混凝土断裂的连续-非连续方法

采用有限元形函数作为单位分解函数,位移间断用富集节点的附加自由度表示,建立了允许在单元内部位移非连续的局部富集公式以表征混凝土的开裂区域．富集基函数由节点形函数和节点形函数与间断函数的乘积的并集构成．非连续位移的扩展路径完全与网格结构无关．不同于以非协调应变为基础的嵌入非连续模型,对单元的类型没有限制而且间断位移可以贯穿单元边界．局部富集思想与扩展有限元类似,但富集点自由度保持节点位移的物理意义不变,使相邻单元无需进行富集运算．在变分公式中引入混凝土粘结本构定律,推导了考虑断裂过程区非线性影响的基本方程．对混凝土粘结裂纹扩展的数值模拟说明了该计算方法的有效性．     

空间预应力钢束平滑建模及张拉过程模拟方法

提出一种空间预应力钢束连续平滑模型的建立方法,以及提出考虑钢束与孔道之间摩擦、滑移等相互作用的张拉过程模拟方法。基于空间预应力钢束为一条柱面相贯线的本质特性,采用辅助实体相贯的方法建立其连续平滑模型;通过建立孔道实体并与主梁进行布尔运算,实现孔道轴线与钢束节点的一一对应;采用法向点-点接触单元模拟摩擦滑移;采用预紧单元模拟张拉。分析表明:辅助实体相贯法建立的连续平滑模型优于传统空间坐标合成法建立的空间折线模型;采用接触单元与预紧单元组合模拟张拉过程,可反映钢束节点与混凝土内部节点之间的摩擦、滑移等非线性效应,钢束呈整体受力状态,优于传统的初应变法。     

基于OpenSees的锈蚀RC结构底部节点性能研究

为了分析节点钢筋粘结性能变化对钢筋混凝土构件性能的影响,本文以框架底部节点为研究对象,对不同锈蚀率的节点性能进行分析.运用OpenSees中的Bond_SP01材料模型并结合零长度截面单元模拟节点钢筋的粘结滑移,不同锈蚀率下的Bond_SP01模型参数通过有限元建模的方法进行修正.对底部节点的数值模拟结果表明:锈蚀严重时,底部节点钢筋粘结滑移对构件性能的影响不容忽视;同时考虑节点钢筋粘结滑移和上部柱体钢筋截面损失两个因素时,钢筋屈服前构件性能主要受节点粘结性能变化影响,钢筋屈服后构件上部纵筋的截面损失对构件性能的影响开始显现,两者对构件整体性能的影响程度相当.所以,在进行锈蚀构件或结构性能分析时,有必要考虑节点性能的影响.     

弥散/分层加筋混凝土有限元模式

1.引言通常采用的钢筋混凝土的有限元模式可分为两类:分离式和组合式.分离式将钢筋和混凝土划分在不同的单元中,所用的单元数量和类型很多,难以适应大型结构分析的需要.组合式在一个单元中同时考虑钢筋混凝土两种材料的特性,如正交加筋混凝土模     

钢筋混凝土结构改进型分离式数值模型

提出一种考虑粘结滑移效应的钢筋混凝土改进型分离式数值模型。在混合物理论基础上,该模型兼顾混凝土基体和钢筋的力学行为,且基于钢筋混凝土界面粘结滑移模型,获得了钢筋等效模型。改进型分离式数值模型由于对钢筋及其界面无显式离散要求,使得钢筋的运用完全独立于其几何形状,同时对混凝土网格没有约束,并且不增加计算成本,因此该模型可适用于钢筋混凝土宏观结构层面分析。通过钢筋混凝土构件-结构的爆炸实验,对改进型分离式数值模型进行层次化验证。对比结果表明,考虑粘结滑移效应的有限元模型能够更好地预测钢筋混凝土结构的宏观力学行为。     

核电厂安全壳施工和运行阶段应力分析

核反应堆安全壳是确保核电厂安全的关键设施,同时也是防止放射性物质扩散的最后一道屏障.基于法国电力集团(EDF)进行的缩尺比例为1/3的无钢衬里安全壳Benchmark试验模型,应用大型通用有限元软件ABAQUS建立了其有限元模型.有限元模型中混凝土、普通钢筋和预应力筋采用分离式建模;通过在预应力筋单元上加预拉应力的方法考虑了预拉应力的作用.分析了该有限元模型在预应力张拉过程以及0.52MPa的绝对内压下的受力性能,重点研究了模型穹顶和圆柱形筒壁的内外表面在这两种工况下的拉应力分布.分析表明,该安全壳模型在两种工况下基本处于受压状态,拉应力集中的区域是预应力筋分布稀疏或预应力值较小的区域,预应力筋良好的起到了防止混凝土受拉的作用,能够满足设计要求;危险部位是穹顶与环梁连接处、洞口周边、筒壁底部、筒壁和基础底板相接处.     

非节点连接有限元及其在加筋结构中的应用

针对现有加筋结构有限元模型的不足,提出了自由度层次的非节点连接方法.加筋单元的各节点可位于一个或多个其它单元内部,内节点的自由度无需全部与母单元的位移场一致;通过在节点坐标系下对内节点设置独立自由度,可模拟加筋构件与基体材料之间的粘结滑移、无粘结和体外布置等位移不连续性.节点为内节点的单元的刚度矩阵和荷载向量利用虚功原理变换到对应于其广义自由度向量的形式,按照广义自由度的位置向结构整体刚度矩阵和荷载向量组装,以此实现单元问非节点位置的连接.利用开发的有限元软件计算了多个算例,验证了非节点连接方法用于加筋结构有限元建模的正确性和便利性.     

部分共同作用框架组合梁有限元分析模型

本文提出了一种新的适用框架整体分析的组合梁有限元模型。在分析了相互作用程度对组合梁刚度影响的基础上,根据Newmark等人的一维部分相互作用理论,建立起部分共同作用组合梁平衡微分方程;结合框架组合梁受力特点引入合理的边界条件,推导出了能够考虑滑移的组合梁单元弹性刚度方程;还给出了常见非节点荷载的等效荷载公式。该组合梁单元节点自由度少,每个构件只需一个单元来模拟,方便了带组合梁钢框架的结构分析。本文的研究还为进一步地考虑混凝土开裂、压碎,钢材屈服等非线性因素,建立组合梁单元弹塑性刚度矩阵提供了理论基础。     

一种新的钢筋薄膜组合单元及其网格自动生成

提出了一种新的钢筋薄膜组合单元模型和薄膜单元结点信息生成技术。该模型能考虑任意方向的钢筋薄膜,使得单元网格的划分不必考虑钢筋的方位,克服了现有钢筋薄膜组合单元所存在的缺陷。应用本文提出的薄膜结点生成技术,只要给出钢筋薄膜四个角点的坐标,即可自动形成薄膜单元在组合单元中的信息。算例表明该模型方便可行,单元划分效率高,且能达到相当的精度。     

一种适用于下承式钢桁结合桥计算的板梁组合单元

下承式钢桁结合桥具有建筑高度较低、行车时燥声、震动较小、刚度较大等优点,是高速铁路桥梁中比较理想的结构形式之一。为了能较合理和方便地分析下承式钢桁结合桥的力学行为,本文提出了一种考虑板梁共同作用和相对滑移的板梁组合单元。该单元以矩形板的4个结点的结点位移和板梁结合面3个点的相对滑移作为单元的基本自由度,板的位移模式通过对常规4结点矩形平板壳单元的形函数修正得到,梁的位移模式则根据板和梁之间的变形协调条件来确定。文末的算例表明,本文的解与试验结果和通用工程软件解较为吻合,说明了本文理论和方法的正确性。     

弹性支承多次张拉预应力钢桁架刚度反演摄动分析

本文基于文献「１」所建立的拉索式预应力钢桁架基本理论,通过引入组合单元和刚度变化因子,利用矩阵摄动原理建立了以结点竖向位移为约束,以确定弹性支承多次张拉预应力钢桁架各类单元刚度为目标的反演摄动迭代方程。算例表明,该方法具有较高的逼近精度,可满足工程设计需要。     

考虑粘结滑移效应的型钢混凝土梁柱单元

本文建立了一种适用于型钢混凝土梁柱构件的非线性梁柱单元,并在建模中考虑了粘结滑移效应。根据型钢混凝土自由体的受力特点,建立了考虑界面粘结滑移时单元的控制微分方程和变形协调方程。基于有限单元柔度法和纤维模型的基本思想,选取了合适的力的插值函数。根据最小势能原理,推导了单元的柔度矩阵,提出了基于柔度法的单元状态确定方法。最...     

基于能量守恒理论的带肋钢筋-混凝土粘结滑移本构关系研究

针对钢筋-混凝土粘结滑移的劈裂破坏模式,将整个破坏过程分为未开裂的弹性阶段和带裂缝阶段。弹性阶段采用弹性厚壁圆筒模型,带裂缝阶段采用考虑混凝土软化特性的厚壁圆筒模型。基于这两种模型,研究了粘结滑移劈裂破坏过程的能量变化规律,推导出了两种模型的能量计算公式。利用能量守恒定律建立了钢筋-混凝土粘结滑移本构关系的微分方程,并通过数值积分方法得到了粘结滑移本构模型。该本构模型能够体现混凝土与钢筋材料参数和几何参数的影响,对不同形状的粘结滑移关系曲线具有较好的适应性。最后,将得到的本构关系与文献的试验结果进行对比,并分析了各参数的变化规律。     

体外预应力梁摩擦效应的非线性分析

构造了简单的体外预应力梁的摩擦单元,摩擦单元位于转向块和体外筋之间的角平分线上,能模拟转向块和体外筋之间的有摩擦或无摩擦滑移。考虑混凝土、钢筋和体外筋应力-应变的非线性关系,采用梁截面弯矩-轴力-曲率的三折线模型,探讨了体外预应力梁的性能。对简支梁和连续梁的不同因素进行计算,包括不同摩擦系数、不同体外筋和钢筋面积、不同偏心距以及对称和非对称荷载形式。计算结果表明,对于简支梁和对称荷载下的连续梁,承载力的摩擦效应可以忽略,最大预应力增量和挠度的摩擦效应不宜忽略,最小预应力增量的摩擦效应明显;对于非对称荷载下的连续梁,承载力、最大和最小预应力增量以及挠度的摩擦效应不可忽略。     

无粘结预应力混凝土板火灾行为的非线性分析

火灾试验研究表明,火灾下无粘结预应力混凝土受弯构件的变形非常大,其中转动也很大,尤其是单面受火的板,是典型的材料非线性、几何非线性问题。如何对其进行精确、高效地求解是值得关注的问题。而基于S-R分解原理的更新拖带坐标有限元法有诸多优点:有利于跟踪变形物体中各点的变形;保证单元的质量守恒;在有限元增量法求解时,还可以避免对坐标的修正;而且将转动作为一个独立的自由度,提高了求解效率。在升温过程中,虽然预应力钢筋的应力处处相等,但其各点的温度不同,导致各点的温度应变、蠕变、塑性应变均不同。预应力筋必然产生滑移。本文采用该方法对火灾下无粘结预应力钢筋混凝土板进行编程分析。通过实际算例验证该算法的可靠性,该方法求解效率高,精度也比较好。     

钢筋混凝土结构非线性全过程分析方法及其应用

对普通钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构在单调荷载及低周反复荷载的下受力全过程进行了模拟分析,程序设计中考虑了材料非线性,几何非线性,轴力二次矩,铺固钢筋的粘结滑移,混凝土的裂面效应,材料的双切线模量以及预应力的特点（包括次内力,预应力筋的应变滞后及其对混凝土裂面效应的影响等）等多种非线性因素的影响,典型算例表明,本文程序的计算值与试验结果吻合良好。     

预应力等效荷载的应用及非线性阶段计算方法

等效荷载概念在预应力结构的研究和设计中存在广泛应用．依据等效荷载的经典定义,对线性变换后预应力等效荷载是否变化进行论述,指出采用等效荷载法计算预应力混凝土受弯构件在使用阶段的预加力反拱值时,应取用净截面刚度．针对工程界提出的一些观点,用解析方法证明直线、抛物线组合线型力筋的预应力作用仍可用等效荷载法计算,以及等效荷载法并不存在与预应力筋线型相关的局限性．为回答无粘结、有粘结预应力筋应力增长后等效荷载是否变化的问题,提出实时等效荷载的概念,建立了预应力混凝土梁实时等效荷载的计算方法．推导基于实时等效荷载的承载力极限状态平衡方程,并证明其与将预应力筋完全作为抗力材料的平衡方程具有等价性．最后,介绍了实时等效荷载运用于预应力结构非线性阶段变形计算时所体现的优越性．     

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.     

钢－混凝土组合梁非线性有限元分析

提出了部分剪力连接钢-混凝土组合梁非线性有限元分析的简化模型，该模型同时考虑了钢、混凝土材料的非线性本构关系和剪力连接件的滑移非线性对组合梁刚度和强度的影响，推导了考虑滑移的剪力连接件单元刚度矩阵。利用该模型计算了连续组合梁的极限荷载、挠度、应力以及滑移，与已有的理论计算结果和实验结果吻合，证明本方法分析钢-混凝土组合梁非线性的可靠性和实用性。     

高层空间框架结构动力分析的超级元子结构模型

本文将超级元和子结构的思想相结合，根据框架结构的变形特点，建立了高层空间框架结构动力分析的超级元子结构模型。模型中将楼面划分为子结构，在总结构层次将各子结构假想为二维连续体后用超级元来描述，而在子结构内部仍用经典有限元三维梁单元模拟。据此，框架梁位于同一超级元内，而框架柱连接不同的超级元。通过假设子结构内部结点自由度与总结构结点自由度的位移关系，得到超级元的质量矩阵以及框架梁和框架柱的单元刚度方程。该模型中空间框架结构的动力和非动力自由度均有大幅度的缩减，而刚性楼面假定可以进一步减少计算量。最后通过一幢30层钢筋混凝土空间框架结构的动力特性分析验证本文理论的正确性和适用性。