纤维杆元模型在框架结构非线性分析中的应用

本文基于Fiber模型,结合分段变刚度概念,推导建立了便于框架结构非线性分析应用的纤维杆元模型,即由杆件两端弹塑性区的纤维子单元及杆件中部弹性区的弹性子单元组成。弹塑性区由于受力较大,采用精细的纤维子单元模拟,中间弹性区受力相对较小,直接采用弹性子单元代替;同时,应用增分理论,分别推导了三维纤维子单元及弹性子单元的单刚矩阵,并采用静力凝聚方法,集成了三维纤维杆元模型的刚度矩阵。另外,直接应用混凝土及钢筋的本构关系,利用该计算模型对一栋12层框架结构进行了时程非线性分析,计算结果与振动台试验结果进行了比较,比较结果表明两者在结构动力特性,位移响应方面等均吻合较好,验证了该模型的有效性,可为推广使用提供参考。     

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墙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。     

钢筋混凝土双肢剪力墙静力弹塑性分析

建立了由墙肢单元模型、连粱单元模型和连接单元模型组成的钢筋混凝土双肢剪力墙的静力弹塑性分析计算模型。墙肢单元采用以有限元为基础的宏模型；按是否出现对角线剪切破坏，分别建立短连粱计算模型和长连粱计算模型；为计及连粱与墙肢连接界面的相对位移，建立用复合弹簧模拟的连接单元计算模型；给出了确定模型参数的方法。对有关文献的短连粱和长连粱双肢剪力墙试件进行了静力弹塑性分析，分析结果与试验结果符合较好。     

钢管混凝土桥墩考虑粘结滑移效应的非线性纤维单元

基于粘结滑移理论和纤维模型建立了一个新的钢管混凝土桥墩单元,以提高钢管混凝土桥墩非线性分析的计算精度和计算效率。该单元是建立在小变形假定的基础上,同时忽略了剪切变形和扭转变形的影响。基于纤维模型的基本原理,将截面划分为不同的纤维组成,每根纤维的特性由材料的应力-应变本构关系描述,对截面上钢管、混凝土以及粘结滑移本构关系进行积分可以获得单元的非线性滞回特性;根据有限单元柔度法的基本理论,采用力的插值函数使单元始终满足轴力平衡和弯矩平衡条件。对比模型的计算结果和试验结果,可以看出本文模型具有良好的数值稳定性和鲁棒性,可以准确地计算钢管混凝土桥墩在复杂荷载作用下的滞回行为。最后本文对模型的适用性进行了讨论,分析了误差产生的原因并指出了需要进一步开展的工作。     

钢筋混凝土框架—剪力墙结构非线性抗震分析的一种空间力学模型

将钢筋混凝土框架－剪力墙结构离散为能模拟梁、柱、墙抗震性能的单元，采用杆系－层间模型进行结构的非线性抗震分析。本文的空间力学模型可考虑局部楼板变形对结构地震反应的影响，并可沿任意角度输入相互垂直的两个地震动水平分量，适用于框架一剪力墙复杂结构的非线性抗震分析。     

宏纤维压电层合壳结构非线性屈曲分析

以纤维压电MFC （Micro-Fiber Composite）层合圆柱壳为例，研究了其在准静态屈曲下的非线性振动响应。基于Reissner-Mindlin一阶剪切变形假设，采用大转角几何全非线性理论，建立了带有纤维角度的MFC层合壳结构的非线性屈曲与振动分析模型。采用全拉格朗日方程（Total Lagrange Formulation）对非线性模型进行线性化处理，并结合Riks-Wempner弦长控制迭代法进行准静态求解，然后在每个解点进行自由振动分析。通过与文献数据对比验证了所建模型的准确性。并用该计算模型对MFC-d31层合圆柱壳进行屈曲及自由振动分析，研究了几何参数（曲率、厚度、纤维角度和不同外加电压）对频率的影响。结果表明，厚度、曲率和纤维增强角度对结构的临界载荷有显著的影响，且结构的临界载荷随着上述参数的增大而增大；电场强度可对不同纤维角度壳体的自振频率进行调节，能够提高结构的临界载荷；纤维角度越大，电压对结构自振频率调节的效果越明显。     

框架结构P-△效应分析的微分求积单元法

采用一种新的数值方法——微分求积单元法分析框架结构的P-△效应。微分求积单元法采用微分求积法直接求解微分方程的技术，并结合有限分割技术而形成。首先建立考虑剪切变形和轴力二阶效应的框架结构单元平衡微分方程，通过微分求积离散而得到梁单元的一般弹性刚度方程；同时考虑变形后节点的平衡条件和变形协调条件，导出框架结构整体二阶分析的微分求积单元法力学模型。由于该分析模型中包括了单元及结构的所有离散形式的控制方程，因此采用该模型进行结构分析可得出较为精确的解。数值算例的分析比较，表明了该法用于框架结构P-△效应分析的正确性和有效性。本文导出的框架结构二阶分析的微分求积单元法力学模型可用于框架结构剪切变形与几何非线性的耦合效应分析。     

形状记忆合金纤维复合材料的等效力学行为

在Aboudi提出的胞元模型以及Liu等建立的形状记忆合金的本构模型的基础上，由Legendre多项式，假设每个子胞元的位移场、应变场和应力场，再由子胞元间交界面的应力连续条件和外荷载边界条件推导出基体为弹塑性材料的形状记忆合金纤维复合材料的胞元模型；模拟了呈周期对称的形状记忆合金纤维复合材料受轴向单向拉伸、横向拉伸和横向剪切荷载作用下的等效力学行为，与有限元解进行了比较，结果基本一致。与有限元法比较起来，本文推导出的形状记忆合金纤维复合材料的胞元模型更具高效性。     

钢筋混凝土桥墩弯剪数值分析模型

基于修正的压力场理论MCFT(The Modified Compression Field Theory)和纤维单元模型建立了钢筋混凝土桥墩的弯剪数值分析模型,以MCFT理论确定桥墩的剪切力-剪切位移关系,并与考虑桥墩弯曲变形的纤维单元模型组合,共同考虑桥墩的弯-剪-轴力耦合作用.通过与六个弯剪破坏控制的圆形截面钢筋混凝土桥墩拟静力试验结果的对比,对分析模型进行了验证.主要认识结论为基于MCFT理论可准确地计算弯剪破坏桥墩的屈服荷载、极限荷载和弹性阶段剪切刚度,剪切开裂是引起钢筋混凝土构件剪切力-剪切位移关系刚度突变的主要因素,而弯曲开裂与纵筋屈服对刚度的影响较小；分析模型对弯剪破坏桥墩的滞回曲线、弯曲与剪切变形成分均进行了较为准确的模拟分析.     

双轴反复荷载作用下钢筋混凝土空间框架结构滞回全过程分析

实际地震中结构所承受的地震作用是多维的。结构的恢复力特性是反映其抗震性能的一个重要属性。对地震作用下钢筋混凝土柱、梁塑性铰区的计算模型进行了分析,给出了塑性铰区等效长度的简便计算公式;建立了“有限纤维”空间线性梁单元模型并推导出了其刚度矩阵;使用“弥散法”来考虑梁锚固钢筋在结点区的粘结滑移对结构整体变形的影响。最后使用空间杆系模型对一承受双向反复荷载的框架结构进行了计算分析。分析表明所建立的计算模型是精确有效的。     

基于框-剪结构协同工作的抗振墙数量优化研究

针对当前抗震墙数量优化中多是定性分析的现状,根据框架-剪力墙结构整体受力特点,采用横向分类方法,将空间框-剪结构分解量化为榀结构形式。基于有限元思想及框剪结构空间协同分析的离散化原理建立了其力学分析模型及剪力墙优化模型,该力学分析模型能较好地反映结构整体工作性能的主要特征及考虑剪力墙剪切变形的影响,动力分析采用振型分解法计算地震作用,以遗传算法作为优化方法确定出了剪力墙的最优数量。计算结果表明该方法具有较高的精度,可为结构的设计提供参考。     

Investigation of fiber motion near solid boundaries in simple shear flow

In this paper, fiber motion near a planar wall was investigated using a planar shear flow apparatus. Fibers were placed (one at a time) perpendicular to the flow direction at various locations throughout the flow field. The location and orientation of each fiber versus time was measured, using an image processing system, until the fiber aligned with the flow direction. When the centroid of the fiber was located at distances greater than a fiber length from the wall, Jeffery's equations governing particle motion were verified. For distances less than a fiber length and greater than a fiber diameter from the wall, the fiber experienced an increased rate of rotation. In this regime, the motion of the fiber could be described by Jeffery's equations if an increased effective shear rate was used. The effective shear rate was found to increase logarithmically with decreasing separation distance. The wall effect was higher for longer aspect ratio fibers and was also a function of orientation; fibers oriented perpendicular to the wall rotated faster than those oriented parallel to the wall at the same separation distance. Once the fiber aligned with the flow direction, it ceased to rotate within the field of view. In this orientation, the wall had a stabilizing effect on the fiber. In efforts to relate the increase in shear rate to the aspect ratio of the fiber and the separation distance between the fiber and a solid wall, a translation model based on the work of De Mestre and Russel was explored. This model allows one to quantify the increase in shear rate experienced by the fiber due to the presence of a wall or obstruction in the flow field. However, the model has its limitations and care should be taken when applying this model outside its realm of validity. When compared to experimental data, the translation model provides a very good estimate of the increased shear rate experienced by the fiber when it is located less than 2/3 of a fiber length from a planar wall. Received: 20 April 2000 Accepted: 28 September 2000     

修正的RC剪力墙构件Park-Ang损伤模型

基于Park-Ang 损伤模型，提出了用于钢筋混凝土剪力墙构件的修正损伤模型．通过对已有钢筋混凝土剪力墙试验结果的统计分析，总结了其累积耗能组合系数的影响因素，并拟合出该系数与试件参数：剪跨比、轴压比、配筋率的关系式．修正的损伤模型需满足加载至破坏时损伤指标为1.0 的上界条件，结果表明，根据本文修正的损伤模型计算的钢筋混凝土剪力墙试件损伤指标在统计意义上满足该条件．最后，根据构件性能水准的相关研究，本文将钢筋混凝土剪力墙构件的性能水准划分为：基本运行，生命安全和接近倒塌，分别对应了构件骨架曲线相应关键点：屈服点、峰值点和极限破坏点，根据本文修正损伤模型计算的各水准损伤指标临界值分别为：0.02、0.45 和1.00．     

外框密肋复合墙抗剪机理及承载力计算

在外框密肋复合墙低周反复荷载试验的基础上,对墙体的抗剪机理进行了分析;依据极限平衡理论引入砌体抗剪承载力影响系数和框格承载力影响系数,同时考虑RC框格与填充砌块之间的相互作用;提出了外框密肋复合墙抗剪承载力计算公式;本文公式计算结果与试验结果、有限元数值模拟结果进行了比较。研究表明:本文基于水平薄弱层破坏建立的外框密肋复合墙抗剪公式较传统基于斜截面破坏建立的抗剪公式具有更明确的物理意义;本文公式计算精度较高,与试验结果、有限元数值模拟结果相差不到10%。     

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提出该结构体系在水平载荷作用下，可视为夹层复合构件，并提出了计算模型. 根据 变形协调原理对其进行受力分析，建立了多层多跨密肋复合墙体结构横向位移及各组成构件承 受剪力和弯矩表达式. 通过计算分析指出，各组件剪力分配只与各组件刚度及宽度比有关， 内墙板上部分配剪力大于下部，边框反之；各组件局部弯矩系数随$\lambda $的增加而减小，其整体工作性能增强，当$\lambda $增加到一定数值时，其工作性能与悬壁构件类似.     

用电化学方法测试动脉模型壁面剪应力

应用电化学方法,对动脉模型Ｔ型分叉部位流场壁面剪应力进行测试研究。测试了对于现有理论分析和数值计算都比较困难的高雷诺数（ＲＥ＝１０００－２０００）流动流场的壁面剪应力,并且对苦干不同雷诺数及不同支管分流情况进行了系列测试。通过实验发现,此部痊同时存在高剪应力区和低剪应力区,确定了它们的位置和剪应力的大上。系列测试还显示：随着雷诺数的变化,无量纲管应力有一定的变化;而当支管分流变化时,无量纲剪应力的     

纤维增强混凝土材料的界面剪应力分布研究

针对纤维与混凝土界面的破坏过程,提出了几种简化的粘结-滑移本构模型,以双线性局部粘结-滑移本构模型为基础,在受力平衡和变形协调的基本原理基础上,推导了纤维脱粘过程中界面剪应力的解析解.采用弹簧粘结单元,通过数值方法模拟了纤维与混凝土之间的粘结-滑移过程,给出了纤维与混凝土界面脱粘过程中界面剪应力的分布、变化情况.对解析解、有限元计算结果和试验结果之间的差异进行了对比分析,验证了简化模型的合理性和有效性.