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空间钢框架精细塑性铰法高等分析

工程力学 2006年第A01期23卷 108-116页

作者：刘永华张耀春哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

几何非线性单元的精度主要决定于单元恢复力的计算方法，刚度矩阵对单元精度的影响很小。建立了考虑剪切变形影响的精细塑性铰法空间梁柱单元。单元二阶效应由稳定函数考虑，采用精细塑性铰模型考虑材料非线性，可考虑截面的逐渐屈服以... 详细信息

几何非线性单元的精度主要决定于单元恢复力的计算方法，刚度矩阵对单元精度的影响很小。建立了考虑剪切变形影响的精细塑性铰法空间梁柱单元。单元二阶效应由稳定函数考虑，采用精细塑性铰模型考虑材料非线性，可考虑截面的逐渐屈服以及由残余应力引起的分布塑性对单元刚度的削弱。单元刚度矩阵包含了轴向、弯曲和扭转位移之间的耦合效应。利用ANSYS软件的用户可编程特性（UPFs）编写了单元程序，通过连接将用户单元添加到ANSYS软件单元库中。算例分析结果表明，采用作者提出的单元时，每根杆件用一个单元模拟分析可达到很高精度，而采用ANSYS中BEAM189单元时，每根柱需3-4单元模拟才能达到合适的精度。分析结果还表明，多高层框架结构中构件剪切变形的影响不可忽略。

关键词：空间钢框架高等分析精细塑性铰法单元恢复力刚度矩阵剪切变形 ANSYS用户可编程特性

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钢框架的高等分析与设计

建筑结构学报 2005年第1期26卷 51-59页

作者：舒赣平孟宪德陈绍礼东南大学土木工程学院江苏南京210096 香港理工大学

针对现行钢结构设计方法的缺陷与不足,强调了钢结构进行高等分析与设计的重要性,从结构整体稳定的角度,基于改进塑性铰方法,讨论了计算单元、初始缺陷的引入、节点连接刚度及构件的塑性设计、结构的二阶分析等钢结构高等分析的基本要点... 详细信息

针对现行钢结构设计方法的缺陷与不足,强调了钢结构进行高等分析与设计的重要性,从结构整体稳定的角度,基于改进塑性铰方法,讨论了计算单元、初始缺陷的引入、节点连接刚度及构件的塑性设计、结构的二阶分析等钢结构高等分析的基本要点,并对现行的极限状态分项系数法和改进塑性铰分析方法进行了比较。典型算例结果表明,采用的方法和NIDA-NAF程序可以准确考虑各种缺陷和设计参数对钢结构稳定承载力的影响,钢结构高等分析设计是现代钢结构设计发展的方向。

关键词：高等分析钢结构设计钢框架塑性铰塑性设计稳定承载力节点连接分项系数法设计参数要点

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钢框架高等分析研究综述

哈尔滨工业大学学报 2005年第9期37卷 1283-1290页

作者：刘永华张耀春哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090

为了加深对高等分析的理解,介绍了钢框架现行计算长度设计方法的缺点和高等分析与设计的特点,详细讨论了影响钢框架稳定性和极限承载力的主要因素,如几何非线性、材料非线性、几何缺陷、残余应力、局部屈曲、弯扭屈曲等,以及分析时各种... 详细信息

为了加深对高等分析的理解,介绍了钢框架现行计算长度设计方法的缺点和高等分析与设计的特点,详细讨论了影响钢框架稳定性和极限承载力的主要因素,如几何非线性、材料非线性、几何缺陷、残余应力、局部屈曲、弯扭屈曲等,以及分析时各种因素的考虑方法.同时介绍了国内外在钢框架高等分析方面的研究现状、不足以及可能的发展趋势,为钢框架结构整体分析与设计方法的研究提供一些理论参考.

关键词：钢框架计算长度法高等分析稳定性极限承载力

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船舶废热驱动的喷射式制冷系统的高等分析

上海海事大学学报 2022年第1期43卷 114-118页

作者：李富娟罗文华郑超瑜陈武上海海事大学商船学院上海201306 集美大学轮机工程学院福建厦门361021

为提升船舶废热驱动的喷射式制冷系统的能源利用率,基于系统实验样机的运行性能数据,对船舶废热驱动的喷射式制冷系统进行高等分析,全面考察分析系统各部件的外源和内源损失以及可避免和不可避免损失。结果表明,系统部件的优化顺序依次... 详细信息

为提升船舶废热驱动的喷射式制冷系统的能源利用率,基于系统实验样机的运行性能数据,对船舶废热驱动的喷射式制冷系统进行高等分析,全面考察分析系统各部件的外源和内源损失以及可避免和不可避免损失。结果表明,系统部件的优化顺序依次为蒸发器、喷射器、冷凝器、发生器、节流阀、工质泵,蒸发器具有最大的优化潜能。与传统分析结果的比较表明,高等分析能够为船舶废热驱动的喷射式制冷系统的优化提供更加明确的指导。

关键词：船舶废热回收喷射式制冷系统高等分析

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平面钢框架的高等分析

平面钢框架的高等分析

作者：张砚同华中科技大学

学位级别：硕士

现行钢框架分析设计由包括各种放大系数的结构整体一阶弹性分析和相关方程组成。该法必须进行繁琐费时的K系数的计算和单个构件的承载力验算。而高等分析集稳定理论和塑性理论之大成,能在结构的分析模型中直接考虑结构和构件的强度和稳... 详细信息

现行钢框架分析设计由包括各种放大系数的结构整体一阶弹性分析和相关方程组成。该法必须进行繁琐费时的K系数的计算和单个构件的承载力验算。而高等分析集稳定理论和塑性理论之大成,能在结构的分析模型中直接考虑结构和构件的强度和稳定性,并且可避免K系数的计算和单个构件的承载力验算。本论文主要对平面钢框架的高等分析进行研究。主要工作如下: (1)讨论了目前较为实用的高等分析法——改进的塑性铰法。详细推导了考虑P -δ效应的稳定函数、考虑P -Δ效应的刚度矩阵。讨论了刚度矩阵的转换和形成塑性铰后的修正、考虑残余应力的CRC切线模量、考虑弯曲影响的抛物线刚度退化模型和考虑几何缺陷的模型。 (2)研究了AISC-LRFD法设计钢框架的过程。其中主要介绍了用来考虑P -δ效应的B1系数和考虑P-Δ效应的B2系数;考虑框架中梁柱杆件相互影响的有效长度系数K;梁柱的相关方程;梁曲线以及考虑残余压力和几何缺陷的柱曲线。然后依据此法对Vogel框架进行了详细的分析。 (3)用MATLAB语言编制了基于改进的塑性铰法的平面钢框架高等分析程序FAAP,并对Vogel框架进行了详细的分析;此外还用大型结构有限元分析软件SAP2000对Vogel框架进行了分析。最后将改进的塑性铰法与“精确解”塑性区法进行了比较。结果表明改进的塑性铰法只需花费较少的计算时间,便可得到接近“精确解”塑性区法的结果。

关键词：高等分析刚性平面钢框架改进的塑性铰法二阶非弹性分析 AISC-LRFD法

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钢框架支撑结构的高等分析及应用研究

钢框架支撑结构的高等分析及应用研究

作者：易凌广州大学

学位级别：硕士

在最近的十几年里随着计算机技术的发展，把钢结构的高等分析应用于设计已成为一种可能。高等分析方法是一种能准确描述结构极限状态的二阶弹塑性分析方法，并且不需要对组成结构的单个构件进行繁琐的验算，一次计算一次完成，因此，高... 详细信息

在最近的十几年里随着计算机技术的发展，把钢结构的高等分析应用于设计已成为一种可能。高等分析方法是一种能准确描述结构极限状态的二阶弹塑性分析方法，并且不需要对组成结构的单个构件进行繁琐的验算，一次计算一次完成，因此，高等分析方法是一种更为有效和更加精确的钢结构分析方法。本文采用了一种新的考虑剪切变形的二阶非弹性梁柱单元，及考虑两类钢支撑的二阶非弹性单元进行了理论分析，并采用Fortran语言编写了考虑几何非线性、材料非线性、几何初始缺陷、残余应力、半刚性连接的钢框架—支撑结构高等分析程序。通过本文编写的高等分析程序对钢框架支撑结构进行了分析，并与美国Bucknell大学的非线性软件MASTAN2进行了对比，验证了本文理论方法的正确性。本文还通过算例对钢框架结构、钢框架中心支撑结构、钢框架偏心支撑结构的高等分析进行了研究，得出了高等分析时各种因素对不同钢框架支撑结构性能的影响。最后，本文将通过三个工程算例来说明钢结构高等分析能进行考虑极限承载力状态和正常使用极限状态的钢结构设计。通过对工程算例的应用研究，表明钢结构高等分析方法能广泛地应用于实际工程。

关键词：钢框架支撑高等分析剪切变形稳定函数半刚性极限承载力

高强钢H形截面压弯构件及钢框架稳定性的钢结构高等分析研究

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高强钢H形截面压弯构件及钢框架稳定性的钢结构高等分析研究

作者：邢涛新疆大学

学位级别：硕士

随着现代建筑需求的多样化与差异化需求日益增长,高强钢在实际工程中的应用越来越广泛,其具有强度高、自重轻、截面面积小等特点,但也使得稳定性问题更加突出。对高强钢受压构件的稳定性研究目前还以轴压为主,对实践的指导意义有限。在... 详细信息

随着现代建筑需求的多样化与差异化需求日益增长,高强钢在实际工程中的应用越来越广泛,其具有强度高、自重轻、截面面积小等特点,但也使得稳定性问题更加突出。对高强钢受压构件的稳定性研究目前还以轴压为主,对实践的指导意义有限。在钢结构设计中,由于高强钢压弯构件的整体稳定系数明显提高,如果继续套用规范中的原有公式,不能很好地发挥其优势;而在梁柱节点连接过程中,仅简单的考虑铰接和刚接,也与实际情况有所差异。有鉴于此,本文为了探索高强钢压弯构件的受力特性及其框架节点连接与实际情况的差异性,进行了数值模拟分析,主要的研究成果和创新点如下:（1）通过有限元软件针对压弯构件的初始几何缺陷、残余应力、几何非线性、材料非线性等影响因素,建立有限元模型。并将模型结果与试验结果进行对比,验证模型正确后,对各影响因素进行变量分析。（2）变量分析后的结果表明:高强钢的初始几何缺陷取规范规定的1‰时,稳定系数略高于规范b类曲线;随着翼缘宽厚比、腹板高厚比的增加,压弯构件的稳定承载力呈线性趋势增长;随着长细比的增加以及相对荷载偏心率的增加,压弯构件稳定承载力有所下降。（3）对比钢结构设计标准（GB50017-2017）与钢结构设计规范（GB50017-2003）的压弯构件平面外稳定公式,发现由于规范的普遍适用性,其考虑因素较多,在焰切边焊接H形截面压弯构件中的相关屈曲稳定承载力方面,计算结果较为保守。遂在其规范公式和变量分析的基础上,引入相关参数,提出焰切边H形截面压弯构件稳定承载力的相关公式,将计算结果与有限元结果进行对比分析,为高强钢压弯构件的理论和设计,提供一定参考。（4）对钢结构设计标准（GB50017-2017）二阶弹塑性理论和设计方法进行了详细介绍,并使用有限元软件在梁柱节点考虑半刚性连接进行数值模拟。通过算例,对高强钢半刚性连接框架进行了高等分析。

关键词：压弯构件半刚性连接有限元高等分析

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考虑实际活荷载分布的钢框架住宅高等分析

考虑实际活荷载分布的钢框架住宅高等分析

作者：袁征郑州大学

学位级别：硕士

我国现阶段建筑结构设计规范所使用的荷载指标还是上世纪80年代初统计得出的，现在住宅所承受的荷载与80年代初已经有了很大不同。如，随着人们生活水平的提高，居住条件有了很大改善，家庭的装修、家具的更新非常普遍。因此有必要对当... 详细信息

我国现阶段建筑结构设计规范所使用的荷载指标还是上世纪80年代初统计得出的，现在住宅所承受的荷载与80年代初已经有了很大不同。如，随着人们生活水平的提高，居住条件有了很大改善，家庭的装修、家具的更新非常普遍。因此有必要对当前的住宅建筑的楼面荷载状况进行调查和分析，以为我国有关规范的编制提供基础。对于作用于楼面的活荷载，在结构设计计算中，首先是将楼面荷载当作均布荷载计算楼板，当为框架结构时，楼面荷载传递到框架，以此荷载计算框架的受力。这里将楼面荷载当作均布荷载，再将均布荷载传递到框架结构，实际是假定了楼面荷载为均匀分布。我们知道作用在楼面的持久性活荷载，会随着时间和位置发生改变，具有时间的变异性和空间的变异性，因此作用于楼面的荷载属荷载随机场，传递到框架结构的荷载也应当按楼面荷载的随机场来确定。本文以郑州市较为典型的住宅建筑为对象，其建筑面积分别为80平米、120平米、160平米的楼层为代表，参照大量同类房间中家具的布置形式，最终确定能够代表大多数同类住宅房屋平面布置与室内布置形式。根据国家“十五”科技攻关项目“住宅建筑体系与工程质量保障关键技术”子项目“中原地区住宅建筑结构可靠性技术的荷载和抗力调查与统计”项目组对楼面家具重量调查的数据，应用工程分析软件，建立钢筋混凝土楼板和型钢梁平面计算模型，根据楼层平面布置和室内布置，以及各个家具重量的统计参数，计算持久性楼面荷载对于框架梁的作用。在此基础上，分别以楼板变形和楼层梁最大弯矩相等的原则，将随机分布的持久性楼面活荷载转化为均布荷载。对于楼面临时性活荷载，由于其离散性大，且并不经常出现，本文参考了课题组统计调查后最终归纳的数据。根据最终的楼面活荷载(持久性活荷载和临时性活荷载的组合)的均值及方差，参照《建筑结构设计统一标准》的方法，计算出了楼面活荷载的标准值。本文在计算出楼面活荷载标准值的基础上，用工程分析软件ANSYS对钢框架住宅实现了高等分析。高等分析理论是近年来处于热门研究中的一种新的结构计算方法。高等分析是指通过精确的一次非线性分析，完善的考虑结构的二阶效应及其其他因素的影响，完成目前两阶段设计所做的工作。高等分析比目前的两阶段设计方法更精确，更简捷。由于影响钢框架稳定性和极限承载力的因素主要有：几何非线性、材料非线性、几何缺陷、残余应力、板件的局部屈曲、弯曲扭曲、半刚性连接等。在高等分析过程中把所有这些因素考虑进去是非常复杂的，本文主要考虑了影响比较大的几何非线性、材料非线性和初始缺陷。初始缺陷包括初弯曲和初偏心，根据课题组对构件尺寸调查统计数据确定初始缺

关键词：持久性活荷载等效均布荷载钢框架住宅高等分析极限承载力

基于OpenSees的钢结构高等分析二次开发

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基于OpenSees的钢结构高等分析二次开发

作者：高健利郑州大学

学位级别：硕士

传统的钢结构设计方法包含两个阶段,即两阶段设计。第一阶段:通过线弹性分析计算结构的内力;第二阶段:将第一阶段计算的内力用极限状态理论相关方程进行截面验算。传统的设计方法存在着很大的缺陷,忽视了单独构件和整体结构之间的协调性... 详细信息

传统的钢结构设计方法包含两个阶段,即两阶段设计。第一阶段:通过线弹性分析计算结构的内力;第二阶段:将第一阶段计算的内力用极限状态理论相关方程进行截面验算。传统的设计方法存在着很大的缺陷,忽视了单独构件和整体结构之间的协调性,而高等分析方法是通过一次精确的非线性分析,完备地描述结构与构件强度和稳定性,同时考虑了几何材料非线性及其他因素的影响,从而避免了对各个构件的强度进行验算,它弥补了传统设计方法的不足。因此高等分析设计方法更能真实的反映结构的实际受力状态。论文对桁架结构和钢框架结构在应用高等分析方法时需考虑多种因素的单元展开了研究,并基于OpenSees进行了实现,为应用OpenSees对结构进行高等分析提供了可能。取得的主要研究成果如下:(1)基于更新的拉格朗日增量理论,利用虚位移原理详细推导了高阶非线性桁架单元刚度矩阵。并在通用有限元程序OpenSees平台上开发了高阶非线性桁架单元,通过几个数值算例验证,所开发的桁架单元在进行桁架非线性分析时具有很高的效率和精度。(2)为了更好考虑桁架结构在循环荷载或者地震作用下的后屈曲行为,本文基于OpenSees平台开发了EPB和IEPB材料本构模型。该本构模型能够考虑受压临界应力以及加载应变历史等。并通过几个数值算例说明了不考虑后屈曲往往会过高地估计结构的承载能力,同时验证了本文所开发的材料本构具有很高的计算精度,能很好的考虑桁架的后屈曲行为。(3)基于梁柱理论,开发了考虑剪切变形的几何非线性梁柱单元。在OpenSees的单元库中增加了考虑剪切变形的几何非线性梁柱单元,并用该单元和OpenSees的基于柔度的非线性梁柱单元对几个数值算例进行了对比分析,分析结果表明:本文开发的几何非线性梁柱单元具有更高的效率和计算精度。(4)基于梁柱理论,在考虑剪切变形的几何非线性梁柱单元的基础上,考虑了材料非线性,并考虑了残余应力、弯曲引起的刚度退化,开发了同时考虑几何材料非线性的精细塑性铰梁柱单元。通过几个数值算例分析表明,用每根构件一个本文单元即可达到很高的计算效率和精度。

关键词：高等分析钢结构 OpenSees 塑性铰法梁柱单元