离散单元法在钢筋混凝土构件非线性分析的应用

目的为了研究钢筋混凝土结构在地震作用下的力学性能,建立了钢筋混凝土杆件的杆段多弹簧模型.方法将离散单元法应用于钢筋混凝土构件的非线性分析.结果编制了钢筋混凝土柱的非线性分析程序,对单调与往复水平加载下的钢筋混凝土悬臂柱进行分析研究,计算结果与有限单元法相近,可较好地把握柱的滞回性能.结论运用本文模型将离散单元法应用于钢筋混凝土构件非线性分析具有交好的精度,是可行的.拓展了离散单元法的应用范围.

用于钢筋混凝土连梁地震反应分析的考虑非线性剪切的纤维梁单元Ⅰ:原理与开发

长期以来,普通配筋钢筋混凝土(RC)连梁在剪力墙、框架核心筒等高层结构体系中均得到了广泛的应用。在对该类体系进行地震反应分析时,迫切需要一个高效、准确且建模方便的连梁计算单元。该文基于对国内外普通配筋RC连梁试验的归纳总结及各类考虑非线性剪切效应的构件计算模型的充分比较,提出了在传统的基于纤维截面模型的分布塑性铰梁单元的基础上引入截面剪力-剪切变形关系和剪力-剪切滑移关系的单元开发思路。通过对通用有限元程序MSC.MARC(2007r1)的梁单元截面模型接口进行二次开发,实现了一种适用于普通配筋RC连梁非线性地震反应分析的纤维梁单元。提出了适用于普通配筋RC连梁的剪力-剪切变形骨架曲线和滞回规则,模型可充分体现捏拢、强度和刚度退化、承载力下降等RC连梁复杂的受剪特性,并可考虑任意复杂加载路径。特别针对RC连梁特有的剪切滑移现象,提出相应的剪力-剪切滑移骨架曲线和滞回规则,可充分体现剪力-剪切滑移关系中捏拢、强度和刚度退化等现象,同时引入剪切滑移和剪切受压极限曲线实现不同破坏模式的判断。利用剪力-剪切变形关系和剪力-剪切滑移关系,分别开发了剪切单元和滑移单元,并将二者结合实现对连梁构件的模拟分析。

基于空间等效桁架单元方法的钢筋混凝土结构非线性分析

针对传统有限元分析的复杂性以及裂缝描述不准确等缺点,从空间应力单元出发,结合平面等效桁架单元的研究方法,提出了一种空间等效桁架单元;基于空间等效桁架单元和空间应力单元刚度等效的原则,推导了等效后的单元刚度矩阵、杆件截面面积和杆件轴力计算公式,探讨了空间等效桁架单元应用于钢筋混凝土结构非线性分析的相关问题;借助ANSYS 10.0采用该方法对一桥墩结构进行计算分析,并与采用平面等效桁架单元方法和试验方法所得结果进行了对比。结果表明:采用该方法对钢筋混凝土结构进行分析能够满足工程精度要求,并且能够准确描述裂缝的开展。

基于离散单元法的钢筋混凝土框架非线性分析

为了能够更好地描述在模拟强震作用下结构倒塌破坏过程中构件的断裂、碰撞等现象,在杆段多弹簧模型的基础上构建了节点单元来考虑框架梁柱的连接关系,进而建立了钢筋混凝土框架结构的离散元整体分析模型,并对钢筋混凝土平面框架在低周往复加载情况下的受力行为进行了数值模拟.分析结果表明,该模型能够较准确地描述复杂受力状态下钢筋混凝土框架的非线性力学行为,能够满足结构强震作用下倒塌全过程精细化分析的需求.

钢筋混凝土剪力墙单元非线性分析模型及其应用

本文简要评述了几种常见的钢筋混凝土剪力墙非线性宏观单元模型后,着重对多垂直杆剪力增非线性单元模型的几个重要问题如剪力变形的考虑方法、单元刚度矩阵的形式、垂直拉压杆及剪切弹簧的恢复力模型等进行了探讨与改进。最后给出了一个算例,并与试验结果比较,表明非线性宏观墙单元模型具有较好的计算精度。

利用ANSYS-Solid65单元对钢筋混凝土梁非线性分析

讨论了在有限元软件ANSYS中用于分析混凝土材料的Solid 65单元;详细介绍了混凝土和钢筋共同工作时相互连接的处理和建模建立的方法,利用Solid65单元对钢筋混凝土简支梁进行了分析。分析结果显示,用Solid65单元模拟钢筋混凝土材料所得到的荷载一位移曲线形状,能较好地反映钢筋混凝土梁破坏的力学特征。

考虑材料非线性时钢筋混凝土平面梁单元刚度的计算方法

在Cranston修正刚度矩阵迭代方法基础上,通过分步迭代措施和引入惩罚因子,对Cranston迭代方法进行了修正,解决了考虑材料非线性时,Cranston迭代方法计算钢筋混凝土平面梁单元的刚度有时不收敛的问题.

用多微段变刚度杆单元分析钢筋混凝土斜拉桥的非线性地震响应

预先确定斜拉桥的弹塑性区域,把包含多微段平面变刚度梁单元推广应用于大跨度斜拉桥的非线性地震响应分析,用微段的刚度变化模拟钢筋混凝土的弹塑性性能,对双塔单索面钢筋混凝土斜拉桥进行了考虑几何非线性和材料非线性的地震响应分析,编制了相应的弹塑性分析程序,并与Huges单元分析结果进行了比较。结果表明:本文方法能较好地模拟在强震作用下钢筋混凝土斜拉桥的非线性性能,可以在大跨斜拉桥的非线性地震响应分析中应用。

钢筋混凝土框架-剪力墙结构拟三维非线性地震反应分析

将基于自平衡力的钢筋混凝土框架结构和剪力墙结构的非线性地震反应分析组合在一起，构成框架－剪力墙结构的二维非线性地震反应分析，然后在二维分析模型上加上横向框架梁的空间约束作用，给出了钢筋混凝土框架一剪力墙结构的拟三维非线性地震反应分析．最后用此拟三维分析方法对美日合作研究试验的结构进行了分析，评价了分析预测和试验的反应结果。

一种钢筋混凝土非线性宏观单元——筒体墙单元

高层结构一般都要设置复杂的钢筋混凝土抗震墙,如何模拟这些复杂墙体的力学性能就成为高层结构弹塑性分析的关键。本文在梁柱单元、单片墙单元的基础上提出了一种筒体墙单元,并将此单元应用于高层混凝土结构推覆分析中。单元考虑了材料非线性,并采用较为精确的方法考虑了结构的二阶效应。理论与试验结果对比分析表明,筒体墙单元具有精度高、计算稳定和自由度少等特点,为复杂体型高层结构的弹塑性分析提供了有力保证。

钢筋混凝土梁单元双非线性分析的共旋坐标法

针对已有的钢筋混凝土梁单元非线性分析模型采用较多的假定和近似从而导致计算量增大及计算精度下降的问题,基于共旋坐标法建立了考虑材料和几何非线性的任意截面钢筋混凝土梁的数值分析模型.首先利用虚功原理计算共旋坐标系下完全粘结钢筋混凝土梁考虑材料非线性的切线刚度矩阵,再通过结构坐标系与共旋坐标系下节点力之间及节点位移之间的总量关系及微分导出的增量关系,最终获得钢筋混凝土梁在结构坐标系中考虑几何与材料双重非线性的切线刚度矩阵.算例结果表明,本文算法可减少计算量、不累积误差、精度高.

基于实体退化组合单元的钢筋混凝土多梁式T梁非线性分析

根据实体退化壳单元理论,推导单元的位移场,建立钢筋混凝土多梁式T梁的实体退化组合单元模式,其中纵向受力钢筋采用空间杆单元处理,并推求了其对实体退化组合单元刚度矩阵的贡献。采用Ottosen四参数屈服准则,考虑混凝土的材料非线性,以及通过V.Karman假设考虑了结构的几何非线性,分析几何非线性对此结构的影响。典型算例分析表明:考虑双重非线性的钢筋混凝土多梁式T梁的实体退化组合单元的计算结果与试验资料吻合良好;当偏载加载时,加载端边梁的受力钢筋应力发展较为迅速而首先达到屈服应力,其余各主梁的受力钢筋应力依次发展,直至结构破坏;对于钢筋混凝土多梁式T梁类实体结构,材料非线性效应明显,但几何非线性效应在一定范围内可以不计入。

钢筋混凝土梁非线性薄层裂缝单元数值模拟研究

从混凝土开裂的机理出发,提出将薄层裂缝单元模型用于钢筋混凝土梁的裂缝分析,可以兼顾离散裂缝模型直观和分布裂缝模型力学模拟性能良好的双重效果,能够将裂缝的力学行为及其对结构的影响较直观、真实的反映出来。编制了较为完善的计算机软件,并进行了算例分析,利用科学计算的可视化技术得到了梁从开始加载到出现裂缝、裂缝扩展和构件破坏的全过程。

砌体-钢筋混凝土组合墙非线性分析模型研究

为对砌体墙-钢筋混凝土墙组合结构进行弹塑性分析,在层间模型基础上推导出层间等效剪切型模型,并将该模型的计算结果与二元件模型、框墙模型以及有限元软件的计算结果进行对比,验证了建议模型的正确性。

基于薄层裂缝单元的钢筋混凝土结构非线性有限元分析

在分析了离散裂缝模型、片状裂缝模型以及断裂力学裂缝模型等裂缝模式的基础上,采用了薄层裂缝单元模型对钢筋混凝土结构进行了非线性有限元分析。用弹性力学的理论推导出了薄层单元的刚度矩阵,并将其内嵌入开裂混凝土单元中形成组合单元,简要介绍了薄层单元-混凝土组合单元刚度矩阵的计算方法。随后简要介绍了软件的设计,进行了算例分析,通过与试验结果的比较验证了模型的合理性和软件的计算精度及可视化程度。

钢梁-钢筋混凝土柱全钢连接节点非线性有限元分析

钢梁-钢筋混凝土柱组合结构(RCS)能够充分利用钢与混凝土材料的强度、刚度及延性等性能的优势。提出一种新型钢梁-钢筋混凝土柱全钢连接形式,采用有限元分析软件ANSYS对连接节点进行分析。结果表明:钢梁端部优先屈服,随后钢柱端部屈服,实现"强柱弱梁"的设计理念,且节点区采用全钢构式,延性耗能能力较好。分析了节点的受力机理,提出了节点设计的建议。

预应力混凝土梁非线性分析单元模型

为了能够准确有效地分析混凝土梁中预应力钢筋的力学性能,模拟结构中存在的普通钢筋、预应力直线钢筋和预应力曲线钢筋,提出了一种预应力混凝土梁非线性分析的单元模型。应用有限元理论,采用全拉格朗日列式的三维杆单元模拟预应力钢筋;采用实体退化组合壳单元模拟结构;应用钢筋单元和混凝土单元之间的位移场关系形成钢筋对混凝土单元的贡献,将预应力钢筋对结构的作用直接反映在单元模型内部。预应力混凝土T梁的破坏过程模拟结果表明梁的跨中挠度计算结果和试验实测数据吻合,单元模型有效地反映了预应力束的力学性能。

基于FENAP平台的钢筋混凝土桥墩非线性动力分析

为精细模拟钢筋混凝土桥墩的非线性动力行为,基于钢筋混凝土纤维梁柱单元实用模拟分析平台FENAP,研究了结合纤维梁柱单元与有限元软件ABAQUS进行非线性动力分析的原理,推导了动力分析过程,并开发了FENAP平台的非线性动力分析模块.应用该模块分别模拟了钢筋混凝土桥墩在单向地震激励下的数值试验和钢筋混凝土桥墩在双向地震激励下的振动台试验.结果表明,基于FENAP平台所开发的非线性动力分析模块,可有效模拟钢筋混凝土桥墩的复杂非线性行为,可考虑双向弯矩和轴力的耦合作用,且求解精度和计算效率较高,为长大桥梁结构的地震灾变过程模拟提供了一种实用分析手段.

钢筋混凝土非线性有限元单元疏密对计算结果的影响

利用非线性有限元方法，对钢筋混凝土构件进行计算时，单元划分是必不可少的工作。本文通过对矩形截面钢筋混凝土受弯构件单元疏密的研究，分析了疏密度Ｃ对计算结果的影响。

钢-混凝土组合构件非线性分析

采用三次多项式分段模拟混凝土、钢筋和型钢材料的非线性本构关系 ,以平截面假定为基础 ,推导出双向偏压钢筋混凝土、钢骨混凝土及钢 -混凝土组合构件截面非线性分析通用公式 ,得到的截面割线、切线刚度矩阵是线性与非线性刚度矩阵的叠加。应用标准有限元方法和截面非线性刚度矩阵 ,推导出梁单元刚度表达式。所得到的表达式含义清晰、计算简便 。