型具有很好的适用性和精度。在理论分析模型得到试验结果验证的基础上,对典型的中柱节点进行了荷载-位移全过程非线性特性分析,并对影响节点承载力和荷载-位移骨架曲线的因素进行了参数分析,为进一步从理论研究钢管混凝土框架结构的力学性能创造了条件。     

具有半刚性节点性质的平面刚架弹簧单元的研究

联合应用力法与逐段刚化法推导出具有半刚性节点性质的弹簧节点梁单元和平面刚架弹簧单元的单元刚度方程. 该方法具有物理概念清楚,推导过程简便、巧妙的特点. 本文所建立的弹簧节点梁单元和平面刚架弹簧单元可以应用在具有半刚性节点性质的工程结构的承载力分析与计算中.     

平面Cosserat模型有限元分析的4和8节点单元与分片试验研究

经典连续体理论不包括物质内部尺度,当考虑应变软化问题时,有限元结果对网格具有很强的依赖性。与经典连续介质力学理论不同,Cosserat连续体模型在传统平动自由度的基础上添加了一独立的旋转自由度,在本构模型中引入了内尺度参数。本文研究了基于Cosserat理论的平面4和8节点等参元以及8（4）节点线、角位移混合插值等参单元,给出Cosserat单元分片试验的实施过程。最后将单元运用到小孔应力集中问题的分析当中,通过计算结果与理论解的比较,表明了4和8节点以及8（4）节点等参元的适用性,为问题的非线性分析打下基础。     

基于有限单元柔度法的材料与几何双重非线性空间梁柱单元

从有限单元柔度法的基本思想出发,基于完全拉格朗日格式(TL格式),建立了能考虑材料与几何双重非线性的一般化空间梁柱单元,适用于满足Euler-Bernoulli梁柱二阶分析理论假定的空间杆系结构非线性分析。另外,在梁柱单元截面分析中引入纤维模型,使其适用于解决钢筋混凝土这类复合材料结构的非线性分析问题。对钢筋混凝土双向偏心受压柱试验结果的模拟分析表明,本文所提方法是正确、可靠的,能有效地分析钢筋混凝土框架柱的材料与几何双重非线性问题。     

高层建筑结构边节点抗震性能研究

通过7根留有施工缝的高层建筑结构边节点的低周反复抗震性能试验,研究了轴压比、节点核心区的混凝土强度等级、柱中混凝土在梁中的延伸长度等对梁柱边节点抗震性能的影响,对构件的破坏特征、承载能力、延性性能、滞回曲线和骨架曲线进行了对比分析。试验结果表明:所有试验构件均为梁端受弯破坏;柱中混凝土在梁中的延伸长度对骨架曲线的形态、屈服荷载和最大荷载都没有显著影响;但是延伸长度对节点的延性性能是有影响的,延伸长度为0.5h(h为梁高)的边节点构件的位移延性系数小于延伸长度为1.0h和1.5h的构件。     

A biaxial hysteretic model for a structural system incorporating strength deterioration and pinching phenomena

A biaxial hysteretic model is developed to take into account the commonly observed hysteretic characteristics of strength and stiffness degradation, pinching and biaxial interaction. The concept of zero force point is proposed to develop the biaxial hysteretic model. Two non-linear inelastic springs and one linear elastic spring are connected in parallel to define the cyclic behavior of the proposed biaxial hysteretic model. The proposed biaxial hysteretic model is rate-independent and capable of simulating not only global (such as story shear force versus story drift response of the whole structure) but also the local hysteretic behavior of structural member (such as moment versus curvature or plastic rotation response of a structural element). The biaxial cyclic loading test data of six reinforced concrete columns, which are designed for flexural failure and shear failure, are used to validate the proposed biaxial hysteretic model.     

高层空间框架结构动力分析的超级元子结构模型

本文将超级元和子结构的思想相结合,根据框架结构的变形特点,建立了高层空间框架结构动力分析的超级元子结构模型。模型中将楼面划分为子结构,在总结构层次将各子结构假想为二维连续体后用超级元来描述,而在子结构内部仍用经典有限元三维梁单元模拟。据此,框架梁位于同一超级元内,而框架柱连接不同的超级元。通过假设子结构内部结点自由度与总结构结点自由度的位移关系,得到超级元的质量矩阵以及框架梁和框架柱的单元刚度方程。该模型中空间框架结构的动力和非动力自由度均有大幅度的缩减,而刚性楼面假定可以进一步减少计算量。最后通过一幢30层钢筋混凝土空间框架结构的动力特性分析验证本文理论的正确性和适用性。     

基于小波有限元的车辆-轨道-桥梁系统竖向振动分析

基于小波有限元建立了车辆-轨道-桥梁系统竖向运动方程。将车辆、轨道和桥梁作为一个整体系统,钢轨和桥梁采用区间B样条小波单元离散,钢轨与桥梁之间的钢轨基础采用均布的弹簧和阻尼模拟,采用虚功原理建立了基于小波有限元的四轴车辆-轨道-桥梁竖向振动分析模型。结果表明,采用区间B样条小波单元可较大程度上减小系统的自由度数,缩减计算量,节省计算时间。     

超高层钢筋混凝土结构不同强度等级混凝土梁柱节点的模型实验与有限元分析

本文应用环氧树脂加添加剂的高分子材料模拟不同强度等级的混凝土，用特制的合金材料模拟钢筋，做成带有复杂多层钢筋笼和钢筋箍的梁柱节点模型。在模型内部钢筋和模型表面上粘贴了应变片，进行了模型实验。在考虑复杂钢筋配置的情况下，应用多重多枝子结构方法，在微机上进行了具有十万多个自由度的有限元分析。并将实验与有限元分析结果进行了比较，为梁柱节点的合理设计提供了重要的参考依据。     

Investigating effects of various base restraints on the nonlinear inelastic static and seismic responses of steel frames

This paper deals with effects of various base restraints on the nonlinear inelastic static and seismic response of plane and space steel frames. The inelastic behavior is captured by a plastic fiber beam-column method, in which the beam-column member is monitored by integration points along the member length, and the cross-section is meshed into several sub-sections. The second-order effects are considered through the use of stability functions and the geometric stiffness matrix. The effect of shear deformation is also taken into account. The column-base restraint is simulated by using a multi-spring connection element developed by authors. The independent hardening model is employed for performing hysteretic loops of rotational springs under seismic loadings, whereas mathematical models are adopted for representing moment-rotation curves of those springs under static loadings. The accuracy and efficiency of the proposed program are compared with an experimental test, numerical examples of previous studies or SAP2000 commercial software. The results show significant differences of steel frames with various base restraints. Nonlinear semi-rigid base restraints perform strongly damping ability due to energy dissipation through moment-rotation hysteretic loops.     

Finite element analysis for train–track–bridge interaction system

This article deals with the dynamic analysis of train–track–bridge interaction system using the finite element method. In this interaction system, each four-wheelset vehicle in the train is modeled by a mass–spring–damper system with 10 degrees of freedom; the rails and the bridge decks are modeled as a number of Bernoulli–Euler beam elements, while the elasticity and damping properties of the rail bed are represented by continuous springs and dampers. The equation of motion for the interaction system is presented in matrix form with time-dependent coefficients. The correctness of the proposed procedure is illustrated by a comparison with the numerical result from the existing literature. Several numerical examples are chosen to investigate the effect of two types of vehicle models, two types of bridge models and three damping values of bridge on the maximum dynamic responses of train, track and bridges.     

混凝土断裂的连续-非连续方法

采用有限元形函数作为单位分解函数,位移间断用富集节点的附加自由度表示,建立了允许在单元内部位移非连续的局部富集公式以表征混凝土的开裂区域．富集基函数由节点形函数和节点形函数与间断函数的乘积的并集构成．非连续位移的扩展路径完全与网格结构无关．不同于以非协调应变为基础的嵌入非连续模型,对单元的类型没有限制而且间断位移可以贯穿单元边界．局部富集思想与扩展有限元类似,但富集点自由度保持节点位移的物理意义不变,使相邻单元无需进行富集运算．在变分公式中引入混凝土粘结本构定律,推导了考虑断裂过程区非线性影响的基本方程．对混凝土粘结裂纹扩展的数值模拟说明了该计算方法的有效性．