钢筋砼结构材料非线性本构关系及有限元法研究

随着工程结构问题研究发展的深入和电子计算机的迅速发展,非线性有限元法在钢筋混凝土结构分析中得到了越来越广泛的应用。与线弹性有限元法相比,非线性有限元法具有"全过程仿真"的特点。本文对钢筋砼结构材料非线性本构关系及有限元法的特点、研究进展、存在问题做了分析和评价;重点探讨了非线性分析中所使用的材料本构方程、材料非线性有限元分析方程和有限元程序的编制。最后对上述研究进行了概括并提出了应用前景。     

钢筋混凝土及预应力混凝土梁式桥非线性分析

对钢筋混凝土结构进行非线性分析,可以认识结构在各类荷载作用下的受力性能和破坏机理;可以为结构进行合理的设计和施工提供依据和参考。运用fortran90编制程序计算普通混凝土及预应力混凝土梁式桥弯矩-曲率和荷载-位移关系曲线,模拟其从加载、开裂直到破坏的全过程结构反应,从而对其进行非线性分析,该计算结果与相关试验结果较为吻合,对于梁式桥非线性分析具有足够的精度性和适用性。     

考虑钢筋约束效应的开裂混凝土梁的自由振动

从柔度系数和裂纹应力强度因子的基本关系出发,基于Timoshenko梁理论,建立了考虑钢筋约束效应的开裂混凝土梁模型,得到了含裂纹简支梁的固有频率特征方程．通过数值分析,讨论了不同裂纹长度和深度以及钢筋约束效应对梁前三阶固有频率的影响．研究结果表明,开裂混凝土梁在钢筋的约束效应下,其固有频率大于不计及钢筋约束效应的情况...     

非线性粘弹性梁弯曲问题的新算法

首先从松弛型的非线性 L eaderman本构关系出发 ,利用线性几何假设 ,建立了非线性粘弹性梁弯曲问题的数学模型 ;其次 ,利用 L aplace变换法证明了非线性粘弹性梁问题与非线性弹性梁问题之间存在着某些对应关系 .对应关系为粘弹性梁的求解提供了一种新的思路 ,利用这些关系可直接从相应弹性问题获得粘弹性问题的部分响应 ,与传统的时域有限差分法相比 ,计算时间明显缩短     

SMA增强复合材料梁的低速冲击响应分析

以形状记忆合金纤维增强复合材料梁为研究对象，应用有限元法对其低速冲击响应进行了分析。采用Newmark直接积分法求解有限元动力方程，并考虑了形状记忆合金对刚度矩阵的影响；同时，利用Hertzian接触定律确定冲击接触力；分析结果表明形状记忆合金能有效地改善复合材料梁的低速冲击响应能力，它的最大位移与最大压应力都有明显减少。     

大变形弹塑性梁的刚 柔耦合动力学特性

研究了大变形弹塑性梁的刚 柔耦合动力学特性.从弹塑性梁的非线性本构关系和非线性应变 位移关系出发,给出了曲率的精确表达式;基于绝对节点坐标法,用虚功原理建立了大变形弹塑性梁的动力学变分方程;用有限元法对梁进行离散,建立了大变形弹塑性梁的刚 柔耦合动力学方程.对重力作用下的柔性单摆进行数值仿真.结果表明,弹塑性梁的横向变形呈现平均值大和振幅衰减的特征,计算结果较基于小变形理论的一次近似模型稳定,适用于大变形问题.
     

体外预应力混凝土梁的分析方法研究

体外预应力技术在已有结构的加固和新建工程的构造中都得到广泛的应用.除了端部锚固区外,体外预应力混凝土梁跨内单一截面的体外筋和周围混凝土之间无应变协调关系,因此在分析体外预应力混凝土梁时须考虑结构整体变形.文中建立了基于大变形非线性有限元理论的体外梁的分析模型,能够较好地预测一根梁从开始加载直到失效整个过程的非线性结构响应.在条带法基础上利用传统的平面非线性梁单元导出有限元公式,将体外筋的作用等效成梁单元的节点荷载,从而简化了分析过程.通过对体外试验梁的分析与对比验证了此模型的可靠性.     

体外预应力混凝土梁的非线性有限元分析

体外预应力结构在承载能力极限状态下的性能是设计关注的重要问题 ,而现行规范中并没有提出一种有效的计算方法 .而采用非线性有限元程序对体外预应力混凝土梁进行全过程分析不失为一种较精确的方法 ,同时考虑了混凝土和钢筋的材料非线性以及结构的几何非线性 ,建立了体外预应力简支梁的三维分析模型 ,分析并模拟了在三分点荷载作用下加载直到破坏的全过程 ,并和试验进行了比较     

脆塑性结构稳定问题的提法与梁的纯弯曲计算

将脆塑性模型作为考虑材料应变软化特性的弹塑性本构关系的一种简化形式,给出 了脆塑性结构稳定问题的一种新的提法——损伤面扰动提法,并由这种提法得出两个计 算脆塑性结构稳定条件的方案。与 Ｋ． Ｄｅｍｓ和 Ｚ．Ｍｒｏｚ给出的能量率提法及相应的求 解途径比较,具有计算简明的优点。作为应用,计算了脆塑性梁的弯曲问题的稳定条件。 所得结果与能量率算法作了比较．     

高性能预应力混凝土梁的非线性有限元分析

采用考虑材料非线性的有限元方法,选取合理的混凝土、预应力筋和普通钢筋的本构关系曲线及其单元类型,对高性能预应力混凝土梁的受力全过程进行了分析计算.研究了张开裂缝剪力传递系数和单元尺寸对预应力混凝土梁受力性能分析的影响效果,通过3根实验梁受力全过程的仿真计算结果与实验结果的对比,表明所采用的ANSYS数值模型技术是合理可行的.     

有粘结预应力混凝土和无粘结预应力混凝土扁梁框架拟动力试验研究和有限元分析

通过对一榀有粘结预应力混凝土扁梁框架和一榀无粘结预应力混凝土扁梁框架所进行的拟动力抗震性能试验,分析比较了它们的破坏形态、动力反应、滞回曲线、刚度退化等抗震性能.试验结果表明,无粘结预应力混凝土扁梁框架可以满足抗震要求.此外,还应用有限元分析程序,对预应力扁梁框架进行弹塑性地震反应时程分析,结果证明是可行有效的.     

预应力混凝土弧形杆的单元分析

建筑物中预应力混凝土曲梁的应用越来越广泛,为编制能设计含有预应力混凝土曲杆单元的建筑结构设计软件,需对预应力混凝土弧形杆进行单元分析。根据力学基本原理导出圆弧形曲杆的单元刚度矩阵和节点荷载列阵,并以等代直杆形式给出常用曲杆预应力等效节点荷载的计算方法。     

Timoshenko梁理论在抗震建筑设计中的应用

通过对Timoshenko梁理论的研究和分析,将其引入抗震建筑设计.结合有限元方法,建立抗震建筑简化模型的质量和刚度矩阵,并通过Matlab仿真进行检验,保证简化模型的有效性.研究结果为抗震建筑设计奠定一些基础.     

变截面铁木辛柯梁的数值分布传递函数方法

为了研究数值分布传递函数方法对变截面铁木辛柯梁计算中的适用性,基于铁木辛柯梁的静力微分方程,通过定义状态向量,建立变截面铁木辛柯梁状态空间形式的控制方程,利用数值分布参数系统传递函数方法,并借助有限元的单元组集方式,获得变截面铁木辛柯梁变形和内力的近似解。以两端固支的变截面梁为例进行了数值计算,与NASTRAN结果进行了对比,吻合良好,表明了此方法的可行性。分布传递函数方法是一种适用范围很广的方法,还可将其推广到铁木辛柯梁的动力学分析,以及其它结构问题的研究方面。     

裂纹梁单元在曲轴裂纹分析中应用

为分析裂纹对曲轴振动特性的影响，根据曲轴常见裂纹的特点，提出计算含有横向裂纹的矩形截面空间梁单元刚度矩阵的新方法。该方法首先被应用于分析含裂纹悬臂梁的振动模态，经验证后再用来模拟内拐角处出现裂纹的曲柄臂，在此基础上，针对一根含裂纹的直列式四缸发动机曲轴建立有限元模型，对其振动特性和动态响应特性进行模拟分析，为实现利用振动分析技术检测曲轴裂纹奠定基础。     

影响轻骨料混凝土梁自振频率的因素

为了研究材料特性和截面特性对钢筋轻骨料混凝土简支梁固有频率的影响,采用有限元方法对其组成材料及截面尺寸进行研究分析．分析结果表明．强度等级在LC30以下的轻骨料混凝土梁．自振频率随强度的增加而增大,且增加幅度也增大;强度等级在LC30以上时．频率随强度增加且增速减缓．频率随配筋率的增加而增加,且增长速度由快至慢;箍筋对频率的影响较小．当梁高宽比不大于1时．频率随高宽比的变化很小,近似不变;而当梁高宽比大于1时．频率随高宽比的增大而增长较快．且数值比小于1的情况大得多．     

钢筋混凝土简支梁结构破坏过程的损伤模型与数值模拟

将损伤力学理论与有限元法相结合,研究钢筋混凝土简支梁静载作用下的损伤破坏过程.基于弹性损伤一般理论,考虑了混凝土材料在受拉与受压状态下损伤行为的不同,建立了含三个独立参数的损伤力学模型.运用损伤力学-附加荷载-有限元法,对钢筋混凝土简支梁结构的损伤破坏过程进行了数值分析,其破坏模式和位移的理论结果与试验结果相吻合.研究结果表明,该损伤本构模型可较好地描述钢筋混凝土简支梁结构的损伤与破坏行为.     

波纹腹板H型钢梁抗剪承载力

建立波纹腹板H型钢梁的受力模型,按照板的稳定理论分别给出了波纹腹板局部屈曲和整体屈曲的抗剪承载力理论公式,并设计4根构件进行了试验及有限元数值模拟分析,研究了不同的波纹尺寸、腹板厚度等因素对构件承载力的影响.试验结果表明:若波纹尺寸设计得当,腹板剪切强度可以达到甚至超过钢材的剪切屈服强度,而有限元方法能够有效预测构件承载力和破坏模式.最后结合理论分析和试验研究提出了波纹腹板H型钢的设计建议.     

填土路堤下复合地基性状研究

利用弹性、Duncan—Chang非弹性两种本构模型，将平面问题有限元法用于填土路堤下复合地基性状的研究，对复合地基中的桩土刚度比、置换率、桩长以及路堤刚度等对地基沉降、侧移及桩土应力分配的计算结果进行比较。从而为填土路堤下复合地基的设计提供参考依据。     

预应力混凝土梁疲劳挠度计算的神经网络模型

在分析多种疲劳损伤累积准则的基础之上,针对混凝土材料疲劳损伤发展受多种因素影响,损伤累积过程表现出非线性,难以用较准确的数学函数模型对其进行描述和分析的问题,建立了基于神经网络的预应力混凝土梁疲劳挠度计算的仿真模型,提出了3种仿真模拟方法,并在结合预应力混凝土梁疲劳实验结果分析的基础上,分析了各方法的精度、优势和适用范围.结果表明,3种仿真模型误差范围在5%~15%之间,可用于预应力混凝土桥梁结构抗疲劳设计及疲劳耐久性评估.建议根据不同情况需求选取合理高效的仿真模拟方法.