某高层建筑结构静力与动力弹塑性分析

为提高高层建筑在罕遇地震作用下的安全性,以山东省济南市某居民小区单体高层剪力墙结构为研究对象,分别运用Push-over静力弹塑性分析方法、动力弹塑性时程分析方法分析结构的抗震性能。结果表明,随着楼层高度的增加,结构每层的层顶水平位移呈现对数曲线增加的变化趋势;倒三角加载的结构水平位移大于均布荷载加载的水平位移,且楼层越高,两者的偏差越大;不同水平加载方式下的基底剪力随层顶位移的增加均呈现明显的3阶段变化,分别为弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段,均布加载方式得到的极限弹性荷载以及极限荷载均大于倒三角方式加载;高层建筑基底剪力的动力发展过程与地震波的类型关系不大,但基底的峰值与地震波的输入条件有关。

氢冶金竖炉钢框架静力弹塑性分析——以河北张宣高科项目为例

氢冶金竖炉钢结构框架具有层数多、平台荷载大、高宽比大、周边附属结构多等特点,并且受工艺布置要求限制,其质量、刚度分布不均匀。为了研究竖炉钢框架在罕遇地震作用下的抗震性能,运用MIDAS GEN结构分析软件,采用Pushover方法对其进行静力弹塑性分析,重点分析在不同的侧力加载模式下结构的塑性铰发展情况、能力曲线及性能点、层间位移角等。结果表明:罕遇地震作用下,塑性铰主要出现在支撑和框架梁的两端,结构符合“强柱弱梁”的抗震设计要求;两种侧力加载模式下均能够找到结构的性能点,符合“大震不倒”的抗震设防目标;层间位移角满足规范限制,并指出应该重视对薄弱层部位的设计。

增量动力弹塑性分析方法的改进及其应用

本文主要对增量动力弹塑性分析(IDA)方法的两个方面作了改进:(1)以增量动力弹塑性分析方法的基本原理为基础,以快速非线性时程分析(FNA)方法为计算工具,形成快速增量动力弹塑性分析(FIDA)方法。(2)仅以IDA分析结果为基础,建立地震易损性曲线及地震破坏概率计算的离散型式。为了校验本文方法的可行性与有效性,应用增量动力弹塑性分析、模态增量动力弹塑性分析与快速增量动力弹塑性分析计算一个14层筒中筒结构试验模型,比较了用上述三种方法的计算误差与计算效率,比较了传统方法与本文方法计算该模型结构的地震易损性曲线的差别。

ABAQUS在超高层结构动力弹塑性分析中的应用

本文概述了现有的弹塑性分析方法即静力和动力弹塑性分析方法,并比较了其优缺点。同时,应用大型有限元软件ABAQUS对西昌某超高层建筑进行了动力弹塑性时程分析,对动力弹塑性时程分析方法在高层、特别是在超限高层分析中的推广和应用提供了有益的参考和借鉴。

承压结构的弹塑性分析研究

数值模拟是承压结构应力分析设计中经常采用的方法,与弹性分析相对应的应力分类法使用较为广泛,在法规及标准中规定得较为详细。该方法要求设计者能够准确的对应力进行分类,然后使用不同的准则进行控制。但是在一些特殊结构中一次应力与二次应力的划分较为困难,有可能造成保守,也可能造成冒进。采用ANSYS软件,通过简单模型的测试与分析,提出采用极限分析法或弹塑性分析法作为替代方案,并给出了有限元软件ANSYS实现的路径与方法。

弹塑性分析在超高层建筑结构设计中的应用

超高层建筑与普通建筑工程存在明显区别,因此对其建筑结构展开设计时,面临的要求也更为严格。通过对弹塑性分析技术的合理应用,可以充分发挥模型假设的优势,真实模拟出应力作用下建筑结构框架与材料的动态情况,并据此对建筑结构是否稳定、是否可靠做出判定。文章介绍了弹塑性分析技术,结合具体工程应用实例,对该技术应用于超高层建筑结构设计中时所发挥的作用展开了探析,希望能够对同类结构设计工作提供参考。

全直桩码头结构的静力与动力弹塑性分析

以江苏国华镇江港全直桩码头结构段为研究对象,针对全直桩码头的结构特点,基于《水运工程抗震设计规范》中的抗震计算方法,采用动力弹塑性分析方法和静力弹塑性分析方法,计算得到了码头结构的基底剪力—桩顶位移关系曲线、桩顶最大位移、塑性铰分布。结果表明,利用两种方法计算得到的基底剪力—桩顶位移曲线相关不明显;利用动力弹塑性方法得到的桩顶最大位移与利用静力弹塑性方法得到的性能点目标位移相差不大;两种方法分析得到的塑性铰位置分布相接近,即塑性铰主要分布在桩底和桩顶,并首先出现在陆侧桩底,然后向海侧发展,但利用静力弹塑性方法得到的塑性铰较多,分析结果偏保守。

静力与动力弹塑性分析在超限高层建筑结构抗震设计中的应用

随着我国经济的发展,超限高层建筑越来越多,如何评估和保证其在地震作用下的可靠性,是众多结构抗震工作者研究的课题。本文针对某超限高层办公楼采用静力弹塑性和动力弹塑性分析方法进行了研究分析。结果表明:对于超高层结构,由于高阶振型的影响显著,push-over方法中荷载的加载方式等需进一步研究,以使其分析结果满足设计要求。动力弹塑性分析方法即弹塑性时程分析方法,由结构初始状态逐步积分直至地震作用结束,能够计算结构构件在每个地震波记录时刻的地震反应。尽管这种分析的工作量是相当大的,但随着计算机技术的发展,弹塑性时程分析方法有广泛的应用前景。本文在目前研究成果的基础上,对某超限高层进行了分析,得到了满意的结果,对指导设计起到积极的作用。

套管、水泥环及井壁围岩组合体的弹塑性分析

基于多层组合厚壁圆筒理论,建立了套管、水泥环及井壁围岩组合体的力学模型,对均匀地应力作用下的组合体进行了弹塑性分析。推导了弹塑性条件下套管、水泥环及井壁围岩组合体的应力分布表达式,分析了线弹性、完全塑性等不同状态下组合体的受力特点,分别讨论了水泥环弹性模量对不同性质地层内套管外挤载荷的影响规律以及组合体的塑性极限问题。研究结果表明,水泥环的理想性能应为高强度、低刚度。其机理是利用高强度抵御地层载荷,利用低刚度降低载荷传递系数,从而达到保护套管的目的。由此,应加强新型高强低刚塑性水泥的开发。

深部圆形巷道破裂围岩的弹塑性分析

随着大量煤矿矿井开采深度的增加,在高围压的作用下,巷道围岩普遍出现破裂,而且围岩破裂范围在扩大的同时,往往出现继续破坏的现象。针对长的圆形巷道,将巷道围岩分成破裂区、塑性区和弹性区,采用Mohr-Coulomb准则,进行非关联弹塑性分析,获得其应力和变形的封闭解析解。通过利用在弹塑交界处应力连续的条件以及在破裂和塑性交界处径向应变连续的条件,获得确定围岩破裂区和塑性区半径的解析式。最后,给出一个算例,分析其破裂区和塑性区应力、应变的分布特点以及破裂区范围的影响。利用所获得的结果,可以为巷道的稳定性分析以及支护设计提供理论依据。

基于统一强度理论的破裂围岩劣化弹塑性分析

基于深部岩体良好的塑性变形能力和高地应力下瞬时破坏特性,建立了适用深部岩体力学行为的弹塑脆性模型。针对长的圆形巷道,将巷道围岩分成破裂区、理想塑性区和弹性区,同时考虑中间主应力和破裂区围岩弹性模量劣化的影响,采用统一强度理论进行非关联弹塑性分析,获得了围岩应力场和变形场的解析解。并通过补充围岩破坏条件获得了确定围岩破裂半径和塑性半径的解析式。最后结合算例,分析了中间主应力、破裂区围岩弹性模量劣化程度对破裂区范围和围岩变形的影响。

静力弹塑性分析(Pushover Analysis)的基本原理和计算实例

阐述了美国两本手册FEMA273/274和ATC-40中关于静力弹塑性分析的基本原理和方法,给出了利用ETABS程序进行适合我国地震烈度分析的计算步骤,并用一框剪结构示例予以说明,表明Pushover方法是目前对结构进行在罕遇地震作用下弹塑性分析的有效方法。

大震作用下RC框架动、静力弹塑性分析

该文对动、静力弹塑性分析的基本原理及实现步骤进行了简要的介绍。应用大型有限元软件MIDAS/GEN空间结构程序对一个6层RC框架结构进行了动、静力弹塑性分析和抗震性能评价。结果表明:两种方法都可从层间位移角、塑性铰分布及变形等方面对结构进行综合的量化评价,并能揭示出结构在罕遇地震作用下的薄弱环节,是实现基于性能设计的有效方法。最后通过对两种分析结果的比较验证了push-over分析方法的优越性。

深埋软弱岩层钻孔围岩应变软化弹塑性分析

为解决在软弱岩层中钻孔易塌孔、成孔难的工程问题,认为岩体黏聚力沿塑性区呈线性弱化,得出应变软化条件下钻孔围岩二次应力、位移和塑性区分布表达式。利用FLAC3D内嵌FISH语言,自定义岩体黏聚力,对钻孔围岩弹塑性分布进行数值模拟分析。研究表明,理想弹塑性模型下的塑性区半径公式为文中解黏聚力co=cs时的特解;考虑黏聚力弱化特性后,相同地应力条件下塑性区半径显著扩大,为修正Fenner解的1.4倍,钻孔围岩最大切向应力位于距钻孔中心约2.9倍钻孔半径处,应力集中系数小于2。成果应用于四川某矿井钻孔工程,表明当加固半径约为3倍钻孔半径时,成孔率在90%以上,取得较好技术经济效果。

带有剪力墙(筒体)结构静力弹塑性分析方法与应用

按照弹塑性性能等效、内力等效的原则,介绍了一种采用“等效柱”代替框剪结构中的剪力墙进行静力弹塑性分析的新方法,从而能够按照柱单元的塑性铰来模拟实际结构中剪力墙的塑性性能,并在实际工程中得到了应用,获取了静力弹塑性分析中剪力墙的各种有用的信息,其中包括层间位移、塑性铰出现的先后顺序、位置,以及塑性铰破坏的类型和破坏的程度等。结果表明,该方法是目前对带有剪力墙(筒体)结构进行静力弹塑性分析的有效方法。

精细有限元分析在静力弹塑性分析中应用

在某结构进行的静力弹塑性分析基础上,采用结构性能点处待分析重要型钢混凝土节点的内力,对其建立精细有限元模型,并进行弹塑性分析,得出节点应力分布,为设计提供参考。

结构静力弹塑性分析方法的研究和改进

在对结构静力弹塑性分析方法的物理意义进行了有益的探讨之后,指出了该方法存在的一些局限,考虑了结构第二、第三两阶振型对结构地震反应的影响,并在把MDOF体系转换为SDOF体系和进行等效SDOF体系的动力时程分析时,将结构视为两个不同的结构。数值结果表明:采用本文的改进方法以后,计算精度明显提高。

基于Drucker-Prager屈服准则的圆形巷道围岩弹塑性分析

考虑不同程度的中间主应力对屈服的影响,以Drucker-Prager屈服准则作为巷道围岩的塑性条件,推算出巷道围岩弹塑性区应力、塑性区半径和位移的解析解。研究表明,中间主应力对塑性区半径和位移的大小以及围岩应力的分布均有重要影响,并且验证了中间主应力效应的区间性。用单因素分析法,分别考虑不同内聚力、内摩擦角、原岩应力和支护阻力情况下,塑性区半径和位移的Drucker-Prager准则解、Mohr-Coulomb准则解和统一强度准则解的变化规律并对其进行比较,分析表明:相同条件下,塑性区半径及位移的Drucker-Prager准则解比Mohr-Coulomb准则解和统一强度准则解大,并且在较高内聚力、较低内摩擦角或较低原岩应力情况下Drucker-Prager准则解接近于Mohr-Coulomb准则解。采用Flac3D进行数值模拟,模拟结果与理论分析结果较为吻合。因此,适当的应用Drucker-Prager屈服准则将更能保证工程实践的安全性,更具实践价值。

北京当代MOMA结构基于性能的抗震设计及静力弹塑性分析

为了保证结构的抗震性能,近年来在复杂工程的结构设计中逐渐采用了基于性能的结构抗震设计方法。本文结合北京当代MOMA结构,描述了基于性能的抗震设计方法在结构设计中的具体应用及实施措施,同时采用静力弹塑性方法对结构进行不同方向、不同水准地震作用下的弹塑性反应分析。计算分析结果显示,结构在中震作用下所有柱及剪力墙未发生屈服、悬挑部分钢结构及其支撑柱保持弹性,实现了性能设计提出的性能目标,说明基于性能的抗震设计提高了结构的抗震性能,保证了"大震不倒"的设防目标。

无网格自然单元法在弹塑性分析中的应用

无网格自然单元法在构造位移插值函数时不需要单元的信息,只需要结点的信息,在裂纹扩展模拟、材料非线性分析、几何非线性分析以及三维计算等方面具有广阔的应用前景。阐述了将无网格自然单元法应用于结构弹塑性分析的过程和基本理论,给出了其位移插值函数的构造过程,并将其结果与常规的有限单元法进行对比,证明了该方法用于弹塑性分析的优越性。