波形钢板剪力墙拟静力试验及数值模拟

为对比波形钢板剪力墙和平钢板剪力墙的抗震性能,进行了水平、竖向波形钢板剪力墙试件和平钢板剪力墙试件的拟静力加载试验,并利用有限元软件对三种钢板剪力墙试件进行了非线性数值分析。试验及有限元分析结果表明:波形钢板剪力墙试件的承载能力和滞回性能显著优于平钢板剪力墙。有限元分析表明:三种钢板剪力墙模型的滞回曲线与试验试件的滞回曲线基本吻合,且模型的特征点位移、荷载与试验数据的相对误差在10%以内,模拟分析结果与试验结果吻合度较高,进而对钢板剪力墙深入研究;试验中发现约束边缘构件H型钢柱刚度不足,导致平钢板剪力墙过早发生平面外失稳破坏,波形钢板剪力墙其腹板未能充分发挥其力学性能。从有限元分析结果可知,将H型钢柱更换为刚度较大的方钢管柱,可以有效防止钢板剪力墙过早发生平面外失稳破坏,使得内嵌钢板的力学性能得以充分发挥,三种钢板剪力墙的抗震性能均有较大的提升,且其中竖向波形钢板剪力墙抗震性能最佳。在此基础上,以竖向波形钢板剪力墙为例,分析波幅和波长对其抗震性能的影响。有限元结果表明,随着波幅的增大,剪力墙的抗震性能逐步提高,但当波幅超过70mm时,其抗震性能提高的速度降低,随着波长的减小,剪力墙的抗震性能逐步提高,但由于波形钢板加工工艺的限制,波形钢板的波长为100mm左右时,剪力墙的抗震性能表现较好。     

钢连梁-部分外包组合剪力墙弱节点抗震性能研究

为研究钢连梁-部分外包组合剪力墙弱节点的抗震性能，设计出钢连梁-部分外包组合剪力墙模型试件。通过有限元软件ABAQUS,对其进行低周往复加载数值模拟，研究混凝土强度、水平加劲肋和竖向加劲肋构造形式、连梁跨高比等因素对节点抗震性能的影响。分析表明：钢连梁-部分外包组合剪力墙节点抗震性能优良，滞回曲线饱满且稳定，位移延性系数大于3,跨高比不大于3.8的试件梁端极限转角均达到0.05 rad,节点试件延性较好；混凝土强度的提高能够提高节点试件初始刚度，水平加劲肋和竖向加劲肋的设置提高了对墙肢混凝土的约束作用，能够有效阻止裂缝扩展速度。加劲肋是节点区域应力传递的有效途径，加劲肋的设置使节点区的应力能够平稳传递到相邻区域，降低了加载后期荷载下降速度，提升了节点抗震性能；随着连梁跨高比的增加，节点的承载力和刚度降低。当连梁跨高比大于3.8时，梁端极限转角由0.05 rad降至0.03 rad。     

三角形加劲肋T-Stub钢节点分流系数与尺寸效应分析

本文针对T型连接件(T-stub)带三角形加劲肋与无加劲肋两种构造形式的初始抗拉刚度的相互转换问题,运用了有限元软件ABAQUS研究了150组不同截面几何参数的带三角形加劲肋与无加劲肋T-stub的初始抗拉刚度,提出了适用于求解带三角形加劲肋与无加劲肋T型连接件初始抗拉刚度转换系数的简化计算公式,即力的分流系数;重点考察了腹板横截面与加劲肋横截面面积比、加劲肋高长比和螺栓到腹板距离与加劲肋长度比对分流系数的影响,该拟合公式计算结果与有限元和文献计算结果很吻合,满足精度要求.本文还分析了三角形加劲肋高度、螺栓到腹板距离和试件翼缘尺寸的变化对带三角形加劲肋T-stub初始抗拉刚度和屈服承载力的影响.     

非加劲钢板剪力墙的高阶弹性剪切屈曲分析

非加劲钢板剪力墙(SPSW)结构在水平荷载作用下易屈曲,形成主拉压应力场,并以拉力带方式提供水平承载力及抗侧刚度。传统拉杆模型(SM模型)用于非加劲SPSW结构分析或设计时忽略压力场的贡献,一般会低估高厚比较小的非加劲SPSW结构的抗侧能力。非加劲SPSW结构在水平力作用下会形成多波面外变形,与剪力墙板的高阶屈曲相似,可通过在修正的SM模型中引入对应于高阶屈曲的主压应力来反映压力场贡献,提高模型分析精度。考虑剪力墙板高厚比、高宽比及边缘构件刚度的影响,共设计66个单层、单跨和梁柱铰接的非加劲SPSW算例,并进行弹性屈曲分析。分析结果表明,高厚比及边缘构件刚度对非加劲SPSW结构的剪切屈曲系数影响不大;随着剪力墙板高宽比的增加,非加劲SPSW结构的剪切屈曲系数呈增大趋势。采用Matlab程序对66个非加劲SPSW算例的2～5阶剪切屈曲系数结果进行统计分析,并提出了简化公式。     

大数据条件下结构区间可靠性与概率可靠性比较

对于结构服役期间收集到的结构相关大数据，首先对数据进行整理与分析，根据数据的特征进行分类；然后利用应力-强度干涉理论建立结构大数据条件下区间可靠性计算模型与随机可靠性计算模型，按大数据所分类型，分别计算每一类型大数据中结构区间非概率可靠度指标与随机概率可靠度，在区间非概率可靠度指标与随机概率可靠度计算结果中，最小区间可靠性指标是结构最终的区间可靠性指标，最小随机可靠度是结构最终的随机可靠度．最后，利用两个算例说明了大数据条件下结构区间可靠性计算方法与概率可靠性计算方法的优点与缺点．     

Q690高强钢加劲T-stub试验及有限元分析

首先对两组焊接加劲T-stub节点进行了静力拉伸试验,对比分析了Q690高强钢与Q345普通钢T-stub节点的力学性能。然后采用ABAQUS程序对节点进行了有限元分析,获取了节点荷载-位移曲线、初始刚度、塑性承载力;与试验结果进行对比,验证了有限元模型的有效性;研究了不同设置方式和长宽比的加劲肋对节点刚度、强度、变形能力的影响。研究表明,Q690高强钢T-stub节点的塑性承载力比Q345钢至少提高28%左右,而延性及变形能力较差。采用单边设置加劲肋的方式对节点承载力的影响较小;双边设置加劲肋可以显著提高节点的刚度和承载能力,分别提高1.35和1.43倍左右,但极限后承载力和刚度退化明显加快。当加劲肋长宽比en/et1.0时,对节点的力学性能影响较大;当长宽比en/et≥1.0时,对节点力学性能的影响甚微。     

平面弯曲下带加劲肋的T型方管节点极限承载力分析

为得到加劲肋加强T型方管节点承受平面内弯矩作用下极限承载力提高系数ψ的表达式,本文在试验与有限元对比的基础上,用ABAQUS软件进行了参数化分析,并用Origin软件进行了回归分析。结果表明:支管与主管截面宽度之比β=0.4~0.7时,节点的破坏主要是上壁面屈服所致,加劲肋加强T节点极限承载力平均是无加劲肋节点的2.55倍;节点承载力与加劲肋厚度t_w、加劲肋宽度b_w、β皆呈正相关,影响程度为βb_wt_w;加劲肋承载力M_S随加劲肋厚度与主管截面宽度之比τ、加劲肋宽度与主管截面宽度之比η和β的增加而增加,其中三者影响程度大小次序为βητ,提高系数ψ随τ、η的增加而增大,其中η的影响大于τ,β对ψ的影响不大。最后得出了加劲肋加强T型方管节点承受平面内弯矩时极限承载力的计算公式。     

四边固定加劲板的非线性自由振动

针对工程中常用的加劲板, 研究了非线性振动的求解方法与振动特性. 将加劲板分为板与加劲肋两个部分考虑, 其中板视为考虑几何非线性的大挠度板, 加劲肋视为Euler梁. 假定加劲板的位移, 利用Lagrange方程结合系统能量和振型叠加推导了加劲板的动力平衡方程. 运用椭圆函数及摄动法计算加劲板非线性振动的单模态解, 多模态解则通过增量迭代法进行求解. 最后, 结合有限元软件ANSYS对一个四边固定且不可移动的加劲板进行分析, 讨论解的收敛性, 并分析两个方向设置不同数量加劲肋的情况下非线性自振频率与振幅的关系, 得到了一些加劲板非线性振动特性.      

STABILITY ANALYSIS FOR TANK-ROOF BASED ON RELIABILITY

根据加肋拱顶稳定性校核公式,应用结构可靠度理论,建立了油罐拱顶可靠性分析模型,对拱顶稳定性进行分析计算,以确定油罐拱顶的使用安全性. 运用最小距离法和有限差分法对该模型的可靠度进行求解.结合工程实例,分析了顶板自支承作用、肋板的加强作用在外载荷作用下对拱顶可靠指标的影响规律,拟合出可靠指标与拱顶各参数间数值关系. 通过对现役油罐拱顶稳定性进行可靠性评定,验证了该模型在现役条件下分析拱顶稳定性的可行性.     

带肋方钢管混凝土短柱承载力及延性研究

为研究设置加劲肋与增加壁厚对方钢管混凝土短柱承载力及延性的改善效果,在总用钢量不变前提下对无肋、单肋、双肋6个方钢管混凝土短柱进行了轴压试验,分析试件荷载-位移曲线、破坏特征和延性性能;同时采用ANSYS有限元软件对带肋方钢管混凝土短柱的荷载-位移曲线进行了计算,其结果与试验基本吻合。结果表明:设置加劲肋可延缓管壁的屈曲,增加试件的延性,但不能够提高试件的极限承载力;加劲肋宽厚比愈大,管壁的鼓屈发生越晚,对核心混凝土的约束效应愈低;同等壁厚条件下,单肋试件与双肋试件受力性能相当。     

考虑不确定性因素的有限元屈曲模型验证

研究了考虑不确定性因素的有限元屈曲模型验证和确认方法,提出了不确定参数选择的相关性和敏度分析方法以及基于面积度量的模型评估方法.针对化铣整体壁板,开展了有限元屈曲模型验证研究,首先利用8件试验件,获得了壁板屈曲载荷的试验值,然后依据试验加载情况,建立了考虑试验台的壁板有限元模型,最后利用面积度量方法对有限元模型进行了验证和确认.本文的模型验证和确认方法可为其他工程结构开展类似的工作提供借鉴.     

随机有限元方法与结构可靠性

简要介绍和综合论述了随机结构的有限元分析及可靠性分析方法的研究及发展情况．包括随机结构的离散化、随机有限元控制方程的求解、随机有限元可靠性方法及随机结构的可靠性分析等．讨论了随机结构分析中存在的一些问题．概要论述了可能的发展方向．     

结构可靠性分析方法——AFOSM的进一步精确化

给出了结构可靠性分析方法－改进一次二阶矩法（AFOSM）一套新的计算公式，并以纤维增强复合材料层合板结构为研究对象，运用随机有限元法（SFEM）数值计算方法分析各单层板的可靠性指标β。文中算例计算结果表明，本文给出的计算公式是合理的和有效的，而且用它所得计算结果比用原AFOSM所得结果更加精确。     

Reliability assessment of post-buckling compressive strength of laminated composite plates and stiffened panels under axial compression

A method for reliability assessment of the post-buckling compressive strength of laminated composite plates and stiffened panels under axial compression is presented in the paper. The prediction of the post-buckling compressive strength is performed by a progressive failure analysis which was developed based on a progressive stiffness degradation model and a nonlinear finite element analysis with a new explicit through-thickness integration scheme. A method coupled with the finite element analysis is proposed for reliability assessment where a finite difference method combined with an improved first-order reliability algorithm that omits the non-important random variables but retains sufficient accuracy was developed for reliability estimation. Two numerical examples are described demonstrating the capabilities of the method developed.     

管线随机有限元的抗震可靠性研究

基于动力分析的摄动有限元法及管线可靠度分析模型 ,建立管线的动态随机有限元方程 ,分析了管线质量随机性和几何特征随机性 ,得出了在Elcentro地震波的激励下 ,管线结构的动力响应及具有非穿透性裂纹的抗震可靠度 ;并与Monte Carlo有限元法进行计算比较 ,表明了方法的正确性和可行性     

The coupling of stochastic BEM and stochastic FEM with application in the reliability analysis of pile foundation

The coupling theory of the stochastic boundary element method and stochastic finite element method is put forward for the reliability analysis. Its application in the reliability analysis of pile foundation is illustrated.     

框填结构等效斜压杆的模型改进及其数值模拟

等效斜压杆理论是模拟混凝土框架填充墙的常用方法之一．为探索该理论在结构抗震动力时程分析模拟中的应用,基于有限元软件ABAQUS,针对某一多层框架砌体填充墙结构案例,建立梁杆单元模型．模型中运用改进后的等效斜压杆宽度计算公式,来定义交叉杆的截面属性,并通过子程序建立材料的非线性本构关系．通过该模型系统分析了其在地震作用下的动力时程响应,并进行了比较研究．计算结果表明,使用等效斜压杆理论对实际框架填充墙进行模拟是可靠的,可以为工程设计提供参考依据．     

曲线加筋Kirchhoff-Mindlin板自由振动分析

相比传统加筋板,曲线加筋板能够更充分地发挥材料力学性能.在加筋板力学分析中,厚板通常采用Reissner-Mindlin理论,然而当板厚较薄时易出现剪切自锁,离散的Kirchhoff-Mindlin理论采用假设剪切应变场可避免该问题.针对曲线加筋Kirchhoff-Mindlin板自由振动分析,采用离散的Kirchhoff-Mindlin三角形单元和Timoshenko曲梁单元分别模拟板和加强筋,根据板的位移插值函数及筋板交界面的位移协调条件,建立基于板单元位移自由度的有限元方程.为了验证方法的有效性和准确性,采用直线加筋薄板、曲线加筋薄板和厚板3种模型进行算例研究,通过收敛性和精度分析来选择合理的有限元网格密度.直线加筋薄板前20阶固有频率均与文献结果吻合良好;曲线加筋板算例中,本文方法满足收敛条件的板单元数目为2469,Nastran模型板单元数目为6243;本文所得曲线加筋板固有频率与Nastran计算结果最大误差为3.4%.研究结果表明,本文方法无需筋板单元共节点,可使用较少的有限元网格数量,并能够保证计算精度;在离散Kirchhoff-Mindlin三角形板单元基础上构造Timoshenko梁单元可同时适用于曲线加筋薄板与厚板自由振动分析.     

基于边光滑有限元法的加筋板静力和自由振动分析

运用边光滑有限元法,研究分析了加筋板结构的静力和自由振动问题。在边光滑有限元法中,将基于边的应变光滑技术用于对原来的应变场进行光滑操作;由于应变光滑技术能够适当地软化原来过刚的有限元模型,从而能够得到更加接近于系统准确刚度的光滑有限元模型;鉴于三角形单元良好的适用性,选用三角形单元对模型进行网格划分;同时,为了解决低阶Reissner-Mindlin板单元弯曲过程中的横向剪切自锁问题,采用了一种新型的离散剪切间隙技术。算例的数值计算结果表明,与传统的有限元法相比,边光滑有限元法能够得到精度更高的计算结果,且收敛更快,计算效率更佳。     

全非平稳地震作用下地下空间结构随机反应及可靠度分析

为研究全非平稳地震作用下地下空间结构的随机地震反应特征及可靠度分析方法，本文基于非均匀调制演变随机过程，建立了一种同时考虑强度非平稳和频率非平稳的全非平稳随机地震动输入功率谱分析模型；利用频响函数和脉冲响应函数间的傅里叶变换关系，推导出了适用于地下空间结构随机反应分析的响应功率谱计算表达式，可结合有限元方法对全非平稳地震作用下地下空间结构进行随机反应分析．基于穿越过程为泊松过程假定，采用分部积分方法，进一步推导出了适用于首次超越破坏可靠度计算的互相关函数解析表达式．然后，本文以上海某两层三跨地铁车站为工程背景，建立土-地铁车站结构相互作用体系有限元模型，对全非平稳地震作用下地铁车站结构进行了随机反应分析和中柱可靠度分析．结果表明：在非均匀调制演变功率谱作用下，结构的响应功率谱也具有明显的演变特征；利用文中给出的互相关函数计算公式，可避开调制函数的数值微分，提高计算精度．