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《中国建筑科学研究院》 2001年
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钢筋混凝土结构非线性有限元分析及有限单元构造方法的研究

黄吉峰  
【摘要】: 本文研究工作包括两个部分,第一部分是钢筋混凝土结构有限元分析方法的研究,下面 的1至5项属于这个范围;第二部分是有限单元构造方法的研究,见第6项。 1.混凝土本构关系的探讨 详细研究了非线性弹性理论和弹塑性理论,并对混凝土在往复荷载作用下的滞回特性进 行了深入思考。在此基础上,笔者首先对混凝土弹性模量随着变形的发展而出现的退化现象 进行了科学的描述,探讨提出了弹性模量退化方程,并给出其解析解;之后针对单向受力状 态下的混凝土,探讨了适用于往复荷载作用的弹塑性本构模型;最后,将单向受力状态下的 本构模型进行推广,针对多向、复杂受力状态下的混凝土,探讨了适用于往复荷载作用的弹 塑性本构模型。 2.非线性梁柱元和墙元的构造 主要研究如何用微观方法建立非线性的梁柱元和墙元。具体工作包括:1)通过在三维 体中直接引入平截面假定,导出了一个可以考虑剪切变形的非线性梁元,该单元可以用来模 拟深梁、短柱甚至剪力墙;2)推导了不考虑剪切变形的梁柱元,该单元计算较为简洁,可 用于一般梁柱的分析;3)给出了开洞剪力墙的切线刚度列式方法,其中采用了分区积分法 处理开洞;4)推导了考虑混凝土与钢筋之间粘结滑移的梁柱单元。 3.破坏准则的研究 研究了以往的各种破坏准则,分析了传统破坏准则在应用中存在的不便。然后笔者在稳 定性的意义上提出了一个新的破坏准则的概念,并在此基础上分别给出了针对材料微元、构 件截面、单个构件和构件集合的“破坏”的定义,接着进一步定义和讨论了研究对象的“破 坏程度参数”和“破坏模式子空间”。这些新的定义有严格的力学基础,而且便于使用。 4.非线性有限元方程组的解法研究 总结了非线性有限元方程组的一些常用解法。对增量-迭代过程当中的弧长控制方法和 迭代方法分别进行了深入研究,取得的成果有:1)提出一种新的弧长控制方案,消除了以 往方案存在的漏洞。2)提出一种基于解曲线曲率的自动走步方案,使得整个的非线性追踪 过程合理化,从而极大地提高了效率。以上两点相结合形成一种新的改进的弧长法。改进方 案已经在弹塑性静力分析程序PUSH中加以实现,从算例来看,效率和稳定性令人满意。3) 通过对FNR法与MNR法关系的分析,提出了“基于切线刚度近似分解的迭代方案”,该方 案均衡地强调了算法的速度和稳定性,总体性能较通常的FNR法和MNR法有改进。 5.多、高层建筑结构Push-over分析侧推荷载的研究 研究了Push-over分析的原理及常用的荷载方案。Push-over分析存在的主要问题是确 定侧推荷载形式的理由不充分。基于此,笔者在地震反应谱理论的基础上提出了“最不利地 震荷载”的概念,明确了确定侧推荷载的原则,并提出了具体的方案。 6.有限单元构造方法的研究 首先提出了一个新方法:构造有限单元的最佳协调方法。它通过定义单元的协调性度量 泛函并令之极小化,使单元的协调性达到最佳,从而保证单元的收敛性,该方法对于构造各 种类型的单元具有一般性的意义;然后将这个新方法具体用于有限单元的构造。利用最佳协 调方法,笔者分别构造了四边形薄板元和带转角的四边形膜元,算例表明,这两个单元的有 很好的精度。最后笔者基于最佳协调技术导出一个新型子结构式剪力墙单元,该单元边界节 点的个数及位置可调,精度可控制,可开洞,特别适合于复杂空间剪力墙体系的分析,该墙 元已经在特殊多高层分析程序PMSAP中实现,经过了数十个工程实例的考证,精度较理想。
【学位授予单位】:中国建筑科学研究院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:TU375

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
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5 江传良;碳纤维布加固钢筋混凝土框架节点的试验研究[D];广州大学;2006年
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7 郭丹;钢丝网外喷高强砂浆加固柱数值仿真分析[D];西安理工大学;2007年
8 胡跃东;氯离子环境下混凝土耐久性研究[D];大连海事大学;2008年
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【参考文献】
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【共引文献】
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9 胡文发,朱伯龙,黄鼎业;受损剪力墙的非线性分析[J];四川建筑科学研究;2000年02期
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1 俞茂宏;廖红建;龚晓南;唐春安;胡小荣;;20世纪在中国的强度理论发展和创新[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
2 尚守平;文学章;刘光栋;;地基-箱形基础-上部结构共同作用分析——第十届全国结构工程学术会议特邀报告[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2001年
3 熊向阳;戚震华;;用静力弹塑性分析(push-over)方法评估建筑结构的抗震能力[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ卷[C];2001年
4 吴晓莉;张巍;孟少平;;能力谱方法在混凝土结构抗震加固中的应用[A];第十一届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C];2002年
5 江晓玲;;采用通用有限元程序计算船体板架稳定性的分析研究[A];2007年船舶力学学术会议暨《船舶力学》创刊十周年纪念学术会议论文集[C];2007年
6 李晓丽;绪梅;符天保;;核爆探头受冲击波作用的数值模拟[A];第十三届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集(下册)[C];2006年
7 杨橙;;现代设计方法在专用汽车开发中的应用[A];福建省科协第四届学术年会提升福建制造业竞争力的战略思考专题学术年会论文集[C];2004年
8 胡宇峰;徐景昌;;带旋转自由度的剪力墙单元[A];第九届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C];2000年
9 王文达;韩林海;;钢管混凝土框架结构力学性能的初步研究[A];中国钢结构协会成立二十周年庆典暨2004钢结构学术年会论文集[C];2004年
10 葛家琪;杨霄;张玲;王树;管志忠;;河南艺术中心艺术墙稳定承载力分析研究[A];中国钢结构协会四届四次理事会暨2006年全国钢结构学术年会论文集[C];2006年
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2 阴存欣;铁路桥梁纵向附加力的静动力非红性分析与仿真研究[D];铁道部科学研究院;2000年
3 柴军瑞;大坝及其周围地质体中渗流与应力场耦合分析[D];西安理工大学;2000年
4 盛兴旺;预应力混凝土斜交箱形梁分析理论与试验研究[D];中南大学;2000年
5 刘光磊;孤齿锥齿轮传动动态接触特性研究[D];西北工业大学;2000年
6 田荣;连续与非连续变形分析的有限覆盖无单元方法及其应用研究[D];大连理工大学;2000年
7 李春花;海冰在潮汐和波浪作用下的断裂机理研究[D];大连理工大学;2000年
8 姬亦工;层状非均质地基及其与多块板相互作用和反分析研究[D];大连理工大学;2000年
9 姚纬明;三峡永久船闸闸室墙及边坡的强度与稳定性研究[D];河海大学;2000年
10 王永岩;软岩巷道变形与压力分析控制及预测[D];辽宁工程技术大学;2001年
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1 武海坤;钢丝网架聚苯板外保温体系上瓷砖饰面粘结强度的研究[D];北京工业大学;2004年
2 李刚;层状结构顶板破坏机理及其规律研究[D];辽宁工程技术大学;2006年
3 邓国华;饱和砂土物态动力固结有限元分析研究[D];西安理工大学;2005年
4 李剑峰;轴对称弹塑性边界元逆分析法及其应用[D];燕山大学;2004年
5 赵建立;碳纤维加固钢筋混凝土梁非线性有限元分析[D];郑州大学;2004年
6 朱少荣;抗滑桩优化设计与滑坡治理有限元分析[D];中国地质大学;2004年
7 卢刚;软岩巷道非线性三维仿真分析的研究[D];辽宁工程技术大学;2000年
8 杨春立;立体网力学性能计算机辅助分析[D];天津工业大学;2000年
9 安孟康;库岸边坡地下水渗流特征及其成灾规律的研究-贡川滑坡地下水渗流模拟和稳定性分析[D];铁道部科学研究院;2000年
10 李旭红;高承载能力减速器温度场及散热系数的研究[D];西安理工大学;2000年
【同被引文献】
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1 杨奇飞,熊光晶;关于FRP加固钢筋混凝土梁跨中剥离应力计算方法的讨论[J];四川建筑科学研究;2005年04期
2 王小荣,蹇开林,刘敏,陈国福;碳纤维布加固混凝土结构有限元分析[J];重庆大学学报(自然科学版);2003年02期
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5 叶列平,方团卿,杨勇新,岳清瑞;碳纤维布在混凝土梁受弯加固中抗剥离性能的试验研究[J];建筑结构;2003年02期
6 张耀华,杨建江;碳纤维布加固混凝土受弯构件的设计方法[J];天津理工学院学报;2003年04期
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8 肖芳,何放龙;L形、T形及十字形截面钢筋混凝土异形柱配筋计算[J];四川建筑科学研究;2002年01期
9 范颖芳,周晶,黄振国;受腐蚀混凝土构件中混凝土膨胀内应力的研究[J];四川建筑科学研究;2002年04期
10 飞渭,江世永,彭飞飞,陈正平,李庆枫,陈龙;预应力碳纤维布加固混凝土受弯构件试验研究[J];四川建筑科学研究;2003年02期
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1 刘龙强;吴胜兴;周继凯;;ANSYS软件分析钢筋混凝土粘结滑移关系的二次开发实践[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C];2001年
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1 徐福泉;碳纤维布加固钢筋混凝土梁静载性能研究[D];中国建筑科学研究院;2001年
2 郭棣;宽肢异形柱的试验研究[D];西安建筑科技大学;2001年
3 申林;高层结构钢支撑滞回性能分析及抗震设计对策[D];西安建筑科技大学;2001年
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5 张鹏程;中国古代木构建筑结构及其抗震发展研究[D];西安建筑科技大学;2003年
6 徐善华;混凝土结构退化模型与耐久性评估[D];西安建筑科技大学;2003年
7 王文炜;纤维复合材料加固钢筋混凝土梁抗弯性能研究[D];大连理工大学;2003年
8 许成祥;钢管混凝土框架结构抗震性能的试验与理论研究[D];天津大学;2003年
9 周天华;方钢管混凝土柱—钢梁框架节点抗震性能及承载力研究[D];西安建筑科技大学;2004年
10 何世钦;氯离子环境下钢筋混凝土构件耐久性能试验研究[D];大连理工大学;2004年
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1 纪卫红;碳纤维布加固钢筋混凝土结构技术研究[D];大连理工大学;2000年
2 李平昌;钢筋混凝土宽梁与薄墙肢节点的初步试验和非线性分析研究[D];重庆大学;2002年
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4 陈磊;基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析[D];西安理工大学;2004年
5 陈瑶艳;碳纤维布加固钢筋混凝土梁负弯矩区的抗弯性能试验研究[D];浙江大学;2004年
6 谢海波;钢筋混凝土烟囱拆除爆破理论模型研究[D];昆明理工大学;2001年
7 刘涛;钢筋混凝土柱的配筋新模式[D];大连理工大学;2001年
8 袁志芬;钢筋混凝土结构非线性有限元分析[D];西北农林科技大学;2001年
9 刘振清;大掺量低质粉煤灰混凝土抗侵蚀性能研究及低质粉煤灰活化初探[D];河海大学;2001年
10 李华红;不等肢L形截面柱框架节点性能的试验研究[D];广西大学;2002年
【二级引证文献】
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1 司炳君;孙治国;艾庆华;;Solid65单元在混凝土结构有限元分析中的应用[J];工业建筑;2007年01期
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中国期刊全文数据库 前9条
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8 杜润梅;退化奇异抛物方程(组)的可控性理论[D];吉林大学;2013年
9 王伟明;逆变式GMA单脉冲和双脉冲焊机数字控制系统研究[D];北京工业大学;2004年
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3 黄艳;两类非线性抛物方程(组)解性质的研究[D];南京信息工程大学;2006年
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5 宋东风;基于DSP的MIG焊弧长模糊控制的研究[D];天津大学;2006年
6 王顺体;具边界源耦合的退化方程组的临界曲线[D];吉林大学;2013年
7 樊佳伟;脉冲MIG焊电源快速原型系统开发平台设计[D];兰州理工大学;2011年
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10 李刚;若干个偏微分方程解的消失问题的研究[D];中国海洋大学;2011年
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