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。

虚拟层合单元与杆单元在桥梁预应力混凝土结构分析中的合成方法

对预应力混凝土的计算方法和研究现状做出了评价,提出针对预应力混凝土结构分析的单元形式。通过自由度变换,把空间杆单元的节点自由度用空间虚拟层合单元的节点自由度来表示,即杆单元的节点无需固定在体单元节点上,共同模拟了预应力混凝土结构。在单元内采用选择性积分的方法计算单元刚度矩阵,用较少的单元模拟出了复杂的断面形式;并采用单独的空间杆单元模拟预应力束,能直接求解预应力对结构产生的变形和内力。经实例验证分析,使用该单元进行预应力混凝土结构分析,在网格划分比较稀疏的情况下,仍然获得较为精确的结果,较传统的预应力计算方法更为简单、更为准确。

虚拟层合单元在平面梁和拱形状优化中的应用

本文在虚拟层合单元的基础上 ,为适应形状优化时边界变化的特点 ,构造了曲线分层的虚拟层合梁单元。这样 ,求解优化问题时仅把特定的层厚作为设计变量 ,无须改变原始数据结构 ,有限元网格只在优化初始生成一次即可。具有单元数少、设计变量少的优点。算例表明此法计算简便 ,结果可靠 。

基于空间虚拟层合单元法的撑架连续板桥加固研究

用实体退化虚拟层合单元法 ,建立多层复合板单元模型 ,对撑架连续板桥加固方案进行研究。计算结果证明 ,实体退化虚拟层合单元具有计算精度高、单元划分和模型建立简单、方便灵活等优点 ,具有很高的工程使用价值。同时 ,又证明了该加固方案的合理性和可行性。

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。

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 。

一种新的层合梁单元

为了较好地解决大规模的工程问题 ,提高分析效率 ,本文根据近几年发展起来的相对位移板壳单元及层合结构的有限单元法 ,利用“补空”或“夹空”处理 ,构造了一种新的层合梁单元。由此 ,可以减少单元数目数 ,大幅度提高计算效率。数值算例表明 ,此法简单有效 ,并能达到相当满意的精度 。

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。

一种新型的层合块体单元及其工程应用

提出一种新型 8～ 2 0结点虚拟层合块体单元 ,利用该单元能有效地对箱型截面桥梁结构进行空间有限元分析。应用该单元对一座钢筋混凝土空心板梁桥进行了空间分析 ,计算结果与实桥测试值吻合较好。利用该单元对箱型截面桥梁结构进行空间分析时 ,可显著减少单元数目 ,提高计算效率 ,且具有较高的精度 。

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。

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。

连续曲线箱梁桥的空间有限元分析及试验研究

在对连续曲线箱梁桥试验研究的基础上,采用三维虚拟层合单元法对全桥进行空间有限元分析,计算结果与试验结果符合良好;该方法与过去传统的方法相比,具有引进的计算假定少、模型单元少且计算精度高等优点,完全能满足实际工程的需要。

钢管混凝土轴心受压构件极限承载力的有限元分析

采用三维虚拟层合单元法 ,对钢管混凝土和纯混凝土轴心受压构件在轴向荷载作用下产生的稳定承载能力和材料承载能力问题进行了分析比较 ,同时进一步分析了前者失稳破坏和材料破坏的界限值 ,模拟了前者第一阶失稳模态 ,结论与试验结果符合良好 .

长期荷载作用下钢管混凝土徐变的理论研究

为了解钢管混凝土在长期荷载作用下的变形特性,基于三维黏弹性理论,采用三参数线性黏弹性模型,提出了核心混凝土徐变的三维有限元分析理论和计算方法.在对两组RC梁长期加载实验研究的基础上,拟合了模型中的三个参数,并对钢管混凝土压弯构件的徐变规律进行了研究,分析中通过离散时间,采用切线模量法迭代计算得到徐变与持荷时间的关系,计算与实验结果符合较好.以典型截面形式压弯构件为例,研究了轴压比、长细比和偏心率等因素对钢管混凝土徐变的影响规律.研究结果可供工程实践和设计参考.

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。

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。

一种新的拱坝形状优化方法

虚拟层合单元可以应用于结构的形状优化。这一单元的主要思想在于引入了弹性模量等于零即无实际材料的虚拟层,基于这一特点,单元内层的厚度被取作设计变量,而决定外部边界的单元节点坐标在优化过程中却始终保持不变。于是,有限元网格只在优化初始生成一次,优化过程无需改变原始数据,由此避免了通常形状优化方法所需要的单元网格重新划分。拱坝形状优化过程中利用有限元法作为结构分析方法,而不是通常的拱梁分载法。1型拱坝的算例说明了这一方法的有效性和实用性。

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.

大跨预应力混凝土桥梁极限承载力计算

针对大跨预应力混凝土桥梁极限承载力的计算问题,提出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,并对大跨预应力混凝土桥梁极限承载力计算中的一些关键问题进行了探索研究,包括三维空间预应力效应的模拟;成桥内力的正确考虑;正确计及加载历史等。最后以一座典型的预应力混凝土连续刚构桥为例,给出了其具体的计算结果。分析表明,本文为考虑空间效应和破坏形态的大跨预应力混凝土桥梁全桥极限承载力分析提供了一种合理有效的途径,且计算方法具有很强的通用性。