两种弹塑性梁单元在桥梁地震响应分析中的研究比较

作为抗震结构设计的桥梁,在大中震作用下,按延性构件设计的桥墩通常进入了塑性工作阶段。此时对桥墩弹塑性行为的描述有基于实体的微观模型和基于弹塑性梁单元的宏观模型。在这两大类模型中后者不但概念清晰,分析时间远远低于前者,其结果在某些程度上甚至比前者更准确,目前在土木工程领域的应用也越来越多。本文从两种弹塑性梁单元入手,对某桥进行了全桥动力弹塑性时程分析,并在此基础上提出了一种简单可行的基于纤维截面分析结果的集中铰弹塑性梁单元的定义方法。     

矩形梁极限承载时塑性铰的云纹法试验研究

根据对横力弯曲梁弹塑性有限元分析 ,得到了塑性铰位置上移和提高梁的极限承载能力的结论。文章采用密栅云纹法对矩形截面横力弯曲梁的塑性铰的位置进行了试验研究 ,得到了塑性铰实际位置的信息。验证了弹塑性有限元分析结果的正确性 ,为横力弯曲梁的设计和应用提供理论依据     

基于纤维材料模型的无梁结构推覆分析

本文基于通用有限元程序ABAQUS的用户子材料接口,开发了适用于纤维梁单元的UMAT模型,采用纤维梁单元和UMAT模型对一个典型的8层无梁结构进行了静力弹塑性分析,研究了无梁结构的抗震性能,发现无梁结构在地震作用下楼板容易出现塑性铰,避免了典型框架结构中容易出现＂强梁弱柱＂的设计误区,在满足合理配筋要求的条件下,无梁结构的抗震性能可以满足规范的要求。     

考虑嵌固端约束作用的RC柱纤维单元模型研究

针对传统纤维单元未考虑嵌固端约束作用而导致钢筋混凝土（RC）柱的数值模拟精度降低问题,分析了嵌固端约束作用对RC柱破坏形态和传统纤维单元模拟精度的影响. 选取文献中45根高剪跨比RC柱并建立实体单元模型进行数值模拟,结果表明建模方法合理可靠;进而剖析了嵌固端约束机理及嵌固端约束作用对RC柱承载力和延性性能的影响,明确了控制截面位置及其承载力计算方法,阐明了纤维单元数值积分点位置与控制截面位置、权系数与等效塑性铰长度的对应关系,提出控制截面位置计算公式和考虑嵌固端约束影响的等效塑性铰长度计算公式,建立了一种考虑固端约束影响的纤维单元模拟方法. 通过对文献中45根RC试验柱的数值模拟分析,表明所提方法可合理考虑嵌固端约束影响,具有较好的适用性.     

带翼缘钢筋混凝土剪力墙塑性铰长度研究

为了满足建筑功能的需求，正交方向布置的一字形墙通常被连接成一体，形成不同截面形式的带翼缘剪力墙．T形截面剪力墙作为其中最典型的墙肢组合形式，其截面的不对称性会导致不同受力方向下的变形性能和塑性铰长度存在明显差异．为了揭示T形截面钢筋混凝土(RC)剪力墙塑性铰的形成和发展机制，建立了T形墙精细化有限元分析模型．在验证模型有效性的基础上，通过分析T形墙沿高度方向的应变和曲率分布，定义了T形墙塑性铰长度的取值方法，进而分析了塑性铰长度在全过程受力中的变化规律，并结合T形墙的损伤机理和截面应变分布详细阐释了不同设计参数对塑性铰长度的影响．研究结果表明：T形墙在翼缘受拉方向的塑性铰长度主要由受压混凝土的压碎范围决定，且取值相对较小，在整个加载历程中呈现先快后慢再快的增长趋势；而翼缘受压方向的塑性铰长度完全由受拉钢筋的屈服范围决定，其增长速率呈现不断减小的趋势．基于参数分析结果，提出了一种考虑弯矩梯度、剪切效应和纵筋滑移贡献的T形墙塑性铰长度简化计算公式．通过与试验结果的比对，验证了简化公式的准确性．所提公式符合T形墙的变形特征，且可应用于L形墙．研究成果可为带翼缘面RC剪力墙基于变形的抗震设计和...     

考虑翘曲变形的空间钢框架修正塑性铰模型

为了推导一种既能反映塑性沿构件截面扩展,又能反映塑性沿构件长度方向(轴向)扩展的空间钢框架二阶非弹性分析模型,基于连续介质力学有限变形理论和更新的拉格朗日列式,横向位移采用考虑剪切变形的三次插值函数,扭转角位移采用Hermite三次插值函数以计入截面翘曲影响,结合塑性铰方法和简化塑性区模型,利用扩展的Orbison屈服面模型,提出了一种用于钢结构高等分析的修正塑性铰模型。该模型可用于各种空间钢框架结构的双重非线性分析,具有较强的通用性。最后通过算例证明了本文提出梁—柱单元的精度和有效性。     

考虑塑性区扩展的钢框架二阶分析

对多层钢框架进行了弹塑性非线性分析，分析中考虑了塑性区沿截面高度及杆件轴线方向上的扩展，截面上任一步的屈服判定是以应变作为参数的，基于能量原理，文章导出了弹塑性梁单元的割线刚度矩阵并编制了用以计算钢框架荷载－位移性能的有限元程序。分析结果与国外试验结果及其它分析结果进行了比较，吻合良好。     

空间钢框架结构的二阶渐进弹塑性分析

给出了空间钢框架结构几何非线性有限元列式，可以直接考虑单元的轴向扭转屈曲效应；在此基础上采用塑性流动理论并应用Orbison屈服面方程，得到了空间钢框架塑性铰分析的弹塑性刚度矩阵，用以对空间钢框架结构进行二阶弹塑性分析并可以考虑单元内塑性的发展和内力的重分布；在单元内部采用截面内力跟踪技术以考虑单元内部形成塑性铰的情况．给出的几个算例，说明该方法计算效率高，精度可靠，可以用于大型空间钢框架结构的高等结构分析。     

梁腹板开圆孔节点的分析模型

在距柱表面一定距离的梁腹板上开设一定大小的孔洞是改善钢框架结构抗震性能的一种有效手段,文中结合试验结果提出了梁腹板开圆孔节点的分析模型.为了能够在结构的弹塑性分析中考虑梁腹板开圆孔节点的影响,除在梁端、柱端设置塑性铰外,还应在腹板孔削弱处增设塑性铰.新增塑性铰位于腹板削弱区域最危险截面处,其弯矩-转角关系与普通实腹式钢梁一致,仅屈服点存在一定的差异.利用该模型对梁腹板开圆孔节点的拟静力试验及含梁腹板开圆孔的钢框架抗震性能试验进行了模拟,其结果能满足工程要求.     

悬臂梁端部受质量块撞击的弹塑性动力响应数值解

针对Parkes梁问题,基于LS-DYNA的Lagrange六面体常应力积分单元的数值模拟结果,利用连续介质力学基本原理建立了获得截面弯矩、剪力等特征量的方法,研究了截面弯矩分布发展规律并讨论了撞击过程、黏塑性对悬臂梁瞬态动力响应结果的影响,计算结果与Parkes理论解和Reid等的数值解定性一致. 结果表明,在弹塑性弯曲波作用早期,由于高速撞击产生的动力响应明显强于施加单元初速度的响应,后者的做法对于结构抗动载设计而言更为危险.