混凝土结构有限元分析

Finite element analysis of concrete structures

江见鲸 陆新征 叶列平编著

Jiang Jianjing  Lu Xinzheng  Ye Lieping

北京:清华大学出版社2005

本书被140篇文献引用

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, 中国建筑工业出版社, 2009

混凝土结构有限元分析Finite element analysis of concrete structures

图书简介

《混凝土结构有限元分析》系在十余年的教学基础上编写而成的,为清华大学研究生精品教材之一,本书的特点是理论性和实用性并重。全书共分10章,不仅系统、深入地介绍了钢筋混凝土结构有限元分析的基本理论和方法,同时还介绍了一些新的数值分析方法,此外本书还介绍了混凝土单元的建模技巧和分析方法。具体包括应力与应变分析、混凝土的破坏准则、混凝土材料的本构关系、钢筋混凝土有限元模型、混凝土的断裂与损伤、非线性方程的求解、杆系有限元模型等内容。

本书既可作为高等院校土建类专业的研究生和高年级本科生的教材,也可作为广大土建科研人员、技术人员的参考图书。

 

 

清华大学土木水利学院为研究生开设“钢筋混凝土有限元分析”课程已有十余年了。在2002年,清华大学研究生院在全校遴选了若干研究生课程作为精品课程建设,并给予适当资助。本书便是第一批精品课程建设的成果之一。本书的主要目的是为研究生进行土建结构的非线性分析打下坚实的基础,既注意到了力学分析上的严格性,又侧重工程结构应用上的实用性。本书是在原有教材的基础上进行扩充、改编而成,在编写中努力吸取了国内外的一些最新成果。

本书主要包括混凝土的破坏准则和本构关系,钢筋混凝土结构有限元分析模型,非线性方程求解的实用方法,包括结构出现负刚度时的一些算法。为适应混凝土学科研究的发展需要,本书还专门编写了混凝土的断裂与损伤,混凝土结构分析的新数值方法,例如离散单元法,刚体弹簧元法,无网格法等。由于大型通用有限元分析程序(例如ANSYSMSC.MARCABAQUS等)的应用日益广泛,本书还专门介绍了应用这些程序对混凝土单元进行建模和分析的有关技巧。

本书的编写分工为:江见鲸编写1~7章,叶列平编写第8章,陆新征编写第910章,扩写第68章,并负责全书程序的调试。全书经过共同讨论、修改,最后由江见鲸统一定稿。

在本书的编写过程中,清华大学研究生院曾组织专家审查,对本书的编写提出了很多宝贵意见。本书的出版得到清华大学出版社的大力支持。在本书出版之际,对清华大学研究生院和清华出版社表示衷心感谢。

由于作者水平有限,有限元数值分析方法发展又很快,书中难免有不足之处,热忱欢迎读者批评指正。

 

1 绪论

1

1.1 钢筋混凝土非线性有限元分析的意义

1

1.2 钢筋混凝土有限元分析发展简况

2

1.3 钢筋混凝土有限元分析的发展展望

4

2 应力与应变分析

6

2.1 向量与张量

6

2.2 应力分析

15

2.3 应变分析

35

3 混凝土的破坏准则

44

3.1 概述

44

3.2 单轴受力下的应力应变关系

45

3.3 双轴受力下的混凝土强度

53

3.4 三轴受力下的混凝土强度准则——古典强度准则

57

3.5 三轴受力下的混凝土强度准则——多参数强度准则

63

4 混凝土材料的本构关系

86

4.1 概述

86

4.2 非线性弹性本构关系——全量型

100

4.3 非线性弹性本构关系——增量型

109

4.4 弹塑性本构关系——形变理论

116

4.5 弹塑性本构关系——增量理论

120

4.6 粘弹性与粘塑性本构关系

139

4.7 内时理论

141

5 钢筋混凝土有限元模型

144

5.1 概述

144

5.2 分离式模型

148

5.3 组合式模型

167

5.4 整体式模型

175

5.5 小结

176

6 混凝土的断裂与损伤

177

6.1 线弹性断裂力学基础

177

6.2 非线性断裂力学基础

184

6.3 断裂力学在混凝土中的应用

197

6.4 混凝土有限元分析中的裂缝模型

211

6.5 损伤力学在混凝土中的应用

225

7 非线性方程组的解法

236

7.1 结构分析的非线性问题

236

7.2 非线性方程组求解的逐步增量法

237

7.3 求解非线性方程组的迭代法

240

7.4 收敛准则

242

7.5 非线性方程组求解方法实例比较

244

7.6 考虑结构负刚度的一些算法

253

7.7 弹塑性单元应力调整计算

259

8 杆系有限元模型

263

8.1 概述

263

8.2 杆件刚度矩阵

265

8.3 恢复力模型

274

8.4 剪力墙模型

280

8.5 算例

283

9 其他数值方法

285

9.1 概述

285

9.2 离散单元法

286

9.3 刚体弹簧元法

296

9.4 无网格法

302

10 常用有限元中的混凝土模型

314

10.1 概述

314

10.2 ADINA

314

10.3 ANSYS

320

10.4 MSC.MARC

326

10.5 ABAQUS

330

10.6 有限元建模中的注意事项

334

10.7 分析算例

336

附录 教学程序

339

参考文献

377

名词索引

383

   

名词索引

ABAQUS(程序)

330

       

ADINA(程序)

314

       

Al-Mahiaha裂面剪力传递模型

221

       

ANSYS(程序)

320

       

Bathe本构模型

114

       

Bazant断裂能公式

200

       

Bresler-pister三参数强度准则

64

       

CEB-FIP断裂能公式

200

       

CEB-FIP公式

48

       

Cedolin本构模型

102

       

Clough恢复力模型

277

       

Cornelissen公式

53

       

Darwin-Pecknold本构模型

111

       

D-B模型

189

       

DesayiKrishnan公式

48

       

DruckerPrager强度准则

63

       

ElwiMurray公式

48

       

FenwickPauley裂面剪切公式

205

       

GopalaratnamShah公式

52

       

Haigh-Westergaard坐标

29

58

     

Hillerborg公式

51

       

Hognestad公式

47

       

HoudeMirza裂面剪切公式

205

       

Hsich-Ting-Chen四参数强度准则

70

       

J积分

192

       

KangLin公式

51

       

Kotsovos五参数强度准则

75

       

Kupfer双轴强度准则

55

       

LiuNilsonSlate双轴强度准则

56

       

Loland损伤模型

228

       

Mazars损伤模型

230

       

MSC.MARC(程序)

326

       

Nilsson屈服准则

124

       

Ottosen本构模型

103

       

Ottosen四参数强度准则

69

       

Peterson公式

51

       

PhillipsZienkeiwicz本构模型

112

       

Podgorski五参数强度准则

75

       

Ramberg-Osgood恢复力模型

277

       

Rankine强度准则

59

       

Reimann四参数强度准则

70

       

Reinhardt公式

52

       

Rots裂面剪力传递模型

221

       

Rush公式

47

       

Saenz公式

48

       

Sargin公式

49

       

SPH算法

313

       

Tresca强度准则

60

       

Von Mises强度准则

61

       

W F Chen屈服准则

122

       

WalravenReinhardt裂面剪切公式

206

       

Wells公式

188

       

William-Warnke三参数强度准则

65

       

William-Warnke五参数强度准则

72

       

Zienkiewicz-Pande屈服准则

121

       

π平面

29

       

八面体应变

42

       

八面体应力

31

       

柏格斯模型

94

       

背景积分网格

308

       

边界非线性

237

       

边界条件

147

       

变形硬化

128

       

宾汉姆体

94

       

并联杆模型

270

       

材料非线性

236

       

曹居易公式

50

       

叉积

8

       

乘大数法

147

       

尺寸效应

199

       

串连变刚度模型

269

       

大连理工大学裂面剪切公式

205

       

带刚域的梁单元

266

       

带钢筋的四边形单元

168

       

带钢筋膜的八节点六面体单元

169

       

带状模型

189

       

单元尺寸效应

219

       

单元刚度矩阵

145

152

155

   

单元几何刚度

273

       

单元几何矩阵

152

154

157

   

弹塑性本构矩阵

130

       

弹性本构矩阵

100

101

     

等代三角方程法

24

       

等刚度迭代法

241

       

等强强化模型

88

128

     

等效桁架模型

281

       

等效剪应变

42

       

等效剪应力

34

       

等效梁模型

281

       

等效应变

42

       

等效应力

34

       

点积

7

14

     

迭代法

240

       

东南大学裂面剪切公式

206

       

断裂韧度

181

       

对称张量

13

       

对数应变

43

       

钝带裂缝模型

210

       

多垂直杆元模型

282

       

多裂缝模型

218

       

反对称张量

13

       

范数

242

       

非关联流动法则

130

       

非线性指标

103

       

分布刚度模拟

264

       

分层组合式模型

167

       

分格检索算法

289

       

分离裂缝模型

211

213

     

分离式钢筋混凝土模型

148

       

负刚度

254

       

杆件线性单元

149

       

刚塑性模型

88

       

刚体弹簧元法

296

       

高斯点

161

       

高斯数值积分

160

       

割线泊松比

107

       

割线弹性模量

107

       

割线刚度迭代法

240

       

格里菲思

178

       

工程应变

38

       

公共面法

290

       

共轭张量

13

       

固定裂缝模型

218

       

关联流动法则

130

       

过镇海-王传志五参数强度准则

77

       

后继屈服面

126

       

弧长法

257

       

滑开型裂缝

179

       

化零置1

147

       

黄克智-张远高三参数强度准则

68

       

恢复力模型

274

       

混合积

8

       

混合强化模型

129

       

基于材料的恢复力模型

274

       

基于构件的恢复力模型

279

       

基于截面的恢复力模型

276

       

集中塑性铰模拟

264

       

几何非线性

236

       

加卸载准则

126

127

     

剪力墙模型

280

       

剪力锁死

219

       

剪力子午线

58

       

江见鲸公式

52

       

江见鲸双轴强度准则

56

       

江见鲸四参数强度准则

71

       

江见鲸五参数强度准则

79

       

接触判断

289

       

紧凑拉伸试件

196

       

静水压力轴

29

       

开尔文本构关系

140

       

开尔文模型

92

       

考虑变轴力影响的弯矩曲率关系

279

       

考虑剪切变形的梁单元

267

       

柯西应变

37

       

颗粒离散元法

291

       

克罗内克δ

11

       

空间桁架单元

272

       

空间梁单元

272

       

拉格朗日应变

36

       

拉子午线

58

       

离散元法

286

       

李宝禄公式

52

       

理想弹塑性模型

87

       

裂缝带宽

219

       

裂缝张开位移

187

       

裂面剪力传递系数

221

       

流动法则

129

       

罗德参数

28

       

罗德角

26

       

麦克斯韦本构关系

140

       

麦克斯韦模型

90

       

茅声焘和肖国模本构模型

112

       

帽盖模型

126

       

梅村魁公式

48

       

弥散裂缝模型

211

213

     

莫尔库仑三轴强度准则

61

       

莫尔库仑双轴强度准则

54

       

莫尔应力圆

27

       

母单元

156

       

内部约束剪切试验

204

       

内嵌裂缝非连续单元

223

       

内嵌裂缝模型

211

222

     

内时理论

96

       

内时理论本构关系

141

       

能量释放率

182

       

欧拉应变

36

       

欧拉折线法

238

       

偏平面

29

       

平均刚度模拟

263

       

平均剪应力

32

       

平均正应力

32

       

平面桁架单元

265

       

平面矩形单元

153

       

平面梁单元

266

       

平面三角形单元

150

       

平面四节点等参元

156

       

奇异等参元

222

       

强化条件

126

       

强制迭代法

256

       

切线刚度迭代法

241

       

清华大学公式

50

       

屈服准则

120

       

权函数

304

       

权因子

161

       

三垂直杆元模型

281

       

三段式变刚度梁单元

268

       

三线性弯矩曲率模型

278

       

三元件模型

93

       

时间步长

289

       

矢量

13

       

双弹簧连接单元

163

       

双点积

14

       

双剪应力强度理论

80

       

双屈服面

126

       

双线性恢复力模型

277

       

双向弯曲的弯矩曲率关系

278

       

撕开型裂缝

179

       

四边形滑移单元

164

       

随动强化模型

89

129

     

损伤变量

226

       

外部约束剪切试验

204

       

外积

14

       

弯曲梁试件

197

       

网格依赖性

219

       

位移控制法

255

       

无网格法

302

       

无网格伽辽金法

303

       

线性强化弹塑性模型

88

       

相似角

29

       

形变理论

115

       

形函数

151

154

157

165

 

修正的欧拉折线法

239

       

虚加刚性弹簧法

254

       

虚拟裂缝模型

206

       

压子午线

58

       

雅可比矩阵

158

       

移动最小二乘法

304

       

应变等价原理

227

       

应变偏张量

40

       

应变球张量

40

       

应变张量

40

       

应变张量不变量

41

       

应力调整算法

259

       

应力集中系数

181

       

应力偏量

21

       

应力偏量的第123不变量

21

       

应力强度因子

180

       

应力球张量

21

       

应力张量的第123不变量

20

       

影响域

310

       

硬化刚度法

256

       

有效裂缝长度

187

       

有效应力

226

       

于丙子屈服准则

125

       

于骁中断裂韧度公式

200

       

增量理论

120

       

张开型裂缝

178

       

张量

13

       

赵国藩-宋玉普五参数强度准则

78

       

整体刚度矩阵

146

       

整体式钢筋混凝土模型

175

       

直接剪切试验

204

       

置换符号

11

       

逐步搜索法

254

       

逐步增量法

237

       

转动裂缝模型

218

       

组合式钢筋混凝土模型

167

       

坐标转换矩阵

215

       

做功硬化

128

131

     

 

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