直接分析法中的二阶弹塑性分析 被引量：6

1

作者 杜左雷 刘耀鹏 +1 位作者 陈文峰 陈绍礼 《建筑结构》 CSCD 北大核心 2019年第16期72-77,18,共7页

直接分析设计法,是一种通过在数值模型上更加精确地表征结构真实形态,采用非线性分析来获取结构的响应,不需要计算长度法进行构件受压稳定承载力验算的先进方法。该方法对数值计算提出了更高的要求,需要考虑几何非线性和材料非线性。因... 直接分析设计法,是一种通过在数值模型上更加精确地表征结构真实形态,采用非线性分析来获取结构的响应,不需要计算长度法进行构件受压稳定承载力验算的先进方法。该方法对数值计算提出了更高的要求,需要考虑几何非线性和材料非线性。因此,亟需针对直接分析设计法相关的基础理论展开研究。本文主要探讨适用于直接分析法的二阶弹塑性分析,介绍了一种基于柔度法的高性能梁柱单元(FBMI)。该单元采用力的平衡关系作为形函数,具有较高的精度。同时,该单元不仅能考虑轴力和弯矩的相互作用,且在单元推导过程中直接使用函数表征构件的几何初始缺陷,满足规范的相关要求。运用基于纤维截面技术的塑性区法,能够显式地考虑钢构件残余应力的影响,较为精细地模拟构件沿截面方向和沿构件方向的屈服过程。 展开更多

关键词 直接分析法 几何非线性 材料非线性 力法单元

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截面轴力与弯矩屈服面在钢框架动力弹塑性分析中的应用

2

作者 陈永盛 张令心 刘洁平 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第S2期57-62,共6页

为了在现行规范下考虑轴力与弯矩的相互作用,并兼顾计算精度与计算效率,研究了截面屈服面在钢框架动力弹塑性分析中的新应用。首先选用截面组合思想构建轴力与弯矩的屈服面。接着,基于经典塑性理论建立截面恢复力模型,并给出了截面状态... 为了在现行规范下考虑轴力与弯矩的相互作用,并兼顾计算精度与计算效率,研究了截面屈服面在钢框架动力弹塑性分析中的新应用。首先选用截面组合思想构建轴力与弯矩的屈服面。接着,基于经典塑性理论建立截面恢复力模型,并给出了截面状态确定方法。然后阐述了基于力的梁柱单元状态确定过程及其对截面恢复力模型的调用。最后采用alpha-OS积分算法,对一个四层两跨钢框架开展了动力弹塑性分析。结果表明:截面轴力弯矩屈服面能很好地考虑轴力存在及变化对截面弯矩承载力的影响,基于屈服面的恢复力模型在计算精度上远高于塑性铰模型并逼近纤维模型,在效率上远高于纤维模型,可以用于钢框架的动力结构弹塑性分析。 展开更多

关键词 屈服面 截面恢复力模型 基于力的单元 纤维模型 弹塑性分析

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基于共旋坐标和力插值纤维单元的RC框架结构连续倒塌构造方法 被引量：7

3

作者 杜轲 滕楠 +2 位作者 孙景江 燕登 骆欢 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2019年第3期95-104,共10页

悬链机制会使钢筋混凝土框架结构产生有助于抵抗连续倒塌的附加承载能力,对结构抗连续倒塌能力至关重要。悬链机制处于几何大变形和材料非线性下降段的状态下,需要同时考虑材料非线性和几何非线性,因此对数值分析模型提出了更高的要求... 悬链机制会使钢筋混凝土框架结构产生有助于抵抗连续倒塌的附加承载能力,对结构抗连续倒塌能力至关重要。悬链机制处于几何大变形和材料非线性下降段的状态下,需要同时考虑材料非线性和几何非线性,因此对数值分析模型提出了更高的要求。为了解决基于力插值的纤维单元同时处理材料非线性和几何非线性的问题,该文采用基于共旋坐标法,提出了一种基于共旋坐标法的力插值纤维单元。该单元在形成中把变形体和刚体分开,局部坐标系的变形体内采用纤维划分考虑材料非线性,然后加上刚体位移,从局部坐标系到整体坐标系的转换中采用共旋坐标法以考虑几何非线性,给出了二维单元形成原理及非线性求解过程。实例分析结果表明基于共旋坐标法的力插值纤维单元能够较准确的模拟RC框架结构连续倒塌,梁机制阶段主要是材料非线性起控制作用,悬链线机制阶段主要是几何非线性起控制作用。 展开更多

关键词 RC框架结构 连续倒塌 悬链线机制 共旋坐标法 力插值纤维单元

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力法非线性梁柱单元的合理单元长度划分 被引量：6

4

作者 赫中营 叶爱君 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2014年第7期178-184,198,共8页

针对目前结构非线性分析中最常用的力法非线性梁柱单元模型,从理论上分析出了能消除其计算失真问题的合理单元长度及对应积分点数量。然后基于OpenSees有限元程序,使用该理论分析结果建立了一组单墩循环推倒试验的数值分析模型,通过加... 针对目前结构非线性分析中最常用的力法非线性梁柱单元模型,从理论上分析出了能消除其计算失真问题的合理单元长度及对应积分点数量。然后基于OpenSees有限元程序,使用该理论分析结果建立了一组单墩循环推倒试验的数值分析模型,通过加载点力-位移滞回曲线的对比分析和墩底截面曲率滞回曲线的对比分析验证了理论结果的正确性。结果表明:使用力法非线性梁柱单元模型进行结构的非线性数值分析时,其单元长度划分应根据积分点数量确定,确定原则应基于使单元屈服后变形增长的分布长度与塑性铰长度相等进行计算;在实际使用中,可利用等效塑性铰长度计算积分点数量与单元长度的关系,初步确定单元划分的合理长度;在保证单元长度与积分点数量的对应关系前提下,力法非线性单元的积分点数量越多,计算结果越稳定。 展开更多

关键词 非线性有限元理论 数值模拟 力法非线性梁柱单元 积分点 单元长度

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基于MFBFE剪力墙单元研究及低周反复试验数值分析 被引量：5

5

作者 杜轲 孙景江 +1 位作者 丁宝荣 刘琛 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第1期1-12,共12页

基于力插值纤维单元是目前钢筋混凝土结构非线性分析最常用的单元,它忽略单元的截面剪切变形,采用平截面假定,但对于剪力墙构件,其截面高度比较大,仍采用平截面假定忽略截面剪切变形将会造成较大的误差。基于这一背景,文中提出考虑截面... 基于力插值纤维单元是目前钢筋混凝土结构非线性分析最常用的单元,它忽略单元的截面剪切变形,采用平截面假定,但对于剪力墙构件,其截面高度比较大,仍采用平截面假定忽略截面剪切变形将会造成较大的误差。基于这一背景,文中提出考虑截面剪切变形的修正基于力插值纤维单元(MFBFE),其截面不再是平截面,而是曲面,用以模拟剪力墙的地震反应非线性分析。基于OpenSees进行MFBFE单元开发,并对一组9个剪力墙试件进行水平低周往复模拟。实例分析结果显示较好地预测了构件的初始刚度、屈服力、极限力、卸载刚度、残余位移、延性和能量耗散,表明MFBFE单元模拟剪力墙地震反应非线性分析有较高的精度。并且对MFBFE单元在不同轴压比、不同高宽比、不同混凝土强度、不同纵向配筋率、不同约束区长度、不同配箍率下进行趋势分析。数据显示,文中提出的分析模型的适用范围很广,对于上述不同的计算和构造条件下都满足精度要求。 展开更多

关键词 纤维单元 MFBFE剪力墙单元 OpenSees软件 剪力墙低周反复试验

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剪力墙非线性分析单元MFBFE的理论及开发 被引量：4

6

作者 杜轲 孙景江 +1 位作者 刘琛 刘仲伟 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2014年第7期137-145,共9页

纤维单元以其单元自身的优点被广泛使用于梁柱构件的非线性分析中,对于剪力墙构件,由于纤维单元采用平截面假定,忽略单元的截面剪切变形,会造成很大的误差。该文对基于力插值的纤维单元进行修正,将其引入到剪力墙构件的分析中,介绍了考... 纤维单元以其单元自身的优点被广泛使用于梁柱构件的非线性分析中,对于剪力墙构件,由于纤维单元采用平截面假定,忽略单元的截面剪切变形,会造成很大的误差。该文对基于力插值的纤维单元进行修正,将其引入到剪力墙构件的分析中,介绍了考虑截面剪切变形的修正基于力插值纤维单元(MFBFE)和材料单轴本构的形成,给出单元在OpenSees平台上的开发过程,特别是迭代过程中的非线性分析算法和OpenSees框架下单元和材料本构的实现方式。通过实例分析对MFBFE的应用效果进行检验,得到了两组6片剪力墙的水平低周往复模拟数据,与试验结果对比,可以认为试件模拟结果中各项抗震性能指标均与试验值相接近,单元分析精度较高。 展开更多

关键词 剪力墙单元 截面剪切变形 单元开发 MFBFE 非线性算法

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非均匀受压下的箍筋约束混凝土本构模型 被引量：2

7

作者 冯德成 万增勇 李杰 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期1-7,15,共8页

以Mander提出的箍筋约束混凝土模型为基础,考虑构件非均匀受压下截面应变梯度对箍筋约束效应的影响,引入偏心率系数反映非均匀受压下偏心率对箍筋有效约束力的影响,建立了一类新的箍筋约束混凝土模型.将这一模型与柔度法纤维梁柱单元相... 以Mander提出的箍筋约束混凝土模型为基础,考虑构件非均匀受压下截面应变梯度对箍筋约束效应的影响,引入偏心率系数反映非均匀受压下偏心率对箍筋有效约束力的影响,建立了一类新的箍筋约束混凝土模型.将这一模型与柔度法纤维梁柱单元相结合,实现了在计算过程中动态更新构件不同位置、不同受力状态下的截面偏心率以及相应的约束混凝土应力-应变关系.对钢筋混凝土柱的分析结果表明建立的模型物理意义明确、计算精度较高. 展开更多

关键词 箍筋约束混凝土 非均匀受压 偏心率 柔度法梁柱单元

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基于力插值的非线性梁柱单元中固定端部求积节点的积分方法 被引量：2

8

作者 杜轲 孙景江 刘琛 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2013年第9期22-27,共6页

构件进入非线性时,塑性区域一般出现在构件的端部,然而目前有限元软件常用的高斯-勒让德积分方法在端部没有求积节点,这将直接影响数值模拟的精度。该文提出在基于力插值的非线性梁柱单元中使用固定端部求积节点的积分方法,并通过OpenS... 构件进入非线性时,塑性区域一般出现在构件的端部,然而目前有限元软件常用的高斯-勒让德积分方法在端部没有求积节点,这将直接影响数值模拟的精度。该文提出在基于力插值的非线性梁柱单元中使用固定端部求积节点的积分方法,并通过OpenSees进行二次开发实现了该方法。实例分析表明,相同的积分点个数,固定一端求积节点的高斯-拉道积分方法和固定两端求积节点的高斯-洛巴托积分方法具有较高的精度,而固定两端求积节点的牛顿-科茨积分方法精度稍低,但均明显优于高斯-勒让德积分方法。建议在非线性分析中采用高斯-拉道积分方法或者高斯-洛巴托积分方法。 展开更多

关键词 基于力插值梁柱单元 积分方法 非线性分析 求积节点 滞回曲线

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基于柔度法梁柱单元的自适应损伤扩展模型 被引量：1

9

作者 冯德成 李杰 《建筑结构学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第10期90-97,共8页

在分析了柔度法钢筋混凝土梁柱单元的变形局部化问题以及现有的规则化技术的优势与不足的基础之上,基于柔度法梁柱单元,分析了钢筋混凝土梁、柱构件损伤及破坏特点,提出了自适应损伤扩展模型。结合范德蒙矩阵动态求解相应的积分点权重,... 在分析了柔度法钢筋混凝土梁柱单元的变形局部化问题以及现有的规则化技术的优势与不足的基础之上,基于柔度法梁柱单元,分析了钢筋混凝土梁、柱构件损伤及破坏特点,提出了自适应损伤扩展模型。结合范德蒙矩阵动态求解相应的积分点权重,实现了塑性铰长度动态变化,克服了数值计算中的积分敏感性问题。对简支梁、钢筋混凝土悬臂柱进行非线性分析可知,该模型不仅可以模拟构件的受力软化行为,还可以描述受力硬化行为的损伤扩展情况,且具有较好的计算精度。 展开更多

关键词 钢筋混凝土框架结构 柔度法梁柱单元 变形局部化 损伤扩展 范德蒙矩阵

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基于修正力插值纤维单元的汶川地震典型高层建筑震害模拟

10

作者 杜轲 丁宝荣 孙景江 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2015年第S1期191-195,共5页

在非线性阶段,剪力墙构件由于其截面高度比较大,受力极为复杂,仍采用平截面假定将会造成较大的误差。考虑截面剪切变形的修正基于力插值纤维单元(MFBFE),其截面不再是平截面,而是曲面,在剪力墙构件的非线性地震反应分析有较高的精度。基... 在非线性阶段,剪力墙构件由于其截面高度比较大,受力极为复杂,仍采用平截面假定将会造成较大的误差。考虑截面剪切变形的修正基于力插值纤维单元(MFBFE),其截面不再是平截面,而是曲面,在剪力墙构件的非线性地震反应分析有较高的精度。基于MFBFE单元对汶川地震中破坏严重的都江堰市电信大楼进行逐步增量时程分析(IDA)。分析结果显示底层和9层是薄弱层,而底层由于各指标基本都为最大值,因此将首先出现破坏,这与震害调查结果基本相符。验证了MFBFE单元在实际结构分析中的合理性和可靠性,为高层建筑结构地震灾变行为研究提供参考。 展开更多

关键词 纤维单元 MFBFE剪力墙单元 IDA分析 高层建筑 汶川地震

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环形线负载驱动变曲率反射镜技术 被引量：2

11

作者 解晓蓬 赵惠 +5 位作者 李创 樊学武 任国瑞 柴文义 许亮 苏宇 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期22-31,共10页

从薄板弹性理论出发,对可实现曲率变化的环形线负载驱动模型进行分析,给出了基于该模型的大镜厚比变曲率反射镜的形变方程.以较小的驱动力实现较大的中心形变为目标,利用MATLAB软件对不同反射镜厚度、驱动环半径下的反射镜形变情况进行... 从薄板弹性理论出发,对可实现曲率变化的环形线负载驱动模型进行分析,给出了基于该模型的大镜厚比变曲率反射镜的形变方程.以较小的驱动力实现较大的中心形变为目标,利用MATLAB软件对不同反射镜厚度、驱动环半径下的反射镜形变情况进行模拟计算,结果表明,反射镜厚度范围在2~4 mm之间、驱动环半径数值在反射镜有效半径1/2处最佳.以此为依据,设计并研制了口径为100 mm、厚度为3 mm的铍青铜环形线负载驱动变曲率反射镜结构及原型样片,给出了变曲率反射镜整体结构前10阶的振动模态分析结果.完成装配后,反射镜原型样片的面形精度接近λ/30（λ为波长）.对该结构进行极限曲率变化和面形精度保持的验证实验,通过对变曲率反射镜结构进行改进,环形线负载驱动能够实现超过30个波长（632.8 nm）的中心形变,且面形精度的变化与反射镜中心矢高的变化呈弱相关. 展开更多

关键词 光学变焦 无运动部件变焦 变曲率反射镜 环形线负载驱动 薄板弹性理论 有限元分析

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