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混凝土结构非线性有限元分析及软件设计

童育强  
【摘要】:近半个世纪以来,各国学者在混凝土力学和混凝土非线性分析理论方面进行了大量深入的研究,取得了丰硕的成果。另一方面,随着工程界对混凝土结构的安全性、适用性和耐久性的日益关注,有必要把非线性有限元分析技术运用到实际的混凝土结构。但是如果在实际工程中采用复杂的混凝土本构模型和单元模型,势必加大计算开销,阻碍了这项技术在工程中的广泛应用。 本文是基于混凝土结构非线性有限元分析实用化的考虑,寻找一套能简单精确高效进行混凝土结构非线性有限元分析的方法,充分考虑与混凝土结构施工过程相关的、影响结构非线性行为的种种因素,抓住主要矛盾,忽略一些次要因素,以实现将混凝土非线性有限元分析技术应用到大型实际结构的非线性有限元分析。为此,本文主要进行了以下几个方面的工作。 1.本文首先推导了一种采用混凝土一维本构模型,可以应用于空间有限元分析的退化梁单元。这种的退化梁单元不仅能够精确高效地处理各种截面形式的梁,而且在非线性有限元分析时能够很好地模拟混凝土结构开裂、压溃和钢筋的塑性流动等结构非线性行为。 2.在退化梁单元的基础上,本文对影响结构非线性行为的关键因素进行了分析:预应力问题、空间温度场分析、结构按施工阶段分析和混凝土结构徐变效应等问题。 3.本文开发了一套能够进行混凝土结构非线性有限元分析的有限元计算程序,对大量的算例进行验证分析,说明了退化梁单元能够进行混凝土结构非线性有限元分析和本文提出的对预应力问题、空间温度场分析、结构按施工阶段分析和混凝土结构徐变问题的有限元处理方法的正确性与高效性。 4.本文简单介绍了混凝土结构非线性有限元计算软件“扬华桥梁”。 5.利用非线性有限元计算软件,对两座实际桥梁进行了非线性有限元分析,说明本文开发的非线性有限元计算软件能够应用到实际大型桥梁结构的有限元分析中去。


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