强震下四边钢柱支承单层柱面网壳弹塑性地震响应研究

采用集中塑性铰理论和SAP2000结构分析软件,对某体育练习馆(钢柱周边支承单层柱面网壳)整体结构进行了强震下弹塑性地震响应分析。分析中考虑了几何和材料双重非线性影响,获得了节点位移响应、杆件塑性铰的分布特征和结构的整体变形与失效形态,并评定了整体结构在强震下的极限承载力与失效类型。结果表明:该结构在强震下的失效界限地震加速度峰值为1260gal,最大竖向变形为短向跨度的1/163,满足"避难与救灾建筑结构"的抗震性能设防要求;结构的失效类型为动力失稳破坏,临界失效时出现塑性铰的杆件较少,结构塑性发展程度不充分;由整体稳定控制的单层柱面网壳在满足稳定承载力的要求下具有较大的抗震潜能。     

偏心结构空间杆系模型与空间实体模型的对比分析研究

分别用空间杆系模型和空间实体模型对偏心结构进行弹塑性时程分析,并比较两者的差别。研究发现,在结构刚进入塑性阶段时,采用空间杆系模型和空间实体模型得出的偏心结构塑性变形接近;而结构产生较大塑性变形时,采用空间实体模型得出的偏心结构塑性变形要比采用空间杆系模型得出的大许多。     

采用辅助体系法研究等直梁弹塑性传递关系

采用辅助体系法导出了等直梁的传递矩阵;采用单分量模型模拟弹塑性阶段的梁单元,从弯矩与杆端力的恢复力模型中分离出弯矩与塑性转角的关系,导出了塑性铰的点矩阵,从而推导了弹塑性阶段杆元三种不同情况的传递矩阵。通过实例计算,辅助体系传递矩阵法与有限元法的结果进行比较,表明辅助体系法的正确性及高效性。本文结果可用于等直梁结构的弹塑性分析。     

基于MS模型的剪力墙-核心筒结构的高层建筑三维非线性动力破坏分析

采用非线性多弹簧弹塑性有限元模型,对我国一座最高的民用超高层钢筋混凝土剪力墙—核心筒结构进行了非线性地震响应破坏分析。通过分级加载分析了不同地震烈度下超高层建筑从弹性、塑性直至失效的结构内力和变形的整个过程,并采用静力Push O ver方法和1/50比尺的振动台模型试验进行了破坏分析。结果表明超高层建筑的最薄弱位置在1/2到2/3之间高度处。非线性数值分析的结果和振动台模型破坏试验现象符合一致。     

强度折减有限元法中边坡失稳的塑性区判据及其应用

将抗剪强度折减法基本概念、弹塑性有限元分析原理与计算结果图形实时显示技术相结合,提出了以广义塑性应变及塑性开展区作为边坡失稳的评判依据,并与以非线性迭代收敛条件作为失稳评判指标的强度折减有限元方法进行了对比。对于天然垂直边坡的算例数值分析表明,采用广义塑性应变与塑性开展区作为失稳判据可以比较准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位置及相应的稳定安全系数,验证了这种失稳判据的合理性。对开挖边坡和开挖支护边坡的实例计算结果表明本文方法对于复杂的边坡稳定性分析是实用的。     

老山自行车馆多点输入下地震响应及强度破坏分析

采用时程分析法分别对奥运会老山自行车馆进行了多点和一致输入下的弹塑性地震响应和强度破坏分析。首先对两种输入方式下的结构响应进行了系统的对比,然后通过对极限加速度峰值、最大节点位移时程、塑性杆件数量和分布及网壳破坏形态等重要参数的统计、分析和归纳,剖析了奥运会老山自行车馆在多点输入和一致输入下的地震响应规律和强度破坏机理。研究表明,在强震作用下,多点输入下支承附近区域的杆件应力大于一致输入,这提示我们应注意该区域杆件的设计;无论是多点输入还是一致输入,结构强度破坏的位移模式都是溢出型;多点输入下结构的塑性开展更为充分,内力更为均匀。     

塔段连接对多塔悬索桥中间钢桥塔极限承载力的影响∗

以泰州长江公路大桥为工程背景,通过有限元法研究塔段连接对多塔悬索桥中间钢桥塔极限承载力的影响。考虑中间钢桥塔的几何、材料非线性及塔段连接的接触非线性影响,采用ANSYS建立该桥局部塔段为板壳单元的多尺度有限元模型,计算并对比在两种典型加载方式下该模型与杆系有限元模型的钢桥塔极限承载力结果。研究表明:两种加载方式下,桥塔的破坏模式基本一致,表现为材料不连续的上塔柱节段局部形成塑形铰而使桥塔成为机构;多尺度有限元模型与杆系模型获得的荷载位移曲线基本一致,而多尺度模型的极限承载力稍高,且差异在2%以内,可认为塔段连接不是桥塔结构的薄弱点,其对其极限承载力的影响可以忽略。     

高温下钢及组合钢节点有限元建模及基于构件的分析方法(英文)

欧洲规范EC3 Part 1-1第5章[1]允许工程师使用一些先进的有限元分析软件来分析和设计钢结构,如线弹性、刚塑性以及二阶弹塑性整体分析。这3种极不相同的分析方法,能够用于简支、半连续以及连续节点模型中[2]。节点模型根据刚度的不同,可分为铰接、半刚性和刚性模型;按照强度的不同,可分为铰接、部分强度和全强度模型。尽管大多数的工程问题仅仅要求进行线弹性分析,但仍有一些特殊结构可能要求采用高级分析以降低施工成本,例如底层无支撑钢框架结构。在这种结构中,采用半连续节点(具有半刚度和部分强度特性)进行框架分析,会显著增强结构抵抗名义水平荷载、风荷载、整体缺陷、地震作用时的抗侧刚度和强度,因此在控制的水平荷载下计算的横向侧移可能在EC3允许的范围内。在基于性能的抗火设计中,结构抗火工程师可能想利用钢节点潜在的刚度和强度,尤其是有端板节点的钢结构,这是一种最常见的钢结构施工形式。端板可以是部分深度的,或者是延伸端板,涵盖了名义铰接、半刚性和完全刚性节点模型。本文给出了端板节点高温性能研究的一系列数值分析结果;应用基于构件的方法,建立了这些节点在高温下的力学反应计算公式,以及梁腹板剪应力分量、连接处的拉应力和压应力区域的力学模型。基于构件的方法能够考虑钢节点的热约束效应。对已有钢端板节点试验进行了有限元模拟和基于构件的分析表明,2种方法的分析结果与试验结果的偏差都是可接受的,包括热约束效应。     

屈曲约束支撑-混凝土框架边节点受力性能分析

可靠的节点连接是屈曲约束支撑混凝土框架结构应用的关键技术之一。利用有限元分析软件ABAQUS对一种用于该结构的节点形式,建立边节点的有限元分析模型。研究在不同受力状态下节点裂缝和变形发展过程,明确节点的极限状态和破坏状态,并系统分析了轴压比、梁配筋率和梁柱线刚度比等对节点承载力和变形性能的影响规律。研究结果表明该节点形式通过适当的设置可以满足"强节点,弱构件"的要求。轴压比对节点的性能影响很小;梁柱线刚度比对节点的弹性和弹塑性性能影响显著;梁配筋率既影响节点的承载力和变形性能,又决定着节点的破坏形式。     

热弹塑性土体本构模型及在多场耦合数值模拟中的应用

采用热等效应力的概念,提出一种新的热弹塑性饱和/非饱和土本构模型,其在正常屈服面以内仍然会发生塑性应变。该模型通过以饱和度和土骨架应力为状态变量,能够统一描述饱和、非饱和土体的热力学特性;还采用上下负荷面概念,考虑了土的结构和超固结发展特性。所提出的本构模型可以很好地展现饱和/非饱和土体在不同温度条件下固结压缩实验和三轴实验中的压缩和应力应变特性。将该模型导入土-水-气-热多场耦合有限元分析中,利用有限单元一有限差分法模拟了深层软岩加热高温试验。计算结果与试验结果吻合得很好,验证了所提出的本构模型与多相场耦合有限元方法的准确性,可尝试将其用于地热能开发与土体热力学特性的研究和模拟。     

双层板桁钢梁应力分析

以跨度最大的双层斜拉桥闵浦大桥为背景,研究了双层板桁钢梁桥面板的受力特性,阐述了精细壳单元与梁单元结合的整体有限元模型,并分析了上、下桥面间腹杆的受力特性与桥面板的应力分布特性;采用桥面纵横梁间带U肋精细桥面模型,分析了桥面板和U肋在车辆荷载作用下的应力分布.研究表明,上、下层桥面横桥向应力小于纵桥向应力,并且横桥向应...     

不同构造的圆钢管混凝土柱-H钢梁环板节点抗连续性倒塌性能分析

使用有限元分析软件ABAQUS,模拟了中柱失效工况下圆钢管混凝土柱-H钢梁外环板式节点的连续性倒塌全过程,并认为环板、钢梁以及节点核心区三部分的构造变化会对节点连续性倒塌造成很大的影响。结果表明:节点环板外伸尺寸影响塑性铰的形成位置,但改变环板外伸尺寸对连续性倒塌性能提升不明显,故此在设计中选用哪种环板应充分考虑结构、工艺以及经济方面的需要。钢梁的构造影响着连续性倒塌工程中悬链线效应的发挥,抗连续性倒塌设计中建议使用扩翼式节点,不建议使用翼缘削弱式节点,而腹板开孔式节点可以在净空高度不够的情况下使用。节点核心区的构造方式会影响梁柱连接处焊缝的脆性破坏,设计时建议采用腋板加强式节点。对现有建筑进行抗倒塌加固时,建议焊接水平加劲肋或明牛腿,该方法可以大幅提升已有结构的抗连续性倒塌性能。     

地震下某三心圆双向钢桁架结构体系动力弹塑性失效分析

运用SAP2000结构分析软件与塑性铰理论,对某兼具地震避难所功能的三心圆双向钢管拱桁架结构的大跨公共建筑进行了地震波作用下的动力弹塑性性能分析,考虑了几何和材料双重非线性影响,获得了结构的变形形态、失效类型、塑性发展程度和延性性能,并基于其失效形态对强震下的抗震性能进行了评定。结果表明:该结构在强震作用下的失效模式是,三心圆拱桁架在变曲率处和支座处的关键弦杆、腹杆陆续进入不同阶段的塑性铰并形成局部塑性铰集中区域,导致结构沦为机构而失效;该结构在地震波下的失效界限地震加速度峰值为595gal,最大竖向变形为跨度的1/207,结构各方向延性系数均大于4,具有较好的塑性变形能力,可满足8度抗震设防区在罕遇地震作用下的安全性能要求。     

上海环球金融中心大厦弹塑性时程分析

在材料应力-应变关系的层次上，进行了高层钢筋混凝土结构的弹塑性时程分析。采用两种非线性宏观单元——梁柱单元和墙单元，单元截面分析采用纤维模型。在计算单元刚度矩阵时，采用子结构技术，从而实现了一根柱或一根梁采用一个非线性梁柱单元来模拟。编制了高层钢筋混凝土结构弹塑性时程分析程序，且用该程序对上海环球金融中心大厦振动台模型结构进行了分析，并与试验数据进行了对比。最后对该大厦原型结构进行了弹塑性时程分析和抗震性能评价。     

降雨作用下浅层碎石土滑坡解体破坏机理研究

为了揭示浅层碎石土滑坡的变形解体破坏机理，通过资料搜集整理与分析、现场工程地质调查与勘探和室内外的物理力学试验，采用数理统计分析方法、不平衡推力法和不分离接触弹塑性有限元强度折减法，获得了滑坡的整体稳定性系数；运用碎石土边坡地下水管网状排泄系统的理论，分析了该类型滑坡的变形解体破坏过程，揭示了强降雨作用下浅层碎石土滑坡变形解体破坏的主要机理和一般的力学机理。结果表明，浅层碎石土滑坡的解体破坏过程中，滑体位移、滑体沿滑面滑动状态和塑性应变的发展以及滑面上摩擦应力的发挥程度是不一致的；强降雨是浅层碎石土滑坡体发生失稳的主要触发因素；采用弹塑性接触有限元算法可以更好地反映该类型滑坡在降雨作用下所处的实际状态及滑坡的滑动过程，为该类型滑坡稳定性的准确评价和预测预报提供可资借鉴的方法。     

ABAQUS混凝土损伤塑性模型的动力性能分析

地震作用在混凝土结构上会在其材料中产生较高的应变率,混凝土材料具有一定的率敏感性,准确模拟混凝土结构在地震作用下的反应需采用混凝土动态本构模型.为评估ABAQUS有限元软件中的混凝土损伤塑性模型模拟混凝土动力性能的能力,采用该模型对混凝土材料和构件在不同加载速度下的动态反应进行了有限元数值分析.结果表明,随着加载速度的...     

单调荷载作用下顶底角钢梁柱连接的受力性能

运用ANSYS有限元软件,建立了顶底角钢梁柱连接节点的三维有限元模型,并对模型进行了非线性有限元分析,得到了顶底角钢梁柱连接节点的承载力和极限变形状态;深入分析了高强螺栓预紧力以及角钢与梁、柱间的接触压力等节点组件之间的力学特性,获得了试验难于测得的分析结果,可供工程设计参考。     

大跨度单层球面网壳抗连续倒塌性能影响因素分析*

为分析大跨度单层球面网壳抗连续倒塌性能的影响因素,通过 Keiwitt?6(K6)型球面网壳缩尺模型的连续倒塌试验,验证有限元模型的正确性。在此基础上,分析了传力路径和初始缺陷对大跨度单层球面网壳抗连续倒塌性能的影响。研究结果表明,两个传力路径依次失效后,网壳主要通过压杆机制抵抗连续倒塌,其破坏模式为局部倒塌。有限元分析结果与试验结果吻合较好。传力路径与初始缺陷对网壳抗连续倒塌性能影响显著：传力路径依次失效时,结构的抗连续倒塌性能可以得到充分发挥,传力路径同时失效时,结构的动力响应明显增大;随着初始几何缺陷大小的增加,网壳的抗连续倒塌性能降低;当初始缺陷大小相同时,结构并非均是在第 1 阶屈曲模态下率先发生连续倒塌。建议考虑传力路径的影响,取前 10 阶屈曲模态进行网壳的连续倒塌分析。     

下击暴流作用下单层球面网壳倒塌破坏研究

针对大跨空间结构在下击暴流作用下破坏规律尚不明确的问题,本研究分析了下击暴流作用下 K8 型单层球面网壳结构的破坏模式与失效规律。基于确定性?随机性混合模型模拟了下击暴流风场,其中平均风的模拟采用 Wood 竖向风剖面模型和 Holmes 经验模型,脉动风的模拟则采用自回归模型。基于向量式有限元分析方法,考虑结构的几何非线性、材料非线性及构件断裂准则,对下击暴流作用下不同矢跨比的网壳结构进行弹塑性时程分析及连续倒塌过程模拟。通过研究矢跨比分别为 1/3、1/5 与 1/7 时,结构节点位移幅值的变化及下击暴流平均风荷载与总风荷载对结构破坏模式的影响,探究单层球面网壳结构在下击暴流作用下的失效规律。研究结果表明：下击暴流作用下单层球面网壳结构的失效主要是由结构杆件屈曲所致,且平均风的影响占主导地位,决定着结构的破坏模式,而脉动风则使得结构响应加剧,破坏时间提前。此外,随着结构矢跨比的增大,结构的体型系数与受风面积随之变化,进而影响结构的破坏模式,使其由局部杆件渐进式屈曲失效的模式向结构整体瞬时失效的模式转变。研究成果可为大跨空间结构的抗下击暴流设计提供参考。     

方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲板连接节点抗震性能分析

在合理选择材料本构关系、破坏准则的基础上,采用通用有限元软件ANSYS对方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲板式节点进行了低周反复荷载试验,以及在低周反复荷载下的抗震性能分析。结果表明:有限元分析得到的滞回曲线和骨架曲线与试验结果吻合较好;试件破坏为梁端破坏,塑性铰出现在梁端,在梁变截面附近出现了局部屈曲,也与试验结果一致。