钢2混凝土混合框架结构多尺度分析及其建模方法-xinzhenglu.pdfVIP

第27卷第3期 　 计 算 力 学 学 报 　 Vol . 2 7 ,No . 3 20 10 年 6 月 Chinese Journal of Computational Mechanics J une 20 10 文章编号 (20 10) 钢混凝土混合框架结构多尺度分析及其建模方法 林旭川 , 　陆新征 , 　叶列平 (清华大学 土木工程系 ,清华大学 结构工程与振动教育部重点实验室 ,北京 100084) 摘 　要 :多尺度计算是保证计算精度的同时最大限度降低计算代价的有效途径 ,在众多学科领域和工程问题中都 得到了应用 。在结构有限元多尺度分析领域 ,要解决的一个关键问题是如何实现局部微观模型与宏观结构模型 之间的共同工作 。为实现精细有限元模型在植入宏观结构模型时不同尺度模型界面的变形协调 ,提出有限元微 观模型与宏观模型的界面连接方法 ,给出了轴向、横向和转角的约束方程 。通过编制用户子程序 ,使该方法在有 限元软件中得以实现 ,并通过简单的圆柱筒算例 ,对界面连接的合理性进行了验证 。最后基于多尺度建模方法和 复杂混合结构节点的精细模型 ,给出了钢混凝土混合框架结构多尺度弹塑性时程分析的应用实例 ,结果表明多 尺度计算可较好模拟节点的复杂边界条件 。本文建议的界面连接方法可有效实现不同尺度模型界面的变形协 调 ,为工程结构进行多尺度提供了条件 。 关键词 :多尺度 ;界面连接 ;有限元 ;工程应用 ;弹塑性时程分析 中图分类号 : TU 3 11. 4 1 　　　文献标识码 :A 等 ,存在较大困难 。 1 　引 言 而基于实体单元的微观分析 ,虽然可以较好把 随着有限元技术的迅速普及 ,工程计算非线性 握结构的微观破坏过程 ,但由于计算机能力和建模 已经得到了迅猛发展 。目前常用的工程非线性计 工作量的限制 ,实际复杂结构的分析完全依赖微观 算可以分为以下两大类 : ( 1) 基于杆系模型、壳模 模型模拟是不现实的。而从整体结构中取出局部 型和宏模型等宏观模型的整体结构非线性计算 ; 构件进行微观分析 ,又难以准确确定其边界条件 。 (2) 基于实体单元的复杂构件 、节点等局部结构非 特别是对于地震等复杂往复灾害荷载 ,构件边界条 线性计算 ;但随着技术的不断发展 ,上述两类分析 件就变得更加复杂 ,事先难以准确预知 ,进而构件 都日渐难以满足工程计算更高精细化的要求 ,各自 计算得到的滞回性能、耗能能力 、变形能力和实际 问题分别阐述如下 。 情况也可能有显著不同[ 1 ] 。故 目前工程计算迫切 对于宏观模型而言 , 虽然具有计算量小的优 需要提出一个可以同时模拟结构局部微观破坏和 势 ,但却难以反映结构破坏的微观机理 ,对以下一 宏观整体行为的计算模型 。而多尺度计算就是解 些微观行为 ,如 ①构件的局部失稳破坏 ; ②节点破 决该问题的有效途径 。 ( 坏 ; ③接触问题 接触分析往往需要准确了解构件 多尺度计算近年来已经在多个领域得到广泛 的形状 ,而宏观单元由于把实际三维结构简化为一 应用 ,它可在精度和计算代价之间寻求一个较好的