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《西安建筑科技大学》 2008年
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钢框架高等分析研究及面向对象的程序设计

张俊峰  
【摘要】: 传统的设计方法分为两个阶段,通过一阶线弹性理论分析计算结构在各种荷载作用下的内力,即结构分析;然后再将结构分析求得的内力用极限状态理论的相关方程进行逐个杆件的截面验算,即构件设计。这种设计方法有很大的缺陷:结构内力分析模式与构件承载力计算模式不一致,不能对结构进行完全的整体分析,而必须采用规范中的计算公式对单构件进行强度和稳定验算。而高等分析是一种新的分析方法,它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他因素的影响,完成目前两阶段设计所作的工作。由于它分析时能充分描述结构系统及构件的强度和稳定性,直接考虑结构的几何、材料非线性性能,从而避免对构件承载力进行逐个的安全验算,使设计更加合理,也大大简化了设计过程。 本课题对高等分析理论的塑性铰法进行了比较全面的分析,分别研究了基于有限元法的集中塑性铰模型和基于梁柱法的精细塑性铰模型,对几何非线性、剪切变形、翘曲、初始缺陷和节点半刚性都进行了研究。最后根据面向对象的思想,采用C++语言编制了面向对象的空间钢框架高等分析程序ADANS,为该理论在工程中的应用提供实现途径。从理论分析到程序实现,本文立足三维空间结构,主要做了如下工作: 根据连续介质力学的有限变形理论,从更新Lagrange构形的虚位移原理出发,得到了空间梁柱单元的虚功增量平衡方程;以三次插值函数为形函数,考虑剪切变形、翘曲变形、双向弯曲、扭转、轴向变形以及耦合项的影响,推导了三维空间薄壁梁柱单元的切线刚度矩阵,在塑性铰处理上根据Prandtl-Reuss理论和Drucker公式,推导了单元杆端出现塑性铰时单元的弹塑性刚度矩阵。 分别对考虑初始缺陷和不考虑初始缺陷的空间梁柱单元进行了研究,推导了两种情况下考虑剪切变形影响的几何非线性空间梁柱单元刚度矩阵。对于不考虑初始缺陷的空间梁柱单元,又着重研究了残余应力,弯曲引起的渐进屈服,弯扭耦合的影响,推导了单元的弹塑性刚度矩阵。 对柱弱轴顶底角钢半刚性连接节点进行了试验研究,还提出了一种新的柱弱轴半刚性连接节点形式,研究了该节点连接的性能,并与柱强轴半刚性连接进行了对比。 采用单元端部附加连接弹簧的方法研究了半刚性框架的非线性性能;并对端部为铰接,刚接,半刚性的各种连接情况进行了讨论。 根据面向对象的编程思想,将有限单元研究域分为:节点类(CNode)、节点管理类(CNodeMng)、单元类(CBaseElemnt)、截面特性类(CBaseElePro)、材料类(CBaseMaterial)、荷载类(CLoad)、荷载组类(CLoadGroup)以及总体结构类(CGlobalElement),并派生了基于节点类、单元类、材料类、截面特性类的派生类,算法中引入牛顿-拉夫逊迭代法和广义位移法,并对空间几何非线性的大转动,恢复力的求解,初始坐标转换以及收敛准则等问题进行了探讨。结合本文研究的空问钢结构高等分析理论,编制了面向对象的空间钢框架高等分析程序ADANS。使用本文程序对一些有代表性的钢框架结构进行了分析。实践证明本文单元具有良好的精度,每个构件通常只需用很少的单元来模拟就能够获得结构的性能。 对采用ANSYS进行结构极限承载力的分析进行了研究,探讨了如何基于数据文件对ANSYS进行二次开发,在此基础上编制了外部可执行程序CRSTRESS来直接考虑残余应力,并对直接考虑残余应力的平面及空间钢框架的极限承载力进行了研究,最后对某体育馆拱形变截面,变曲率刚架进行了分析,评估了该结构的安全性能。
【学位授予单位】:西安建筑科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TU391

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前7条
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2 张俊峰;郝际平;王连坤;;几何材料非线性分析的新空间梁柱单元[J];土木建筑与环境工程;2009年03期
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4 张俊峰;郝际平;;精细塑性铰法理论研究及面向对象程序设计[J];华中科技大学学报(城市科学版);2008年03期
5 张俊峰;郝际平;钟炜辉;;空间钢框架修正精细塑性铰法理论研究[J];西安建筑科技大学学报(自然科学版);2010年04期
6 张俊峰;楚留声;李天;郝际平;;考虑剪切变形的空间薄壁梁柱单元[J];郑州大学学报(理学版);2010年02期
7 张俊峰;郝际平;李天;;几何材料非线性的新梁柱单元及程序编制[J];郑州大学学报(工学版);2010年03期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 何昭仁;张文元;;钢框架高等分析和现行简化设计方法在应用中的问题综述[A];钢结构工程研究⑧——中国钢协结构稳定与疲劳分会第12届(ASSF-2010)学术交流会暨教学研讨会论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 李强;拼装式铝合金活动房承载力试验及应用研究[D];西安建筑科技大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 何昭仁;钢框架规范简化分析方法与精确分析方法的对比研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 汪奇备;钢结构高等分析及程序的开发[D];广州大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 刘永华;张耀春;;空间钢框架精细塑性铰法高等分析[J];工程力学;2006年S1期
4 舒兴平,沈蒲生;平面钢框架结构二阶效应的有限变形理论分析[J];钢结构;1999年01期
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7 潘阳;郝际平;薛强;蒋军;;某大学体育馆钢结构拱形框架结构设计[J];钢结构;2006年04期
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 王孟鸿;三维空间钢结构高级分析理论与应用[D];西安建筑科技大学;2003年
2 刘坚;基于结构极限承载力的轻型钢框架结构的计算理论及应用研究[D];重庆大学;2003年
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄成兵;;“计算机与传真机通讯”软件构架及实现[J];阿坝师范高等专科学校学报;2006年S1期
2 姚能民,刘西拉;系统集成和面向对象编程技术在桥梁CAD中的应用[J];四川建筑科学研究;2005年02期
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4 徐伟良;郑廷银;蒋菡;;钢结构的弹塑性大位移研究分析[J];四川建筑科学研究;2006年01期
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6 张建华;张毅刚;;ANSYS二次开发技术在索穹顶结构计算程序中的应用[J];四川建筑科学研究;2007年03期
7 黄冀卓;王湛;马人乐;;半刚性钢框架优化设计研究[J];四川建筑科学研究;2007年04期
8 陈曦;王湛;;加强环式钢管混凝土节点梁柱连接刚度的有限元分析[J];四川建筑科学研究;2007年05期
9 刘坚;刁云云;黄襄云;吴治国;王永梅;;钢框架—混凝土剪力墙混合结构的基本自振周期计算[J];四川建筑科学研究;2008年01期
10 石文龙;叶志明;李国强;;半刚性连接框架的试验研究进展(Ⅱ)[J];四川建筑科学研究;2008年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 范峰;严佳川;曹正罡;;考虑杆件初弯曲的Kiewitt8单层网壳稳定承载力计算方法[A];'2011全国钢结构学术年会论文集[C];2011年
2 胡理列;赵成文;;钢框架结构的非线性分析[A];第十一届全国非线性振动学术会议暨第八届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2007年
3 孙乐;何颖波;吴瑞安;石正军;李于峰;;面向对象有限元并行计算框架的多场耦合服务[A];中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集[C];2010年
4 黄晓萍;方芳;王建军;;GIS专业《计算机高级语言VC++》课程改革研究[A];第四届海峡两岸GIS发展研讨会暨中国GIS协会第十届年会论文集[C];2006年
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6 舒兴平;陈绍蕃;;钢框架结构二阶弹性精确分析及简化方法[A];钢结构工程研究(三)——中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会2000年学术交流会论文集[C];2000年
7 李国强;李进军;;建筑钢结构设计方法的评述和趋势[A];钢结构工程研究(三)——中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会2000年学术交流会论文集[C];2000年
8 邵永松;刘洪波;;建立简化模型并对空间钢框架结构进行弹塑性动力分析[A];钢结构工程研究(四)——中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会2002年学术交流会论文集[C];2002年
9 张耀春;武振宇;张文元;;值得探讨的若干钢结构稳定问题[A];钢结构工程研究(四)——中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会2002年学术交流会论文集[C];2002年
10 刘永华;张耀春;;钢框架高等分析研究进展[A];钢结构工程研究(五)——中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会2004年学术交流会论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘心;基于Petri网的FMS建模及故障诊断方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 刘海锋;网格结构精细化有限元分析方法研究[D];浙江大学;2010年
3 孙潮;钢管混凝土格构柱与桁拱轴力弯矩相关曲线研究[D];福州大学;2009年
4 江文强;构造节点的精细模拟及其在输电铁塔结构分析中的应用[D];华北电力大学(北京);2011年
5 黄兴;梁柱端板连接半刚性组合边节点试验与理论研究[D];上海大学;2011年
6 戚菁菁;钢—混凝土组合框架抗震性能及地震弹塑性反应研究[D];中南大学;2011年
7 唐国斌;基于全寿命设计的混凝土箱梁桥若干理论问题研究[D];浙江大学;2011年
8 蔡志恒;双周期标准化的弹塑性反应谱研究[D];浙江大学;2011年
9 张吉;高层建筑有限元计算软件主要环节改进研究[D];中国建筑科学研究院;2011年
10 孙冬明;采动区送电线路铁塔力学计算模型及塔-线体系共同作用机理研究[D];中国矿业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 闫丽梅;高层建筑结构自由振动分析的ODE方法[D];河南理工大学;2010年
2 吴锦龙;有限元软件框架研究及其在线性静力学程序中的应用[D];中国工程物理研究院;2010年
3 袁继胜;钢结构加工和安装偏差对结构性能影响[D];郑州大学;2010年
4 张书宁;新一代深潜救生艇动力定位系统设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 董权;钢索试验装置改进研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 徐西宝;船用嵌入式电子海图应用无线服务终端关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 唐群;高层钢结构框架整体稳定性分析[D];辽宁工程技术大学;2009年
8 宋国凯;龙湖矿采煤工作面安全技术措施管理信息系统的研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
9 姚克;高校机房管理系统的设计与实现[D];中国海洋大学;2010年
10 王赵慧;基于酒店管理专业的教务管理系统的研究与设计[D];中国海洋大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 ;Rheological Behavior for Polymer Melts and Concentrated Solutions——Part Ⅶ: A Quantitative Verification for the Molecular Theory of Non-linear Viscoelasticity with Entanglement Constraints in Polymer Melts[J];Journal of Materials Science & Technology;2001年03期
2 舒兴平,沈蒲生;钢框架极限承载力的有限变形理论分析和试验研究[J];工程力学;1993年04期
3 沈蒲生;胡习兵;舒兴平;;半刚性连接钢框架稳定性的刚重比控制方法[J];工程力学;2006年11期
4 刘永华;张耀春;;空间钢框架精细塑性铰法高等分析[J];工程力学;2006年S1期
5 张崎;李兴斯;;结构可靠性分析的模拟重要抽样方法[J];工程力学;2007年01期
6 胡习兵;沈蒲生;舒兴平;;带转动弹簧的杆单元平面钢结构二阶弹性分析[J];工程力学;2007年04期
7 夏拥军;陆念力;;梁杆结构二阶效应分析的一种新型梁单元[J];工程力学;2007年07期
8 王静峰;李国强;;竖向荷载下半刚接组合框架的有限元分析[J];工程力学;2007年12期
9 赵金友;张耀春;张文元;;随机初始几何缺陷对柱列支撑受力的影响[J];工程力学;2008年S2期
10 舒兴平,沈蒲生;空间钢框架结构的非线性全过程分析[J];工程力学;1997年03期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王孟鸿;三维空间钢结构高级分析理论与应用[D];西安建筑科技大学;2003年
2 刘坚;基于结构极限承载力的轻型钢框架结构的计算理论及应用研究[D];重庆大学;2003年
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4 郑瑾;轻钢建筑围护体系蒙皮效应的试验及理论研究[D];同济大学;2007年
5 方有珍;半刚接钢框架(柱弱轴)—内填RC剪力墙结构的滞回性能[D];西安建筑科技大学;2006年
6 李文岭;钢框架梁柱弱轴半刚性连接性能研究[D];西安建筑科技大学;2007年
7 胡习兵;半刚性连接平面钢框架结构弹塑性分析及抗震性能研究[D];湖南大学;2007年
8 胡长明;扣件联接钢结构的试验及其理论研究[D];西安建筑科技大学;2008年
9 王连坤;基于薄壁构件理论的空间钢框架高等分析方法研究[D];西安建筑科技大学;2008年
10 刘永华;空间钢框架高等分析方法研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 韦松;自攻螺丝连接受力蒙皮组合体的抗剪性能研究[D];重庆大学;2002年
2 何庆祥;无支撑框架计算长度法和假想水平荷载法的分析比较[D];西安建筑科技大学;2003年
3 古红燕;受力蒙皮结构的实用设计方法研究[D];重庆大学;2003年
4 黎承;冷弯薄壁型钢结构半刚性连接性能的研究[D];重庆大学;2004年
5 胡云海;聚氨酯夹芯墙面板的受力蒙皮性能研究[D];重庆大学;2005年
6 赵发权;PRP型屋面夹芯板受力蒙皮组合体的抗剪性能研究[D];重庆大学;2005年
7 赵朝晖;半刚性连接钢框架的变形能力分析与研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
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9 孙艳军;轻型铝合金活动房屋结构的足尺试验研究[D];长安大学;2006年
10 徐玉莲;弱轴半刚性连接节点的伪静力试验研究[D];西安建筑科技大学;2007年
【二级引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 刘海锋;网格结构精细化有限元分析方法研究[D];浙江大学;2010年
2 万金国;钢结构非线性分析方法研究及其在软件中的实现[D];武汉大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 周志;单格混凝土矩形贮液结构热—固耦合分析[D];兰州理工大学;2011年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郭士雄,李国强;钢结构设计中对ANSYS的二次开发[J];四川建筑科学研究;2005年02期
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3 舒兴平,沈蒲生;钢框架极限承载力的有限变形理论分析和试验研究[J];工程力学;1993年04期
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9 王国周;赵文蔚;王珊;胡军;陈文渊;;残余应力对钢压杆承载力的影响[J];钢结构;1986年01期
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中国重要会议论文全文数据库 前2条
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2 舒兴平;陈绍蕃;;钢框架结构二阶弹性精确分析及简化方法[A];钢结构工程研究(三)——中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会2000年学术交流会论文集[C];2000年
中国博士学位论文全文数据库 前8条
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2 李杰;地震循环载荷下钢结构梁柱焊接节点耗能与损伤行为的研究[D];天津大学;2003年
3 郭兵;钢框架梁柱端板连接在循环荷载作用下的破坏机理及抗震设计对策[D];西安建筑科技大学;2002年
4 王孟鸿;三维空间钢结构高级分析理论与应用[D];西安建筑科技大学;2003年
5 王万祯;钢框架梁柱栓焊刚性连接的滞回性能、破坏机理及抗震设计建议[D];西安建筑科技大学;2003年
6 王新武;钢框架梁柱连接研究[D];武汉理工大学;2003年
7 郭秉山;钢框架梁柱腹板连接在循环荷载作用下的滞回性能及抗震设计对策[D];西安建筑科技大学;2005年
8 施刚;钢框架半刚性端板连接的静力和抗震性能研究[D];清华大学;2005年
【相似文献】
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1 张俊峰;郝际平;;精细塑性铰法理论研究及面向对象程序设计[J];华中科技大学学报(城市科学版);2008年03期
2 王新武;李跃辉;;空间半刚性钢框架的静力性能分析[J];洛阳理工学院学报(自然科学版);2008年02期
3 李秀梅;秦荣;余兴;;高层空间半刚性连接钢框架分析的QR法[J];空间结构;2009年01期
4 舒兴平,丁国强,林鹏,姜晓辉;半刚性连接空间钢框架二阶弹性分析[J];湖南大学学报(自然科学版);2005年02期
5 郑廷银;林沂祥;张淦明;;半刚性连接空间钢框架结构的二阶非弹性分析[J];南京工业大学学报(自然科学版);2006年05期
6 邵永松;王晓东;谢礼立;;半刚性连接空间钢框架在地震作用下的侧移分析[J];世界地震工程;2008年04期
7 于良键;;钢结构梁柱连接性能的理论分析方法[J];煤矿现代化;2006年06期
8 马翠玲;孙颂旦;华建兵;孙爱琴;;半刚性连接钢框架频率的研究[J];西安科技大学学报;2010年02期
9 崔文杰;吴乃森;罗加智;;门式刚架中半刚性节点的性能探讨[J];低温建筑技术;2006年01期
10 方垒;徐伟良;蔡思远;;门式刚架中半刚性节点的性能探讨[J];浙江工业大学学报;2008年02期
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1 文立辉;;船用变频调速推进电动机模态分析[A];湖北省声学学会成立二十周年纪念文集[C];2006年
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3 高宝奎;;深水隔水管动态变形有限单元分析[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
4 张家忠;刘雁;王平;;离心叶轮类周期循环对称结构模态局部化现象分析[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文摘要集[C];2007年
5 高成雷;朱永全;;浅埋暗挖洞桩法参数敏感性分析[A];第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会论文集[C];2007年
6 孙秀珍;陈兆阅;刘迎曦;王莹;;数值模拟下鼻甲骨折外移术的可行性研究[A];2008年全国生物流变学与生物力学学术会议论文摘要集[C];2008年
7 杨虎;毛钧杰;綦凌飞;;毫米波宽带四加脊圆锥喇叭天线研究[A];1999年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];1999年
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9 马震岳;董毓新;;水电机组导轴承动力特性系数计算的有限单元法[A];第一届全国青年摩擦学学术会议论文集[C];1991年
10 陈建兵;顾祥林;李承;;砌体结构倒塌反应的计算机仿真及存在的问题[A];第八届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅱ卷)[C];1999年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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3 文 赵科;Java语言入门经典[N];中国邮政报;2003年
4 纪宗;C++语言的入门指南[N];中国邮政报;2003年
5 金彧;计算机自考生经验谈[N];中国电脑教育报;2002年
6 曾毅;谭浩强的C++情结[N];中华读书报;2004年
7 四川 许晓红;利用模板技术 简化VC中的代码[N];电脑报;2003年
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9 江苏教育学院计算机系教授 朱敦名;《Visual C++程序员实用大全》[N];中华读书报;2003年
10 黄寰 何玉明;大地之子[N];科技日报;2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张俊峰;钢框架高等分析研究及面向对象的程序设计[D];西安建筑科技大学;2008年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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2 丁国强;半刚性连接空间钢框架二阶弹塑性理论分析研究[D];湖南大学;2005年
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7 汪兴毅;徽州木结构古民宅的结构特性研究[D];合肥工业大学;2008年
8 陶刚;混层结构静力分析研究[D];合肥工业大学;2009年
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10 段祺成;梁柱外伸端板、T型连接节点的试验研究[D];武汉理工大学;2003年
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