本文關(guān)鍵詞：基于OpenSees的鋼結(jié)構(gòu)高等分析二次開發(fā)

  更多相關(guān)文章： 高等分析 鋼結(jié)構(gòu) OpenSees 塑性鉸法 梁柱單元

【摘要】：傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法包含兩個(gè)階段,即兩階段設(shè)計(jì)。第一階段:通過線彈性分析計(jì)算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力;第二階段:將第一階段計(jì)算的內(nèi)力用極限狀態(tài)理論相關(guān)方程進(jìn)行截面驗(yàn)算。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法存在著很大的缺陷,忽視了單獨(dú)構(gòu)件和整體結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)性,而高等分析方法是通過一次精確的非線性分析,完備地描述結(jié)構(gòu)與構(gòu)件強(qiáng)度和穩(wěn)定性,同時(shí)考慮了幾何材料非線性及其他因素的影響,從而避免了對各個(gè)構(gòu)件的強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算,它彌補(bǔ)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的不足。因此高等分析設(shè)計(jì)方法更能真實(shí)的反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)。論文對桁架結(jié)構(gòu)和鋼框架結(jié)構(gòu)在應(yīng)用高等分析方法時(shí)需考慮多種因素的單元展開了研究,并基于OpenSees進(jìn)行了實(shí)現(xiàn),為應(yīng)用OpenSees對結(jié)構(gòu)進(jìn)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論,利用虛位移原理詳細(xì)推導(dǎo)了高階非線性桁架單元?jiǎng)偠染仃�。并在通用有限元程序OpenSees平臺上開發(fā)了高階非線性桁架單元,通過幾個(gè)數(shù)值算例驗(yàn)證,所開發(fā)的桁架單元在進(jìn)行桁架非線性分析時(shí)具有很高的效率和精度。(2)為了更好考慮桁架結(jié)構(gòu)在循環(huán)荷載或者地震作用下的后屈曲行為,本文基于OpenSees平臺開發(fā)了EPB和IEPB材料本構(gòu)模型。該本構(gòu)模型能夠考慮受壓臨界應(yīng)力以及加載應(yīng)變歷史等。并通過幾個(gè)數(shù)值算例說明了不考慮后屈曲往往會過高地估計(jì)結(jié)構(gòu)的承載能力,同時(shí)驗(yàn)證了本文所開發(fā)的材料本構(gòu)具有很高的計(jì)算精度,能很好的考慮桁架的后屈曲行為。(3)基于梁柱理論,開發(fā)了考慮剪切變形的幾何非線性梁柱單元。在OpenSees的單元庫中增加了考慮剪切變形的幾何非線性梁柱單元,并用該單元和OpenSees的基于柔度的非線性梁柱單元對幾個(gè)數(shù)值算例進(jìn)行了對比分析,分析結(jié)果表明:本文開發(fā)的幾何非線性梁柱單元具有更高的效率和計(jì)算精度。(4)基于梁柱理論,在考慮剪切變形的幾何非線性梁柱單元的基礎(chǔ)上,考慮了材料非線性,并考慮了殘余應(yīng)力、彎曲引起的剛度退化,開發(fā)了同時(shí)考慮幾何材料非線性的精細(xì)塑性鉸梁柱單元。通過幾個(gè)數(shù)值算例分析表明,用每根構(gòu)件一個(gè)本文單元即可達(dá)到很高的計(jì)算效率和精度。
【關(guān)鍵詞】：高等分析 鋼結(jié)構(gòu) OpenSees 塑性鉸法 梁柱單元
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU391
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 1 緒論11-25
• 1.1 研究背景和意義11-12
• 1.2 影響鋼結(jié)構(gòu)高等分析的主要因素12-16
• 1.2.1 幾何非線性12-13
• 1.2.2 材料非線性13-15
• 1.2.3 初始幾何缺陷15
• 1.2.4 殘余應(yīng)力15-16
• 1.3 研究和應(yīng)用現(xiàn)狀及不足16-22
• 1.3.1 空間桁架高等分析研究16
• 1.3.2 空間鋼框架高等分析研究16-22
• 1.4 論文的研究目標(biāo)和總體思路22-25
• 1.4.1 研究目標(biāo)22
• 1.4.2 總體思路22-25
• 2 高階非線性空間桁架單元25-43
• 2.1 本章概述25
• 2.2 空間非線性桁架單元?jiǎng)偠染仃?/span>25-30
• 2.2.1 空間桁架非線性方程25-28
• 2.2.2 高階非線性桁架單元?jiǎng)偠染仃?/span>28-30
• 2.3 高階非線性桁架單元的開發(fā)與應(yīng)用30-34
• 2.3.1 高階非線性桁架單元的開發(fā)30
• 2.3.2 TCL調(diào)用nonlinearTruss3D單元流程30-32
• 2.3.3 非線性分析算法32-34
• 2.4 數(shù)值算例34-42
• 2.4.1 鉸接二力桿桁架靜力分析34
• 2.4.2 六角星桁架靜力分析34-37
• 2.4.3 測地圓頂桁架靜力分析37-39
• 2.4.4 懸掛桁架動(dòng)力分析39-40
• 2.4.5 空間桁架動(dòng)力分析40-42
• 2.5 本章小結(jié)42-43
• 3 空間桁架后屈曲材料本構(gòu)模型43-54
• 3.1 本章概述43
• 3.2 考慮后屈曲的材料本構(gòu)模型43-46
• 3.2.1 彈性后屈曲本構(gòu)模型43-44
• 3.2.2 非彈性后屈曲本構(gòu)模型44-46
• 3.3 基于OpenSees本構(gòu)模型的實(shí)現(xiàn)46-49
• 3.3.1 OpenSees程序開發(fā)46
• 3.3.2 程序?qū)崿F(xiàn)方法46-49
• 3.4 數(shù)值算例49-52
• 3.4.1 六角星桁架49-51
• 3.4.2 測地圓頂桁架51-52
• 3.5 本章小結(jié)52-54
• 4 基于梁柱理論的彈性空間梁單元54-78
• 4.1 本章概述54
• 4.2 幾何非線性空間梁柱單元54-66
• 4.2.1 考慮剪切影響的轉(zhuǎn)角位移方程55-60
• 4.2.2 穩(wěn)定函數(shù)級數(shù)的展開60-61
• 4.2.3 截面剪切系數(shù)61-62
• 4.2.4 空間梁單元的增量力變形關(guān)系62-64
• 4.2.5 空間梁柱單元?jiǎng)偠染仃?/span>64-66
• 4.3 單元坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣66-67
• 4.3.1 單元坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣66
• 4.3.2 單元坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣在OpenSees中的實(shí)現(xiàn)66-67
• 4.4 OpenSees中單元程序的實(shí)現(xiàn)67-70
• 4.4.1 OpenSees現(xiàn)有梁柱單元程序框架67-68
• 4.4.2 幾何非線性梁柱單元程序開發(fā)68-69
• 4.4.3 TCL調(diào)用ElasticBc3d單元的流程69-70
• 4.5 數(shù)值算例70-77
• 4.5.1 軸向受壓懸臂柱70-72
• 4.5.2 懸掛框架72-75
• 4.5.3 六角星穹頂框架75-77
• 4.6 本章小結(jié)77-78
• 5 基于精細(xì)化塑性鉸模型的梁柱單元78-100
• 5.1 本章概述78
• 5.2 精細(xì)塑性鉸梁柱單元78-88
• 5.2.1 初始缺陷的考慮方法78-81
• 5.2.2 屈服面方程81-83
• 5.2.3 殘余應(yīng)力引起的剛度退化83-84
• 5.2.4 考慮彎曲引起的剛度退化84-86
• 5.2.5 梁柱單元彈塑性剛度矩陣86-88
• 5.3 OpenSees中單元程序的開發(fā)與應(yīng)用88-90
• 5.3.1 精細(xì)塑性鉸梁柱單元開發(fā)88-89
• 5.3.2 Tcl調(diào)用精細(xì)塑性鉸梁柱單元流程89-90
• 5.4 數(shù)值算例90-99
• 5.4.1 一層一跨鋼框架90-92
• 5.4.2 單跨單層空間框架92-94
• 5.4.3 六層空間框架94-96
• 5.4.4 二十層空間框架96-99
• 5.5 本章小結(jié)99-100
• 6 結(jié)論與展望100-102
• 6.1 論文的主要研究成果100-101
• 6.2 有待進(jìn)一步研究的問題101-102
• 參考文獻(xiàn)102-106
• 科研情況及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文106-107
• 致謝107

【相似文獻(xiàn)】

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