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弹塑性纤维梁柱单元及其单元参数分析

工程力学 2004年第3期21卷 15-20页

作者：聂利英李建中范立础同济大学桥梁系

基于柔度法且沿单元长度积分的弹塑性纤维梁柱单元是可以模拟复杂的截面双向滞回曲线和截面刚度沿杆长方向连续变化的单元模型。由于其计算工作量太大,这种复杂的单元自提出以来,一直没有得到推广应用。对弹塑性纤维梁柱单元模型进行了... 详细信息

基于柔度法且沿单元长度积分的弹塑性纤维梁柱单元是可以模拟复杂的截面双向滞回曲线和截面刚度沿杆长方向连续变化的单元模型。由于其计算工作量太大,这种复杂的单元自提出以来,一直没有得到推广应用。对弹塑性纤维梁柱单元模型进行了研究,在此基础上对其单元参数进行了分析,通过研究单元积分段以及截面上纤维的合理划分,使计算工作量适当减少而又不影响计算结果准确性,为纤维单元在大型结构中应用打下基础。

关键词：非线性有限元纤维梁柱单元单元参数弹塑性分析

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基于显式算法的纤维梁柱单元模型

工程力学 2011年第12期28卷 39-44页

作者：禚一李忠献天津大学建筑工程学院滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室(天津大学)

为精细模拟钢筋混凝土桥梁的强非线性行为,利用显式中心差分法,建立一种基于显式算法的纤维梁柱单元模型,并引入到前期建立的纤维梁柱单元实用模拟平台FENAP中。采用该显式单元模型,分别对一钢悬臂梁进行滞回特性分析和对一钢筋混凝土... 详细信息

为精细模拟钢筋混凝土桥梁的强非线性行为,利用显式中心差分法,建立一种基于显式算法的纤维梁柱单元模型,并引入到前期建立的纤维梁柱单元实用模拟平台FENAP中。采用该显式单元模型,分别对一钢悬臂梁进行滞回特性分析和对一钢筋混凝土桥墩进行推覆分析,并将计算结果与采用FENAP隐式单元模型和采用OpenSEES软件纤维模型的计算结果进行对比分析。结果表明,所建立的FENAP显式纤维梁柱单元模型可有效模拟材料软化行为,避免由结构负刚度所引起的不收敛,且计算精度较高,为长大桥梁结构倒塌分析提供了一种实用手段。

关键词：钢筋混凝土桥梁非线性行为纤维梁柱单元显式算法材料软化结构负刚度

基于纤维梁柱单元的桥梁墩柱地震反应模拟方法研究

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世界地震工程 2019年第1期35卷 117-127页

作者：赵泰儀孙治国石岩郭迅防灾科技学院土木工程学院北京101601 兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050

为讨论利用纤维梁柱单元进行钢筋混凝土桥墩地震反应分析的建模方法,分别以4个悬臂式单柱墩和1个双柱墩拟静力加载试验,以及1个悬臂式单柱墩的振动台试验结果为依据,基于OpenSees数值分析平台建立了桥墩的地震反应分析模型。通过改变单... 详细信息

为讨论利用纤维梁柱单元进行钢筋混凝土桥墩地震反应分析的建模方法,分别以4个悬臂式单柱墩和1个双柱墩拟静力加载试验,以及1个悬臂式单柱墩的振动台试验结果为依据,基于OpenSees数值分析平台建立了桥墩的地震反应分析模型。通过改变单元数量,分析了基于力的纤维梁柱单元和基于位移的纤维梁柱单元对桥墩地震反应的模拟精度。结果表明:对悬臂式单柱墩的拟静力和振动台试验,可沿墩高仅建立1个基于力的纤维梁柱单元,并在墩底串联1个考虑纵筋塑性渗透和粘结滑移的转动弹簧单元,即可获得很好的模拟结果。当采用基于位移的纤维梁柱单元时,应沿墩高至少建立2个单元,且塑性铰区至少有1个,才能保证获得较高的模拟精度。对双柱墩拟静力试验,采用基于力的纤维梁柱单元建模,沿每个墩高建立2个单元即可;以基于位移的纤维梁柱单元建模,建议沿每个墩高建立3个单元,且其中2个单元布置在塑性铰区。当数值模型可对静力滞回曲线取得很好的模拟结果后,该模型一般可对动力作用下墩顶最大位移和墩底最大剪力进行较为准确的模拟,但对墩顶残余位移的模拟精度无法保证。

关键词：桥梁抗震纤维梁柱单元钢筋混凝土桥墩数值模拟 OpenSees

基于纤维梁柱单元的钢筋混凝土柱往复荷载作用下破坏过程分析

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科学技术与工程 2019年第29期19卷 219-226页

作者：高营刘兰王万月中北大学土木工程系

为高效准确地模拟往复荷载作用下钢筋混凝土构件的破坏过程,基于结构精细化模拟分析平台(RSAPS)中的纤维梁柱单元模型,建立一种考虑损伤破坏的钢筋本构模型,并构建了材料破坏准则,从而建立了钢筋混凝土构件受力破坏的分析方法。应用RSAP... 详细信息

为高效准确地模拟往复荷载作用下钢筋混凝土构件的破坏过程,基于结构精细化模拟分析平台(RSAPS)中的纤维梁柱单元模型,建立一种考虑损伤破坏的钢筋本构模型,并构建了材料破坏准则,从而建立了钢筋混凝土构件受力破坏的分析方法。应用RSAPS平台对钢筋混凝土柱往复加载试验进行模拟,结果表明考虑钢筋损伤破坏的模型可以很好地模拟构件的刚度和承载力退化过程,模拟结果与试验结果更为吻合;进一步对往复荷载作用下钢筋混凝土柱的破坏过程进行模拟分析,结果表明考虑钢筋损伤破坏的模型能够准确地模拟由于局部材料失效破坏导致的钢筋混凝土构件承载力退化、耗能能力降低等非线性行为,可以较好地描述往复荷载作用下钢筋混凝土构件的破坏过程,可用于地震作用下建筑和桥梁结构倒塌过程分析。

关键词：钢筋混凝土构件模拟平台纤维梁柱单元破坏过程往复荷载

考虑局部屈曲加劲钢箱形构件极限承载力的纤维梁柱模型

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土木工程学报 2024年第4期57卷 34-47,110页

作者：白伦华沈锐利颜全胜刘耀鹏王路佛山科学技术学院广东佛山528225 西南交通大学四川成都610031 华南理工大学广东广州510641 香港理工大学中国香港999077 西南科技大学四川绵阳621010

大型桥梁加劲钢箱形构件的极限承载力会受到板件局部稳定性能的影响,而目前尚缺乏成熟的可直接计入局部屈曲的高效计算模型。归纳总结国内外钢构件计算方法对局部屈曲的处理方式,明确以有效应力法即采用板件(或加劲板)平均受压应力-应... 详细信息

大型桥梁加劲钢箱形构件的极限承载力会受到板件局部稳定性能的影响,而目前尚缺乏成熟的可直接计入局部屈曲的高效计算模型。归纳总结国内外钢构件计算方法对局部屈曲的处理方式,明确以有效应力法即采用板件(或加劲板)平均受压应力-应变曲线简化局部屈曲效应的研究思路。通过有限元程序ANSYS二次开发钢板拉压非对称本构模型,提出一种可直接计入局部屈曲的纤维梁柱模型。材料本构模型中受压应力-应变曲线通过小型的加劲板板壳模型得到,且全面考虑了焊接残余应力与几何缺陷。搜集已开展的钢箱梁、钢桥塔及钢拱肋的稳定性试验,采用提出的纤维梁柱模型、板壳模型与传统弹塑性梁柱模型进行分析,展示截面纤维划分策略,验证文中纤维梁柱模型的可靠性与高效性;通过设置不同的缺陷参数,探讨缺陷水平与局部屈曲对各个构件极限承载力的影响。研究表明,随着缺陷水平的严重,局部屈曲会显著降低极限承载力,提出的纤维梁柱单元模型能够有效地预测加劲钢箱形构件的极限承载力,具有较广泛的应用前景。

关键词：加劲钢箱形构件加劲板局部屈曲受压应力-应变曲线纤维梁柱单元板壳有限元模型

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基于OpenSees的节段拼装桥墩抗震性能数值分析

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科学技术与工程 2022年第6期22卷 2383-2393页

作者：金郑禄郑罡刘少乾郭增伟新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院乌鲁木齐830006 重庆交通大学土木工程学院重庆400041 四川省公路规划勘察设计研究院有限公司成都610041

为对预应力混凝土节段拼装桥墩抗震性能的数值分析提供依据,应用OpenSees有限元计算程序,选取非线性纤维梁柱单元配合适当的材料本构模型,对桥墩的混凝土节段、接缝及预应力筋进行模拟。首先,介绍桥墩材料所选用的本构模型;然后,介绍模... 详细信息

为对预应力混凝土节段拼装桥墩抗震性能的数值分析提供依据,应用OpenSees有限元计算程序,选取非线性纤维梁柱单元配合适当的材料本构模型,对桥墩的混凝土节段、接缝及预应力筋进行模拟。首先,介绍桥墩材料所选用的本构模型;然后,介绍模型对各部件的模拟方法、纤维网格划分以及边界条件设置;其次,开展模型分析并将计算结果与拟静力试验进行对比,结果表明:试验的滞回曲线、骨架曲线特性得到较好模拟;再次,探究并得到往复荷载作用下,P-Δ效应和墩底核心区混凝土强度退化是引起桥墩承载力降低的主要原因;最后,利用模型讨论了预应力张拉力、纵筋配筋率、混凝土强度、箍筋配筋率对桥墩骨架曲线的影响,发现张拉力相对其他几项参数对试件最大承载力的影响最为明显,混凝土强度对试件延性的影响最为明显。

关键词：节段拼装数值模拟纤维梁柱单元抗震 OpenSees

非完全相关荷载下钢筋混凝土框架结构体系可靠度分析

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计算力学学报 2009年第5期26卷 620-626页

作者：范文亮李杰重庆大学土木工程学院重庆400045 同济大学土木工程学院建筑工程系上海200092

目前框架结构体系可靠度分析大多是在荷载完全相关的假定下完成的,对于非完全相关荷载作用下的体系可靠度研究则鲜有涉及,对于非理想弹塑性或弹脆性的结构尤其如此。本文在随机系统分析的概率密度演化理论的基础上,结合结构非线性全过... 详细信息

目前框架结构体系可靠度分析大多是在荷载完全相关的假定下完成的,对于非完全相关荷载作用下的体系可靠度研究则鲜有涉及,对于非理想弹塑性或弹脆性的结构尤其如此。本文在随机系统分析的概率密度演化理论的基础上,结合结构非线性全过程分析的位移控制算法,推导了基于归一化位移参数的结构非线性发展概率密度演化方程和承载力裕度的概率密度演化方程。采用纤维梁柱单元进行非线性分析,研究了钢筋混凝土框架结构在非完全相关荷载下的体系可靠度,并与Monte Carlo法进行了对比分析,证明了文中建议方法的可行性。基于文中方法,分析了荷载相关性对可靠度的影响,计算结果表明,荷载相关性对体系可靠度有比较明显的影响。

关键词：体系可靠度概率密度演化理论纤维梁柱单元非完全相关荷载

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基于刚度退化和纤维单元的RC构件损伤模型

湖南大学学报（自然科学版） 2017年第3期44卷 76-87页

作者：郭宗明张耀庭樊剑卢杰志罗敏华中科技大学土木工程与力学学院湖北武汉430074

为了评估钢筋混凝土(RC)构件的损伤状态,在Maltab中建立了基于刚度退化和纤维梁柱单元的损伤模型.首先在OpenSees中建立基于纤维梁柱单元的构件、结构数值分析模型,将分析模型所得到的纤维应力、应变值导入在Matlab中所建立的损伤模型,... 详细信息

为了评估钢筋混凝土(RC)构件的损伤状态,在Maltab中建立了基于刚度退化和纤维梁柱单元的损伤模型.首先在OpenSees中建立基于纤维梁柱单元的构件、结构数值分析模型,将分析模型所得到的纤维应力、应变值导入在Matlab中所建立的损伤模型,并计算纤维、截面、构件的损伤值.所建立的损伤模型使用再加载刚度退化定义混凝土纤维的损伤,使用低周疲劳准则定义钢筋纤维的损伤,使用塑性应变定义预应力筋的损伤,并分别使用截面抗弯刚度退化、杆端抗弯刚度退化评估截面、构件的损伤.最后,选取循环荷载作用下的一榀预应力混凝土框架结构试验,对所建立损伤模型的适用性进行验证.结果表明:该损伤模型不仅可以准确地预测构件的损伤状态,而且可通过刚度组装和静力凝聚方法在各层次损伤指数间建立紧密的联系.此外,所建立的损伤模型将来可被嵌入OpenSees,直接实现针对混凝土构件和结构的损伤评估.

关键词：刚度退化纤维梁柱单元静力凝聚损伤指数钢筋混凝土构件

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钢筋混凝土空心墩延性变形能力分析

铁道学报 2012年第1期34卷 91-96页

作者：孙治国郭迅王东升梁永朵中国地震局工程力学研究所黑龙江哈尔滨150080 大连海事大学道路与桥梁工程研究所辽宁大连116026

基于纤维梁柱单元建立钢筋混凝土空心墩滞回分析模型,与试验结果对比验证模型准确性。在此基础上讨论纵筋配筋、壁厚、混凝土强度、剪跨比等因素对空心墩延性变形能力影响。研究表明:对剪跨比大于7.0的高墩,提高纵筋配筋率可有效增强其... 详细信息

基于纤维梁柱单元建立钢筋混凝土空心墩滞回分析模型,与试验结果对比验证模型准确性。在此基础上讨论纵筋配筋、壁厚、混凝土强度、剪跨比等因素对空心墩延性变形能力影响。研究表明:对剪跨比大于7.0的高墩,提高纵筋配筋率可有效增强其延性变形能力;而对于剪跨比小于5.0的中低墩,提高纵筋配筋率对其延性变形能力不利;在轴压比和纵筋配筋率一定情况下,空心墩壁厚对其延性变形能力影响不大,而保持轴力和纵筋配筋量不变时,增大壁厚可有效增加中低墩延性变形能力;且在固定轴力下,增大混凝土强度对提高中低墩延性变形能力效果显著。

关键词：空心墩高墩延性变形能力纤维梁柱单元模拟分析