虚拟层合单元法及其在桥梁工程中的应用

本文在提出一种新型层合板壳单元的基础上,为适应箱形、T形等截面形式比较复杂的桥梁的有限元计算,提出了“虚拟层台单元”及“虚拟层” 的概念.本方法可大大减少单元数目,大幅度地提高计算效率,并可以十分容易地处理斜弯桥、变截面、变高度及复杂边界条件的问题,而且达到相当满意的精度,具有广泛的工程应用前景.

预应力混凝土桥梁分析的虚拟层合单元法

通过将预应力束对桥梁结构的作用转化为等效荷载,提出了用虚拟层合单元法分析预应力混凝土桥梁的方法。结合一座具体的桥梁进行了实例分析计算,同时利用有限元通用分析程序SuperSAP进行了对比。结果表明,采用虚拟层合单元法分析预应力混凝土桥梁能够给出令人满意的结果,并且具有划分单元数目少、计算效率高、适应性强的优点。

三维实体退化虚拟层合梁单元在钢曲梁极限承载力分析中的应用

提出采用三维实体退化虚拟层合梁单元计算钢曲梁极限承载力的方法。考虑结构的几何非线性和材料非线性,利用该单元编制了极限承载力计算程序,并将其应用于钢曲梁极限承载力的分析。计算实例表明,该单元收敛快,稳定性好,在单元数较少的情况下,具有较高的精度。由于能克服壳体单元或梁段单元法的缺陷,该计算方法具有更强的通用性。

三维实体退化虚拟层合梁单元在梁极限承载力分析中的应用

提出采用三维实体退化虚拟层合梁单元计算梁极限承载力的方法。考虑结构的几何非线性和材料非线性,利用该单元编制了极限承载力计算程序,并将其应用于梁极限承载力的分析。计算实例表明,该单元收敛快,稳定性好,在单元数较少的情况下,具有较高的精度。由于能克服块体单元或梁段单元法的缺陷,该计算方法具有更强的通用性。

钢-混凝土组合梁桥徐变的三维虚拟层合元分析(英文)

采用三参数粘弹性模型,对钢-混凝土组合梁桥在长期荷载作用下的徐变性能进行了研究,并采用三维虚拟层合单元法研究这种效应以及截面由不同材料组成时结构的受力特点。在实验研究的基础上,拟合了粘弹性模型中的参数,并对钢-混凝土组合梁桥在长期荷载作用下的竖向变形和轴向应变进行了研究,通过对计算和试验结果进行对比分析验证了该法的准确性。

虚拟层合单元在有限元结构分析中的应用

利用等效数值积分化“分”为“合” ,把原来需要多个单元才能进行分析的多层、不同材料归为 1个单元内部的层 ,从而使有限元分析的单元数目大大减少 ,计算效率大为提高。

钢管混凝土压弯长柱非线性屈曲承载力的三维有限元分析

基于三维线弹性大变形理论,本文构造了三维非线性虚拟层合单元法,利用此法对钢管混凝土压弯长柱的非线性屈曲承载力进行了研究,有限元分析结果与试验结果符合良好.最后,以典型截面形式为例,研究了长细比、偏心率等参数对钢管混凝土长柱承载力的影响,研究结果可供工程设计和施工参考.

圆钢管混凝土压弯长柱非线性屈曲承载力的理论研究

基于三维线弹性大变形理论,构造了三维非线性虚拟层合单元法,利用此法对钢管混凝土压弯长柱的非线性屈曲承载力进行了研究,有限元分析结果与试验结果符合良好。最后,以典型截面形式为例,研究了长细比、偏心率等参数对钢管混凝土长柱承载力的影响,研究结果可供工程设计和施工参考。

底层不同柱失效RC框架梁板柱空间协同抗连续性倒塌机制非线性仿真分析

采用本课题组二次开发的基于三维实体退化虚拟层合单元理论的非线性有限元分析程序,通过对十层“九宫格平面”RC框架结构分别在底层内柱、边柱和角柱失效情况下梁板柱空间协同竖向抗连续性倒塌全过程仿真分析与研究,得出与失效柱相连的梁格区域楼板几乎始终处于偏心受拉状态,明显呈现“板膜偏拉”受力机制;与失效柱相连的贯通梁主要呈现“梁抗弯”机制,局部处于“偏心受拉”状态,始终未出现“压拱”和“悬链线”特征以及梁板柱呈空间协同竖向传力方式和整体抗倒塌机制等研究结论。

方钢管混凝土偏压柱非线性屈曲承载力的有限元分析

在方钢管混凝土偏压柱试验研究的基础上,提出核心混凝土的三维应力-应变关系模型,构造了非线性三维虚拟层合单元,并且利用此法对方钢管混凝土偏压柱的非线性屈曲承载力进行了有限元分析,计算结果与试验结果符合良好。

非网格重剖分模拟宏观裂纹体的扩展有限单元法(2:数值实现)

探讨了扩展有限单元法的具体实现过程,包括裂纹体几何结构的拓扑分析、广义节点的选取及详细的单元数值计算。并针对前文提出的扩展有限单元平衡方程的统一矩阵实现模式,提出了采用虚拟层合元的思想来处理被裂纹横贯单元的子域积分问题,自然地解决了原方法中由于特殊的位移插值场在裂纹两侧不连续造成的单元刚度阵求解困难。同时依托比较成熟的虚拟层合单元法,可以方便地考虑域内及裂纹面上分布载荷影响。此外,一、二维算例较高精度的数值结果验证了本文算法的有效性和精度。

RC框架结构梁板柱空间协同工作效应非线性仿真分析

针对RC框架结构梁板柱空间协同工作效应的非线性仿真分析问题,提出了建立在三维实体退化虚拟层合单元理论基础上同时考虑结构双重非线性的空间分析计算方法;先利用该方法及其程序对一RC空间框架单柱失效倒塌试验含其梁板柱空间协同工作效应进行了全过程分析,所得结果与试验实测吻合良好。据此,再以一典型的两层钢筋混凝土框架结构为例,给出了考虑梁板柱协同工作的结构空间效应和空间破坏形态的计算分析结果。分析研究表明,为考虑梁板柱空间协同工作效应的RC框架结构非线性仿真分析提供了一种合理有效的途径,计算方法具有很好的适用性。

墙柱截面特征及轴压比对RC框架和剪力墙抗侧性能影响非线性仿真分析

采用三维实体退化虚拟层合单元非线性有限元分析法,经对一个三跨4层RC框架-剪力墙模型模拟分析并与其试验结果对比验证之后,分别对方形和矩形柱RC框架、3种洞口类型RC剪力墙以及3种轴压比下的RC框架和剪力墙抗侧性能进行了模拟分析,得出方形柱RC框架侧移刚度退化速率较慢,剪力墙侧移刚度退化速率随洞口的减小而加快;RC框架和剪力墙前期侧移刚度随轴压比增大而提高,而其侧移刚度退化速率又随轴压比增大而加快,且轴压比越大侧移刚度退化系数极限值越低等结论。

RC框架梁板柱空间协同抗倒塌机制非线性仿真分析

现浇楼板对RC框架结构的承载性能有影响,准确分析考虑楼板贡献的RC框架结构抗倒塌性能与机制很有必要。采用基于三维实体退化虚拟层合单元理论的非线性有限元分析程序VFEAP,先分别对水平荷载作用下2层RC框架抗侧试验模型和竖向荷载作用下2层RC框架底层中柱失效抗倒塌试验模型进行梁板柱空间协同非线性分析,仿真模拟结果与试验结果吻合良好,表明分析程序具有很好的适用性;据此,再对10层九宫格平面RC框架结构进行底层内柱失效情况下竖向连续性倒塌全过程仿真分析与研究,根据分析结果得出,失效柱贯通十字梁格区域,几乎全部楼板始终处于偏心受拉状态,明显呈现板膜偏拉受力机制;与失效柱相连的贯通梁因楼板参与受力未出现压拱和悬链线机制,始终以梁抗弯机制为主,局部区域处于偏心受拉状态,可为完善梁板柱协同抗倒塌机制研究提供参考。

考虑现浇楼板影响的RC框架梁板柱协同抗连续性倒塌非线性有限元分析

为深入考察现浇楼板对RC框架结构抗连续性倒塌性能的影响,先对一2层带板框架静力坍塌试验进行仿真模拟,校核三维实体退化虚拟层合单元模拟分析法的准确性;通过对比空间4层框架底层有无楼板的情况,分析了结构在底层为独立梁格状态和肋梁楼盖状态下倒塌过程中的破坏形态与钢筋应力变化,得出肋梁楼盖结构中贯通梁因梁板协同效应并未像在独立梁格中触发“悬链线”机制;通过改变该空间框架底层板厚的情况,分析了不同板厚模型连续倒塌过程中不同的破坏形态与抗力表现,发现各模型贯通梁格区楼板均以失效柱为中心呈“花瓣形”薄膜受拉状态,随板厚增加薄膜受拉区逐渐回拢,应力等值线渐变稀疏,结构承载力相应提高。

虚拟层合单元法对箱形梁的空间分析

用虚拟层合单元法对平湖乍浦斜交桥进行空间有限元分析 ,并将计算结果与实测值作比较 。

圆钢管混凝土偏压长柱屈曲承载力的FEM法分析

构造了非线性三维虚拟层合单元法,对5组圆钢管混凝土偏压柱的非线性屈曲承载力进行了三维有限元分析,计算结果与试验结果符合良好.以典型截面形式的圆钢管混凝土偏压长柱为例,对其载荷-变形全过程进行了分析,给出了非线性屈曲承载力与长细比的关系,研究结果可为圆钢管混凝土柱的承载力设计提供参考.

薄板优化设计的二次性态模型法

在结构优化设计过程中 ,结构重分析的数值计算常常是主要的工作量 .为了提高优化效率 ,必须减少结构重分析次数 .采用一种称为“性态模型法”的近似重分析法时 ,完整的结构重分析次数将显著减少 ,重分析次数仅与变量数 n成线性关系 .此外 ,以往的薄板优化得到的是阶梯形的板厚分布 ,利用虚拟层合板单元的有限元计算得到的是连续性的板厚分布 ,因此更具合理性 .几个经典算例说明了性态模型法在优化设计中的有效性和实用性 .

钢管混凝土拱稳定分析的有限元法

在 2 0结点三维块体等参元及 1 6结点相对位移板壳元 [1 ] 的基础上、引入梁的基本假定 ,采用等效数值积分法 ,构造出 1 2 - 2 0结点三维退化平面和柱面层合曲梁单元 ,同时给出用于梁或拱线弹性稳定性分析的有限元列式 ,最后 ,以绍兴轻纺大桥为工程背景 ,计算出轻纺大桥钢管混凝土拱面内屈曲及面外侧倾屈曲的临界荷载。

异形变截面多室曲线箱梁桥的试验研究及三维有限元分析

在对某异形变截面多室曲线箱梁桥试验研究的基础上,构造可以综合考虑拉压、弯扭、畸变、剪力滞及其耦合作用的三维虚拟层合单元法,并对该异形桥梁进行空间有限元分析。理论分析和试验研究表明,利用此法对这种复杂的异形桥梁结构进行空间分析,具有模型单元少、计算效率和精度高的特点,完全可以满足实际工程的需要,是一种简单方便的实用计算方法。最后,综合考虑在一期恒载和纵向预应力筋作用下其应力的空间分布情况。研究成果可供工程设计和施工参考。