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传统的钢结构设计方法包含两个阶段,即两阶段设计。第一阶段:通过线弹性分析计算结构的内力;第二阶段:将第一阶段计算的内力用极限状态理论相关方程进行截面验算。传统的设计方法存在着很大的缺陷,忽视了单独构件和整体结构之间的协调性,而高等分析方法是通过一次精确的非线性分析,完备地描述结构与构件强度和稳定性,同时考虑了几何材料非线性及其他因素的影响,从而避免了对各个构件的强度进行验算,它弥补了传统设计方法的不足。因此高等分析设计方法更能真实的反映结构的实际受力状态。论文对桁架结构和钢框架结构在应用高等分析方法时需考虑多种因素的单元展开了研究,并基于OpenSees进行了实现,为应用OpenSees对结构进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论,利用虚位移原理详细推导了高阶非线性桁架单元刚度矩阵。并在通用有限元程序OpenSees平台上开发了高阶非线性桁架单元,通过几个数值算例验证,所开发的桁架单元在进行桁架非线性分析时具有很高的效率和精度。(2)为了更好考虑桁架结构在循环荷载或者地震作用下的后屈曲行为,本文基于OpenSees平台开发了EPB和IEPB材料本构模型。该本构模型能够考虑受压临界应力以及加载应变历史等。并通过几个数值算例说明了不考虑后屈曲往往会过高地估计结构的承载能力,同时验证了本文所开发的材料本构具有很高的计算精度,能很好的考虑桁架的后屈曲行为。(3)基于梁柱理论,开发了考虑剪切变形的几何非线性梁柱单元。在OpenSees的单元库中增加了考虑剪切变形的几何非线性梁柱单元,并用该单元和OpenSees的基于柔度的非线性梁柱单元对几个数值算例进行了对比分析,分析结果表明:本文开发的几何非线性梁柱单元具有更高的效率和计算精度。(4)基于梁柱理论,在考虑剪切变形的几何非线性梁柱单元的基础上,考虑了材料非线性,并考虑了残余应力、弯曲引起的刚度退化,开发了同时考虑几何材料非线性的精细塑性铰梁柱单元。通过几个数值算例分析表明,用每根构件一个本文单元即可达到很高的计算效率和精度。