隧道穿越高烈度地震区断层带围岩地震响应分析

考虑地震荷载特征及隧道特点,运用多点同时激振的动力时程分析方法,采用结构面单元与实体单元组合模拟断层带的方法,研究了某穿越断层破碎带铁路隧道在未支护条件下的动力响应特性。分析了沿隧道横向、纵向和竖向激振地震动工况下与断层破碎带接触部位所产生的位移差、加速度放大倍率和屈服单元等。结果表明：结构面单元与实体单元组合合理模拟了断层破碎带的地震响应特性;地震运动引起断层破碎带接触部位产生明显的位移差,横向输入地震动时位移差值最大,达到51.8 mm,而沿纵向和竖向输入时,位移差值仅为横向输入的44.3%和23.1%;同一高程处断裂带的加速度放大倍率明显大于混合花岗岩;断裂带与混合花岗岩过渡段出现明显的剪切屈服区域,且横向、竖向输入地震动时尤其突出;断层破碎带对隧道在地震动作用下的响应规律影响显著,穿越断裂带隧道的断裂带部位与过渡段为抗震设计控制性区域,应深入加强抗震措施研究。     

Nonlinear analysis on the reinforced concrete multi-T girder based on the solid and degraded composite element

根据实体退化壳单元理论,推导单元的位移场,建立钢筋混凝土多梁式T梁的实体退化组合单元模式,其中纵向受力钢筋采用空间杆单元处理,并推求了其对实体退化组合单元刚度矩阵的贡献。采用Ottosen四参数屈服准则,考虑混凝土的材料非线性,以及通过V.Karman假设考虑了结构的几何非线性,分析几何非线性对此结构的影响。典型算例分析表明:考虑双重非线性的钢筋混凝土多梁式T梁的实体退化组合单元的计算结果与试验资料吻合良好;当偏载加载时,加载端边梁的受力钢筋应力发展较为迅速而首先达到屈服应力,其余各主梁的受力钢筋应力依次发展,直至结构破坏;对于钢筋混凝土多梁式T梁类实体结构,材料非线性效应明显,但几何非线性效应在一定范围内可以不计入。     

基于实体退化组合单元的钢筋混凝土多梁式T梁非线性分析

根据实体退化壳单元理论,推导单元的位移场,建立钢筋混凝土多梁式T梁的实体退化组合单元模式,其中纵向受力钢筋采用空间杆单元处理,并推求了其对实体退化组合单元刚度矩阵的贡献。采用Ottosen四参数屈服准则,考虑混凝土的材料非线性,以及通过V.Karman假设考虑了结构的几何非线性,分析几何非线性对此结构的影响。典型算例分析表明:考虑双重非线性的钢筋混凝土多梁式T梁的实体退化组合单元的计算结果与试验资料吻合良好;当偏载加载时,加载端边梁的受力钢筋应力发展较为迅速而首先达到屈服应力,其余各主梁的受力钢筋应力依次发展,直至结构破坏;对于钢筋混凝土多梁式T梁类实体结构,材料非线性效应明显,但几何非线性效应在一定范围内可以不计入。     

组合结构读入元在桥梁上的应用

本文针对箱梁与实体墩，承台与桩基等不同类型单元之间如何建立读入元作了研究，同时采用ＳＡＰ—５程序和读入元在ＩＢＭ４３３１机上作了变截面箱梁与实体墩组合结构空间分析．通过实例探讨了读入单刚前后结构位移和内力的变化及其变化范围．     

基于多尺度的半刚性组合框架抗震性能数值分析

考虑参数相关性,应用结构多尺度模型,对外加强环式钢管混凝土柱-钢梁节点进行了不确定性结构灵敏度分析,并进行多尺度半刚性组合平面框架体系模型在典型地震波下的弹塑性时程分析.分析表明,采用的多尺度界面连接方法,对于单一材料截面和组合材料截面是同样有效的;获得该组合节点转动的弯矩-转角曲线模型;在进行该组合框架体系地震时程分析时,框架顶层位移的平均相对偏差达到14.6%,,表明考虑节点半刚性是必要的.本文所提方法弥补了实体单元模型与杆系模型的不足,计算精确、有效,且可以关注局部区域.     

分体式组合小箱梁桥空间有限元建模方法

为解决对分体式组合小箱梁桥桥型进行空间有限元分析时所遇到的各片箱梁间翼缘纵向湿接缝如何准确模拟等问题,为寻求合适的空间有限元建模方法,以由4片分体式组合箱梁组成的40 m单跨简支梁桥为研究对象,利用大型有限元软件MIDAS/Civil,分别建立了实体单元计算模型、梁板单元组合计算模型及改进的梁格法计算模型,对比分析了在4种荷载工况下各片箱梁跨中位移解。计算结果表明:实体单元计算模型计算结果准确但建模复杂,与其相比,梁板单元组合计算模型最大误差为-5.4%,改进的梁格法计算模型最大误差为-2.3%。改进的梁格法计算模型为该桥型合适的有限元建模方法。     

钢箱—混凝土组合梁受力性能有限元分析

钢箱—混凝土组合梁是一种新型钢—混凝土组合结构。为研究钢箱-混凝土组合梁的结构性能,分析其强度和刚度的主要影响因素,在ANSYS软件中利用板壳单元和实体单元建立了梁的三维空间有限元模型,考虑材料非线性和钢板局部屈曲的几何非线性,对钢箱-混凝土组合梁受力行为进行了有限元分析,分析结果与试验实测结果吻合良好,说明计算模型有效。利用计算模型对影响钢箱—混凝土组合梁强度和刚度的主要参数进行了分析,结果表明,钢板厚度变化对梁的强度和刚度的影响强弱依次为底板腹板顶板,提高混凝土强度可以明显提高梁的强度和刚度。     

预应力混凝土多梁式梁桥的非线性壳单元模型及极限承载力研究

本文研究了预应力混凝土多梁式梁桥的非线性壳单元计算模型,对多梁式梁桥进行了非线性全过程分析。采用弥散裂缝模式、Ottosen屈服准则和Hinton压碎准则描述混凝土开裂、屈服和压碎非线性性质后,引入实体退化壳单元理论,对混凝土和普通钢筋采用分层壳单元模拟,预应力钢筋采用组合壳单元模拟,并根据位移协调性推求了预应力钢筋对组合壳单元刚度矩阵的贡献,研究了一种非线性组合-分层壳单元计算模型,并编制了相应的三维非线性壳单元计算程序。结合破坏性试验资料可知,非线性计算结果与试验数据吻合良好,并对普通钢筋和预应力钢筋应力发展规律进行研究。研究表明对于预应力混凝土多梁式梁桥这类薄壁结构,采用本文提出的非线性壳单元计算模型来研究其非线性行为是有效的,此单元具有良好的数值稳定性和收敛性。     

虚拟柔性加工单元数据库管理系统的设计

分析了虚拟柔性加工单元信息管理系统的需求 ,设计了虚拟单元信息管理系统的功能结构 .根据系统开发使用的关系数据库管理系统 ,建立了柔性加工单元扩展实体 -联系数据库模型和关系数据库 .     

单箱三室连续-刚构箱梁桥的剪力滞效应

根据一座单箱三室连续-刚构组合桥梁,考虑桩-土相互作用分别建立了变截面三维梁单元和三维实体、板壳单元组合两种有限元模型,分析了桥梁在均布荷栽和集中荷载作用下的剪力滞效应,并讨论了两种计算模型对动力特性的影响．结果表明,在均布荷载与集中荷载作用下箱梁的剪力滞效应明显不同,对于地震时程反应分析而言,采用变截面三维梁单元模型计算效率较高．所得的分析结果对指导这类桥梁的设计具有重要的工程实用价值．     

基于曲边平面谱单元的弹性波传播分析

针对现有的谱单元多将单元几何边界考虑为直线或平面,对具有复杂曲线或曲面形状的结构几何离散近似误差较大,从而影响了弹性波传播分析精度的问题,推导了一种亚参数曲边平面谱单元,对单元几何形状采用二次插值,对位移场函数可采用高于二阶的任意阶插值,并讨论了一般高次曲边/曲面谱单元的推导方法. 以矩形平面结构中的波传播分析为例,对比了曲边谱单元、直边谱单元及常规有限元的数值模拟结果,验证了单元的有效性. 以具有曲线边界的圆环结构中的波传播分析为例,对比了采用曲边和直边谱单元数值模拟结果的差异. 结果表明,采用直边单元近似曲边结构,由于几何误差较大,弹性波传播分析结果误差较大;曲边单元能够获得更好的模拟精度.      

框架结构简谐响应分析的一个新方法

研究简谐荷载作用下框架结构动力响应的高效率计算方法,提出了基于精确单元的一种直接方法.首先简要总结了已有的简谐响应计算的振型叠加法和直接法,并进行了比较分析.介绍了基于控制微分方程位移通解构造的精确形函数、精确单元及相应的单元特性矩阵;在单元内部阻尼影响可忽略不计的情况下,这种单元可以精确地模拟给定频率简谐荷载引起的单元振动响应.此时采用直接法,即使每个杆件仅用一个精确单元模拟也可得到精确数值解.对受阻尼影响的结构,提出的改进算法的计算精度也远高于常规方法.最后,给出了数值算例,证明新方法的有效性.     

GSQ24壳体单元在组合结构分析中的应用

将GSQ24壳体单元用于板壳与梁和实体结构的组合分析,在不同类型单元联结交界处,通过位移协调条件建立的几何约束方程直接引入到壳体单元的刚度矩阵和载荷向量中,给出了相应有限元列式。算例结果表明了本文方法的合理性和通用性。     

一种等效的三边形杆件单元

基于有限元思想,根据三节点三角形单元与三角形平面杆件单元在受到同样荷载列向量的条件下位移等效原则,构造出一种更为简单适用的等效三角形杆件单元,使二维结构用一维单元进行分析.由于单元的推导不是根据微元体单元应力、应变等效,而是从节点位移等效的这一思路出发,使得本研究单元较以前的等效铰结桁架单元可以满足结构有限元划分单元时对矩形单元的要求.同时截面计算公式中包含了泊松比这一体现材料特性的参数,因而公式更加具有普遍意义.运用本研究方法对钢筋混凝土简支梁及悬臂梁进行计算分析,并将其计算结果与ANSYS计算结果进行比较.研究结果表明,本研究所推导的等效三边形杆件单元计算精度良好,计算结果可靠,可以满足工程应用需要.     

压力容器有限元计算中的整体建模方法研究

在压力容器有限元计算中,通常仅针对所关心局部区域进行建模;但局部建模将带来边界条件难以确定的问题。针对一受内压作用的过热器强度计算问题,提出一种实体单元/壳单元混合建模的整体建模方法。对较厚区域,关注的局部区域及结构不连续区域采用实体单元建模;其余薄壁结构用壳单元建模。通过改变实体单元/壳单元连接位置,建立不同的计算模型。计算结果和实测结果比较表明:通过合理选择壳单元和实体单元连接位置,该整体建模方法所得计算应力能与实测应力较好吻合。既避免了局部建模边界条件难以确定的问题,又达到了减小整体模型计算规模,同时保证局部计算精度的目的,为类似的工程问题提供了参考。     

基于映射的高精度混合平面曲梁单元

通过映射分别实现初始几何和位移场的描述,建立考虑初始曲率和厚度影响的任意平面曲梁的几何关系。采用满足平衡的内力场,提出基于Hellinger-Reissner变分原理的高精度曲梁单元。这种无闭锁新单元可用于具有任意曲率的平面结构,与常规曲梁单元相比,具有更高的精度和效率。算例表明,在模型中准确定义初始几何后,所建立单元可给出极准确的结果。     

建筑结构动力分析有限元模型

为了正确处理结构—地基动力相互作用 ,改善以往固定边界模型将地震能量全部陷入结构计算模型的不合理状况 ,以框架结构为例提出了建筑结构地震反应分析的有限元模型及其透射边界。模型中采用四结点平面应力等参单元模拟上部框架结构的梁柱构件。地基采用平面应变四结点等参单元离散 ,在地基有限元网格中设置底部透射边界和侧面捆绑边界以考虑结构—地基的动力相互作用。算例表明上述建筑结构地震反应分析的有限元模型给出了合理的结构地震反应 ,可进一步应用于地震时结构几何与材料非线性响应直至结构破坏时的计算机仿真。     

悬索结构大位移分析改进的两节点索单元模型

基于非线性弹性理论,提出了适合悬索结构大位移分析的改进的节点索单元有限元模型,在 移函数的表达式中计及了索元自重垂度的影响,从而克服了目前悬索结构普遍采用的现代了点索元无法直接计及自重垂度影响的缺点。     

变截面曲梁单元及应用

本文提出了三结点和四结点平面变截面曲梁单元,按柔度法推导了单元刚度矩阵,并编制了相应的计算机程序。通过算例表明,用这种单元计算如拱、变截面的杆系结构,具有精度高、所需单元少、准备数据工作量小、节省机时的特点,并可应用于某渡槽的计算。     

基于OPENSEEs的螺栓连接预制装配剪力墙简化建模方法

为解决当前螺栓连接装配剪力墙仿真分析依赖实体单元建模造成的求解效率低下问题,本文基于分层壳单元和OPENSEEs中的CoupledZeroLength零长单元提出了螺栓连接预制装配剪力墙结构的简化建模方案,建立了拟静力抗震性能分析数值模型,并通过试验滞回曲线和骨架曲线验证了建模方法的有效性。结果表明该建模方案得到六片剪力墙的屈服荷载和峰值荷载与试验结果误差均在10%以内,滞回曲线的捏拢效应、刚度退化、强度退化特性均和试验吻合良好,剪力墙底部的外侧竖向钢筋应变以及连接钢框的水平和竖向滑移的仿真与试验对比,证实了CoupledZeroLength零长单元可以有效模拟螺栓滑移。这一切表明,简化建模案适用于不同剪跨比下的全装配和半装配预制装配剪力墙的弹塑性分析,可以为进一步研究螺栓连接装配剪力墙在超/高层结构的弹塑性分析提供参考。