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利用多弹簧模型研究底框架房屋的变轴力影响

公路交通科技（应用技术版） 2013年第5期9卷 307-310页

作者：李本发江苏省交通科学研究院股份有限公司江苏南京210017

本文利用多弹簧模型模拟底层框架柱的非线性行为,对底框架房屋的地震响应进行研究。由于该模型可以考虑变轴力对框架柱抗侧性能的影响,因此可望得到更合理的模拟计算结果。研究表明,底框柱的变轴力影响不可忽略,在地震动强度较大时对整... 详细信息

本文利用多弹簧模型模拟底层框架柱的非线性行为,对底框架房屋的地震响应进行研究。由于该模型可以考虑变轴力对框架柱抗侧性能的影响,因此可望得到更合理的模拟计算结果。研究表明,底框柱的变轴力影响不可忽略,在地震动强度较大时对整体结构的响应会产生较明显的影响。

关键词：多弹簧模型底框架砌体结构弹塑性时程分析地震响应

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利用多弹簧模型研究底框架房屋的变轴力影响

利用多弹簧模型研究底框架房屋的变轴力影响

作者：郝晓霞大连理工大学

学位级别：硕士

房屋建筑中,由水平地震引起的倾覆力矩作用,是引起下部框架柱附加轴力的主要原因。该附加轴力一般随时变化,且在结构的非线性阶段与水平作用力之间并不存在比例关系,它一方面使构件的抗弯、抗剪等强度以及变形能力等发生变化,另一方面,... 详细信息

房屋建筑中,由水平地震引起的倾覆力矩作用,是引起下部框架柱附加轴力的主要原因。该附加轴力一般随时变化,且在结构的非线性阶段与水平作用力之间并不存在比例关系,它一方面使构件的抗弯、抗剪等强度以及变形能力等发生变化,另一方面,也使构件的滞回特性发生改变。因此,在结构的非线性动力分析中,如何合理考虑该变轴力的影响,是当前结构抗震分析的关注点之一。本论文以底框砌体房屋为例,对框架柱的变轴力影响问题进行研究。 (1)介绍和采用多弹簧模型,并编制动力分析程序。通过文献试验对比验证了该模型具有较高的精度,所编制的程序是可靠、有效的;(2)对一栋6层底框架房屋在4种不同水平地震强度下进行动力分析,得到各底框柱的最大轴力随地震动增加均有一定幅度的提高,其提高幅度随地震动强度的增大而增大,边柱的增长幅度明显高于中柱,在不同地震动输入下中底框柱轴力变化幅度约为边柱的37%-55%。结构进入屈服状态时,中柱在正反两个方向上的屈服强度值基本接近,而边柱在其正反两个方向上的屈服强度由于受变轴力影响存在明显不同,相差接近30%。故变轴力影响不可忽略;(3)底框架结构在变轴力影响下,其底层框架的最大位移和最大剪力均比层间模型的结果小,二者的差别随水平地震强度的增加而增大;(4)对4层、6层、8层底框架结构进行动力分析,得到随结构层数的增加,各底框柱的轴力变化幅度有增大趋势,中柱轴力相对于边柱的变化缓慢。结构进入屈服状态时,随结构层数的增加,左、右边柱正反两向的屈服强度差别增大;(5)对6层底框架房屋在水平地震作用和水平、竖直(av=2/3ah)地震同时作用下的动力响应进行对比,得到水平、竖直地震同时作用下的各柱轴力变化幅度随地震强度的增大呈增大趋势,但中柱的轴力变化幅度相对于仅水平地震作用时大于左、右边柱,即竖向地震作用对中柱的影响大于边柱,中柱最大轴力变化为15.4%。因此,竖向地震对结构内力响应的影响不可忽略。但结构处于大震时底层最大位移差别仅为3.0%(ah=0.45gav=0.29g),故其对结构的侧移影响可忽略不计。

关键词：多弹簧模型底框架砌体结构变轴力弹塑性时程分析地震响应

基于多弹簧模型的空间梁柱单元(I):理论模型

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计算力学学报 2008年第1期25卷 129-133页

作者：方明霁李国强孙飞飞张强上海师范大学建筑工程学院上海201418 同济大学土木工程学院上海200092

引入多轴应力状态下的塑性应力-应变关系理论,在单元模型中考虑了弹塑性区域剪切变形对单元的弹塑性刚度影响,推导了考虑剪切变形弹塑性刚度影响的多弹簧模型的空间梁柱单元刚度矩阵,为整体钢框架结构的弹塑性动力分析奠定了单元基础。

关键词：多弹簧模型塑性理论剪切变形刚度矩阵

基于多弹簧模型的空间梁柱单元(II):参数分析

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计算力学学报 2008年第1期25卷 134-138页

作者：李国强方明霁孙飞飞张强同济大学土木工程学院上海200092 上海师范大学建筑工程学院上海201418

为模拟地震作用时杆件在变动轴力和双向弯曲的耦合特点,基于简化纤维模型的多弹簧单元模型近年被广泛应用。本文作者在相关论文中提出了考虑剪切变形弹塑性刚度影响的多弹簧模型空间梁柱单元,杆件的计算模拟精度除了取决于单元模型之外... 详细信息

为模拟地震作用时杆件在变动轴力和双向弯曲的耦合特点,基于简化纤维模型的多弹簧单元模型近年被广泛应用。本文作者在相关论文中提出了考虑剪切变形弹塑性刚度影响的多弹簧模型空间梁柱单元,杆件的计算模拟精度除了取决于单元模型之外,还决定于两个重要参数:弹簧位置及个数布置、塑性区长度,本文将针对其进行参数分析并提出合理建议取值。本文最后还提出了模拟杆件残余应力的合理弹簧布置方式。

关键词：多弹簧模型剪切变形塑性区长度弹簧布置

基于多弹簧模型的钢框架结构三维弹塑性地震反应分析

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地震工程与工程振动 2007年第3期27卷 22-29页

作者：方明霁李国强上海师范大学建筑工程学院上海201418 同济大学土木工程学院上海200092

文章提出了考虑剪切变形弹塑性刚度影响的多弹簧模型的空间梁柱单元,用于反复加载下钢构件的数值模拟。应用多轴应力状态下的塑性应力-应变关系理论,在单元模型中考虑了弹塑性区域剪切变形对单元的弹塑性刚度的影响,针对单元模型的塑性... 详细信息

文章提出了考虑剪切变形弹塑性刚度影响的多弹簧模型的空间梁柱单元,用于反复加载下钢构件的数值模拟。应用多轴应力状态下的塑性应力-应变关系理论,在单元模型中考虑了弹塑性区域剪切变形对单元的弹塑性刚度的影响,针对单元模型的塑性区长度和弹簧布置两个参数,文中给出了合理建议取值。数值模拟分析表明,所提出的单元模型能够很好地模拟钢构件的弹塑性性能。在此基础上,以多高层钢结构商业设计软件MTS为平台,进行三维钢框架结构弹塑性动力时程分析模块的开发。最后,文章对一纯钢框架结构足尺振动台试验进行数值模拟,模拟分析结果表明,本文所提出的多弹簧单元模型及开发的动力分析模块能够较好地模拟钢结构在地震作用下的弹塑性性能。

关键词：多弹簧模型塑性理论剪切变形刚度矩阵钢框架结构弹塑性

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基于多弹簧模型的浮搁柱脚节点建模方法

土木与环境工程学报(中英文) 2023年

作者：詹鑫邱洪兴陆维杰东南大学土木工程学院

浮搁是传统木结构中柱脚的典型构造形式，在水平荷载作用下木柱易出现摇摆现象。木柱的摇摆行为表明浮搁柱脚节点具有半刚性特征，对木结构抵抗侧向荷载和维持整体稳定性具有重要作用。本文提出一种摇摆木柱柱脚节点的建模方法，通过在... 详细信息

浮搁是传统木结构中柱脚的典型构造形式，在水平荷载作用下木柱易出现摇摆现象。木柱的摇摆行为表明浮搁柱脚节点具有半刚性特征，对木结构抵抗侧向荷载和维持整体稳定性具有重要作用。本文提出一种摇摆木柱柱脚节点的建模方法，通过在柱脚布置一排轴向弹簧以模拟柱底-础石接触界面的受力状态。基于OpenSees平台建立对应数值模型，通过与精细化有限元模型及大量相关文献中试验数据进行对比，验证该建模方法的有效性。同时对影响该建模方法的部分因素进行分析，包括柱脚弹簧接触刚度、分布模式、弹簧数量及材料本构。研究结果表明，该建模方法对接触刚度相对不敏感，建议木柱计算受压深度为木柱半径，以确定各弹簧单元接触刚度；3种分布模式均适用于该建模方法，弹簧单元的数量应不少于10个；对于高轴压比木柱，在建模过程中应采用考虑弹簧单元进入塑性的ElasticPP材料结构。

关键词：木结构浮搁木柱柱脚节点多弹簧模型弹簧单元

基于多弹簧模型的自复位耗能桥墩抗震性能研究

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四川水泥 2021年第5期 331-332页

作者：马腾飞张雯雯嘉兴学院南湖学院浙江嘉兴314000

为研究自复位耗能桥墩的抗震性能,本文采用SAP2000有限元软件,建立了自复位耗能桥墩模型,该模型桥墩与墩台采用分离嵌合式连接,使桥墩在地震作用下发生摆动,并通过自复位组件产生回复力以及耗能组件吸收地震能量,最大程度上减小了震后... 详细信息

为研究自复位耗能桥墩的抗震性能,本文采用SAP2000有限元软件,建立了自复位耗能桥墩模型,该模型桥墩与墩台采用分离嵌合式连接,使桥墩在地震作用下发生摆动,并通过自复位组件产生回复力以及耗能组件吸收地震能量,最大程度上减小了震后残余位移,从而确保桥墩自身的安全。同时对自复位桥墩和传统延性桥墩进行非线性动力时程分析,旨在研究两种桥墩在地震时的地震响应。研究结果表明自复位耗能桥墩在地震时桥墩顶部最大位移大于传统延性桥墩,但残余位移却小于传统延性桥墩,其抗震性能优于传统桥墩。

关键词：自复位耗能桥墩多弹簧模型残余位移动力时程分析

大直径单桩风电基础的桩-土相互作用简化弹簧分析模型研究

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大直径单桩风电基础的桩-土相互作用简化弹簧分析模型研究

作者：杨林大连理工大学

学位级别：硕士

固定式单桩基础风机由于结构简单、安装方便等原因最受欢迎且发展迅速,已逐渐被应用于深远海域。然而我国海域基岩层较浅,水下土体为强度较低、粘性较强的软粘土,为了保障大功率固定式风机基础在深远海应用的稳定性,大直径单桩基础是有... 详细信息

固定式单桩基础风机由于结构简单、安装方便等原因最受欢迎且发展迅速,已逐渐被应用于深远海域。然而我国海域基岩层较浅,水下土体为强度较低、粘性较强的软粘土,为了保障大功率固定式风机基础在深远海应用的稳定性,大直径单桩基础是有效的解决途径。针对大直径深水单桩风电机组基础的复杂桩-土相互作用问题,传统规范所采用的p-y曲线分析方法在应用中被证明,无法考虑大直径单桩“尺寸效应”引起的基底效应和竖向摩擦作用而低估了基础承载力,使得设计过于保守。同时高精度三维有限元分析则因密集网格剖分而使得计算时间过长,难以满足设计阶段的时效性要求。对于大直径刚性短桩,目前国内外的研究或不能考虑全部的土体约束影响,或没有相应约束的表达式,均对桩体极限承载力存在不同程度的低估。本文针对大直径单桩-土相互作用问题,利用有限元法分析土体对不同长径比单桩基础的约束作用机理,修正p–y曲线及其他约束作用表达式,建立能够快速准确预测桩-土相互作用的不同组合的简化弹簧模型,得到适用于不同直径单桩桩-土相互作用的工程设计方法。首先,建立不同长径比的桩-土相互作用三维有限元模型,研究长径比、土体吸力作用、土体的应力-应变关系对桩体的极限承载力、荷载-位移响应的影响;开展桩体发生挠曲和转动模式下土体的破坏机理研究,包括楔形破坏、绕流破坏和旋转破坏,并以此作为考虑全部土体对桩体约束作用的简化设计方法依据。其次,利用水平土抗力-位移关系和极限承载力因子,结合有限元计算结果对p-y曲线进行修正;针对不同长径比的单桩基础和不同应力-应变关系的软粘土,验证修正p-y曲线对水平荷载-挠曲位移关系计算的准确性以及对不同尺寸桩体的适用性。然后,研究大直径单桩转动产生的基底效应和侧壁摩擦作用机理,分析并获得相应约束作用的表达式;针对不同长径比桩体的实际受力情况,提出考虑不同约束作用的两弹簧模型和三弹簧模型,并验证其对于桩体尺寸和土体硬化程度的适用性。最后,利用考虑不同约束作用的简化设计方法计算单桩极限承载力,结合有限元结果,量化各约束作用对极限承载力的占比,以此为依据重新定义相对刚度界限值,提出适用于不同刚性程度单桩的桩-土相互作用简化设计方法。研究结果表明:对于不同相对刚度的单桩基础,本文提出的桩-土相互作用简化设计方法均能够充分地发挥土体约束作用,使用该方法可以快速准确地计算单桩极限承载力以及预测桩体的荷载-位移响应。

关键词：桩-土相互作用 p-y曲线多弹簧模型极限承载力

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Python模拟弹簧模型的可行性研究

中国高新科技 2019年第13期 43-45页

作者：郭子骥联合天主教高中

通过对多种弹簧模型进行物理分析,并运用python对其运动状态进行定量模拟,探究在不同情况下数值模拟方法在研究弹簧问题时的可靠性与可行性。实验中模型的选择从理想模型和经典模型开始,选取了1D简谐运动模型、圆周运动模型和1D多弹簧... 详细信息

通过对多种弹簧模型进行物理分析,并运用python对其运动状态进行定量模拟,探究在不同情况下数值模拟方法在研究弹簧问题时的可靠性与可行性。实验中模型的选择从理想模型和经典模型开始,选取了1D简谐运动模型、圆周运动模型和1D多弹簧串联模型,通过比对模拟结果和理论解析结果证明了该研究方法的可靠性。同时也将此研究方法拓展至没有解析解的复杂模型,包括2D弹簧网格以及有摩擦力存在的情况,通过对整个模型在一部分受力之后运动情况的模拟,并利用能量守恒、动量守恒等物理思想进行定性验证。

关键词：物理 Python 多弹簧模型