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。

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。

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。

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。

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。

考虑梁板柱空间协同效应RC框架“强柱弱梁”抗震设计效果非线性仿真分析

采用三维实体退化虚拟层合单元非线性有限元分析法,考虑梁板柱空间协同效应,经对一水平荷载作用单跨单层RC空间框架试验和一双跨四层RC空间框架底层边柱失效竖向倒塌试验进行模拟分析并与其试验结果对比验证之后,对按现行规范设计抗震等级二级和三级的双跨六层RC空间框架模型进行非线性有限元分析与研究,得出梁板空间协同经历"全开间T形截面"整体抗弯向"T形翼梁"+2"板带"抗弯机制转变;下部框架梁先行出铰,加快底层框架柱塑性铰出现,进而导致上部框架柱弯矩增大;抗震等级一级、二级RC框架能够达到"强柱弱梁"预期效果,而三级、四级框架则不能完好或不能实现"强柱弱梁"抗震设计机制等研究结论。

楼板参数对RC框架结构抗侧屈服机制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对按现行规范设计的抗震等级三级的两跨六层RC空间框架模型进行仿真分析,结果表明,随水平荷载增大框架梁端负弯矩和正弯矩区域的梁板由"全开间T形截面"整体抗弯分别向"三梁"("T形翼梁"+两"梁间板带")抗弯模式和"T形翼梁抗弯"+两"梁间板膜抗拉"模式转变;楼板参数对RC框架结构抗侧刚度和抗侧承载力影响明显,板顶钢筋对RC框架结构抗侧屈服机制影响最大,板底钢筋其次、楼板厚度次之。

RC框架结构梁板柱空间协同抗连续性倒塌非线性有限元分析

采用三维实体退化虚拟层合单元非线性有限元分析法,考虑梁板柱空间协同效应,经对一单层2×2跨RC空间板柱结构中柱失效倒塌试验模拟分析并与试验结果对比之后,分别对三种不同抗震设防RC空间框架结构模型进行连续性倒塌非线性仿真分析,得出随抗震设防烈度提高,框架结构抗连续性倒塌的空间刚度增大,倒塌模式从"缓变型"向"陡变型"转变;抗震设防烈度越高,结构竖向抗连续性倒塌能力越强;楼板膜效应延缓了梁悬链线阶段的出现,而框架梁对楼板膜应力机制和悬链面机制起到加强作用,楼板与框架梁协同工作在悬链线(面)阶段整体提高竖向抗连续性倒塌能力等研究结论。