有限元法在混凝土结构非线性分析中的应用研究

本文主要介绍了非线性有限元分析方法在钢筋混凝土中的应用,并从非线性分析的必要性谈起,介绍了钢筋混凝土结构非线性有限元分析的特点与现状及钢筋混凝土非线性有限元基本理论,并重点介绍了钢筋混凝土结构非线性有限元分析的计算方法,最后介绍了钢筋混凝土结构有限元分析的发展趋势。     

非线性有限元方程组的弧长延拓算法

研究工程结构因构件屈曲和材料软化导致的稳定性问题,就需要追踪结构的平衡路径。当采用非线性有限元进行分析时,传统的牛顿迭代法会在极值点和分叉点处失效,而弧长延拓方法能很好地解决这一数值计算难题。针对结构稳定性非线性有限元分析程序的编制,给出弧长延拓算法牛顿迭代的标准格式和两种实用的迭代格式,并讨论它们之间的关系。通过一个边坡稳定性的有限元分析,验证了实用迭代格式的有效性。     

混凝土桥面板的非线性动力分析

采用不同拉压模量理论,建立了不同模量混凝土桥面板结构的动力非线性有限元算法,编制了相应的非线性有限元计算程序,对广东金马大桥主梁的桥面板进行了动力特征分析和动力时程分析,得出了一些有价值的结论.这种计算方法可以为同类工程的数值计算提供参考.     

大型抽水蓄能电站充水保压蜗壳结构分析

应用有限元程序ABAQUS,对某大型抽水蓄能电站充水保压蜗壳结构进行了三维接触非线性有限元分析.通过模拟实际施工的全过程,给出了充水保压蜗壳结构各时期的应力分布规律和变形情况,并与传统简化算法进行了比较.结果表明,仿真方法能较好地模拟结构充水保压的过程,计算结果准确合理,而传统的常规简化算法偏不安全,计算结果相对于仿真算法有较大的误差,对于充水保压蜗壳结构最好采用仿真算法.     

基于双控法弦支穹顶伺服施工过程非线性分析

基于结构几何非线性有限元法,推导了弦支穹顶结构施工过程的非线性有限元分析格式,同时针对索撑节点摩阻力对结构的真实影响,分析了索撑节点摩阻力对结构非线性刚度矩阵形成的修正算法,进而提出了可考虑索撑节点摩阻力的基于对外形和索力双控的伺服施工过程方法,并编制了相应算法.该算法可实现对施工过程的外形和预拉力的双重控制,且施工成形终态可最大精度地获取设计态所需的结构位形和索力.实例分析结果验证了该方法的可行性和精度.该方法对于采用张拉环索法施工的弦支穹顶结构具有一定的普适性.     

基于混沌猴群算法的结构有限元模型修正研究

有限元模型修正可转化为优化问题,基于此,将全局寻优算法--混沌猴群算法引入到有限元模型的修正中。利用响应面法,实现结构响应与待修正参数间非线性隐性关系的显式表达,基于最小残差原理,建立优化目标函数;利用混沌猴群算法求解该函数,得到修正后的结构有限元模型。以一个数值算例验证了该方法在结构有限元修正中应用的可行性。本文研究拓宽混沌猴群算法的应用范围,为有限元模型修正提供了一种新的思路。     

预应力索网结构的非线性有限元分析

对预应力索网结构进行了非线性有限元分析 ,并与有限元分析进行比较 ,得出劲性索结构为一多次超静定结构 ,部分索退出工作后 ,结构仍保持稳定 ,且结构无明显非线性     

基于混沌猴群算法的结构有限元模型修正

有限元模型修正可转化为优化问题;基于此,将全局寻优算法——混沌猴群算法引入到有限元模型的修正中。利用响应面法,实现结构响应与待修正参数间非线性隐性关系的显式表达。基于最小残差原理,建立优化目标函数;利用混沌猴群算法求解该函数,得到修正后的结构有限元模型。以一个数值算例验证了该方法在结构有限元修正中应用的可行性。研究拓宽混沌猴群算法的应用范围,为有限元模型修正提供了一种新的思路。     

空间悬链线索单元的非线性有限元分析

根据弹性悬链线的理论解析解推导出适用于索结构有限元分析的空间悬链线单元,得到了两节点索单元的切线刚度矩阵和索端张力的精确表达式。采用索单元等效节点荷载的全量算法,通过Newdon-rapson双重迭代法实现非线性问题的求解。所提出的基于空间悬链线单元的半解析非线性有限元分析方法可充分考虑几何非线性的影响,实现对任意方向空间荷载下索的初始位形和内力分析。算例表明,该计算方法精确有效。     

基于共旋坐标法的张拉整体结构弹塑性静力分析

为研究张拉整体结构的弹塑性静力特性,引入一种适用于求解大转动小应变的高效有限元算法——共旋坐标(CR)法.将空间杆单元的大位移分解为整体坐标系下的刚体位移和局部坐标系下的小变形,推导出了单元切线刚度矩阵的新表达式.采用一种结合荷载增量策略和Newton-Raphson法的非线性有限元算法对一个四杆张拉整体结构单元体的几何非线性弹塑性特性进行了研究.结果表明:相比于传统的TL法和UL法,采用CR法对张拉整体结构进行非线性静力特性分析具有更高的计算效率;四杆单胞结构下层构件的刚度大于上层构件的刚度;自应力系数的增大会导致四杆单胞结构变"硬",且结构受压时的表现比受拉时更为明显;相比于结构的弹塑性响应,自应力系数在结构的弹性响应中扮演着更重要的角色.     

等效预张力大跨度弦支穹顶预应力施工过程的正算法

为了准确模拟大跨度弦支穹顶预应力施工过程,建立符合实际施工顺序的结构施工初始态,对预应力施工过程的力学分析方法进行了研究.根据工程实践,总结了大跨度弦支穹顶预应力施工过程的特点,分析了状态变量叠加法、反分析法、生死单元法在其应用上的不足.结合非线性有限元分析方法,凝练了基于等效预张力的预应力施工过程正算法,并给出了具体的实施方法和步骤.以常州体育馆钢屋盖工程为算例,验证了正算法用于预应力施工过程力学分析的可行性和适用性.最后指出,基于等效预张力的正算法预应力施工过程力学分析,综合考虑了支撑与刚构的非线性接触、索力的相互影响、施工临时结构体系的转换、结构几何非线性等施工多因素耦合效应,能够准确跟踪结构在各施工阶段的状态.     

单索面矮塔斜拉桥几何非线性静力分析

文章以徐明高速公路怀洪新河2号大桥为工程背景,针对矮塔斜拉桥的高次超静定复杂结构,详细介绍了斜拉桥的几何非线性问题,并讨论了斜拉桥非线性分析的迭代法,利用有限元分析软件 M idas/Civil建立有限元模型进行非线性静力分析。计算结果表明,矮塔斜拉桥结构在恒载作用下表现出明显的非线性,结构分析与设计中考虑几何非线性的影响十分必要。     

几何非线性平面梁考虑收缩徐变的算法研究

针对混凝土斜拉桥等大跨柔性混凝土结构同时存在的几何非线性与收缩徐变问题,基于微分法导出了随转坐标系下平面梁在大转动小应变时的几何非线性平衡方程,该方程已计入初应变效应.结合初应变法计算混凝土梁收缩徐变等效节点力有限元列式,利用节点力之间和节点位移之间全量及增量的关系,获得结构坐标系下平面梁单元几何非线性分析中考虑收缩徐变效应影响的实用算法,并给出了详细的计算步骤.对某大跨径混合梁斜拉桥混凝土桥塔进行了考虑混凝土徐变效应的几何非线性分析,计算结果表明本文提出的算法能较好解决上述问题,具有一定的工程应用价值.     

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。     

长方体充气膜结构设计简化计算方法研究

文章以非线性有限元知识为基础,对非线性有限元迭代方法简化,对不同荷载工况下结构的膜面应力和顶点最大位移等基本结构变化特性进行分析,得出模型的荷载-变形关系;并与ANSYS分析软件的分析结果进行比较,二者结果较为接近,证明了该文充气膜结构的简化有限元迭代方法正确性与可靠性。     

损伤梁单元等效节点荷载的计算及应用

分析了基于有限元刚度法形成单元等效节点荷载的局限性,通过引入截面割线柔度,研究了基于有限元柔度法理论计算损伤梁单元等效节点荷载的方法.由于不需要迭代,该方法能与经典结构非线性分析体系完全兼容.采用自主开发的结构非线性分析软件,对钢筋混凝土框架结构进行非线性全过程分析.研究表明,考虑了损伤的梁单元等效节点荷载,可更准确地反映结构在强非线性阶段的实际受力情况,提高计算效率,改善结构非线性分析的收敛性和稳定性.     

承受大吨位载荷的门框形立柱稳定性分析

以承受大吨位载荷的门框形立柱为例,详述了结合线弹性屈曲分析和非线性静力有限元分析技术计算结构稳定性的理论和方法。为了更符合工程实际,计算中还考虑了结构材料的非线性。该方法适用于多种大型有限元系统,可直接用于计算实际工程结构的稳定性问题。     

单层平面索网幕墙结构非线性分析

针对单层平面索网幕墙结构静力分析的特点,提出了二节点直线杆单元有限元模型。建立了非线性有限元基本方程,利用Newton-Raphson法进行计算,编写了相应的有限元程序。结合实例对索网结构的位移和应力进行了计算分析,并与ANSYS软件计算结果进行了对比,二者吻合较好。分析结果表明此单元模型有较好的精度,能适用于单层平面索网幕墙结构的非线性分析。     

关于地震荷载作用下高层结构行为反应的Pushover分析

本文应用某大型有限元软件,对某一高层结构建立非线性有限元模型,采用静力非线性Pushover分析法,进行地震作用下结构行为的模拟,计算出了结构的动力特性,分析了结构塑性铰的形成过程和对结构的影响 最后对高层结构在地震作用下的响应规律进行了总结。     

钢衬钢筋混凝土蜗壳结构非线性分析

利用有限元法原理,考虑水工结构的特点,编制了钢针钢筋混凝土结构二维非线性有限元程序,并用已有的试验成果对非线性有限元分析进行了验证,最后利用该程序对某一高水头抽水蓄能电站蜗壳联合承载结构进行了计算分析。