ADINA混凝土材料

钢管混凝土柱的等效阻尼比分析研究摘要：针对钢-混凝土组合结构动力响应计算，工程中一般根据规范来确定结构阻尼比，由此易导致结构动力响应计算结果与实际情况相差较大，不利于结构安全评估的问题。

本文首先以天津某超高层组合结构中钢管混凝土柱为算例进行分析，使用ADINA与MSC.NASTRAN软件分别建立该结构的有限元模型，根据计算出的结构阻尼比以及自振特性，确定钢管混凝土柱的等效阻尼比。

针对不同阻尼比情况下，后文计算反应谱中地震影响系数、风振等效风荷载，对地震影响系数随结构自振周期的分布和风荷载沿高度的分布进行详细的比较。

计算结果表明，在对钢管混凝土柱进行动态响应计算时，应对其阻尼比进行科学取值，以免给结构安全评估带来不利影响。

关键词：钢管混凝土柱；等效阻尼比；有限元分析；地震影响系数；风振等效风荷载0 引言基于钢管混凝土柱承载力高、良好的塑性和韧性以及经济效果好等特点，现如今钢管混凝土柱在钢-混凝土组合结构的运用越来越广泛，已逐步成为土木工程师经常采用的结构类型之一。

阻尼比是影响结构抗震分析最重要的参数之一。

阻尼值较小的差异可能引起计算的结构响应分析结果成倍的，甚至是十几倍的变化幅度[1]，对于组合结构阻尼比的取值方面的研究较少，在进行结构抗震设计中，所取的结构阻尼比按规范取值居多。

因此开展钢管混凝土柱等效阻尼比分析研究具有重要的理论和实际意义。

1 钢管混凝土等效阻尼比确定的算例验证1.1 模型的建立通过简化的天津某超高层组合结构中钢管混凝土柱结构模型[2]计算结果来验证等效阻尼比计算的准确性，计算参数如表1所示。

钢管单元和混凝土单元均采用8节点的三维实体单元。

由图1可看出，第1、2阶的振型分别以平动的X、Y向为主，从第3阶开始以扭转为主，再由表2可看出，两种有限元分析软件计算出来阻尼比最大相差不到5%，即证明ADINA与MSC.NASTRAN软件计算钢管混凝土柱阻尼比的一致准确性。

一方面相对比其它阶振型，第一、二阶振型的自由振动圆频率最小，也就是低阶振型，由结构动力学知识[3]可知，对于大多数荷载类型，通常低阶振型的位移贡献最大，而高阶模态能量占比太低，高阶振型的贡献趋于减小，故在这取第一阶振型的阻尼比为结构阻尼比，取为0.029，由此可看出实际取值与规范取值的出入是较大的。

第二章 ADINA功能简介一、ADINA用户界面ADINA是一个全集成有限元分析系统，所有分析模块使用统一的前后处理用户界面ADINA User Interface (AUI)，易学易用，采用友好Windows图标风格创建几何模型，实现所有建模和前后处理功能。

其命令流文件Jobname.in自动记录跟踪用户的所有输入数据，用户可以根据需要随意查看、编辑Jobname.in文件达到重建或修改整个模型的目的。

ADINA-AUI的主要特点是：采用Parasolid为核心的实体建模技术，这是许多大型CAD 软件采用地一种几何建模技术，因此可以方便地创建各种复杂的几何模型。

同时，ADINA 提供各种几何数据接口，可以与当前的各种主流CAD软件实行无缝集成（如Unigraphics,SolidWork、SolidEdge、Pro/ENGINEER、I-DEAS、AutoCAD等等），直接利用CAD软件生成的几何模型进行有限元分析计算。

ADINA提供了多种网格划分工具，能对复杂模型进行全自动六面体网格划分，单元大小易于调整。

另外ADINA不但可以与CAD软件实现无缝连接，而且还可以与Nastran等软件交换有限元模型数据。

1 前处理功能：•Windows图标风格•用户可以根据需要添加和减少图标，任意组织界面•可对常用功能操作自定义快捷键•具有Undo和Redo功能•模型动态旋转、缩放和平移•快速方便的布尔运算，快速建立复杂模型•各种加载方式，载荷可以随时间和空间位置而变化•多种网格划分功能，可对复杂模型进行自动六面体网格划分2 后处理功能：•支持各种结果变量可视化处理方法，具有网格变形图、彩色云图、等值线图、矢量图、曲线图及其它实用绘图功能•同一窗口可以显示不同的结果图形•可对模型图进行隐藏、透明显示•屏幕或文件变量数据列表•方便的绘制出模型的任意点任一计算结果参量随时间或其他参量的变化曲线，例如应力－应变曲线、位移－时间曲线、应力－时间曲线等等•可以进行变量运算，从输出变量中定义导出变量•可以对相对结果进行图形显示（如最终时刻相对于t1时刻的变形情况－相对位移，常用于含地应力问题的变形结果处理。

3.7混凝土材料模型3.7.1注意事项概要·混凝土模型可以在2D 和3D 实体单元中采用·混凝土模型可以使用大位移和小位移公式。

在各种情况下，都假设是小应变。

使用小位移方程时，采用材料非线性；当使用大位移方程时，TL 方程被采用。

·尽管这个模型被叫做“混凝土模型”，但它的基本属性也可以用以描述其它材料。

这些基本材料属性是：¨当一个相应的较小主拉应力达到最大允许值时，材料拉坏。

¨在较高压力作用下压溃¨材料压溃后应变软化，直到极限应变，材料完全破坏。

拉坏和压溃由拉压破坏包络线决定。

·众所周知，混凝土是一种非常复杂的材料。

ADINA 所提供的模型可能并没有包含你所希望的所有材料属性。

但是，虑及混凝土材料的变化在实践中需要描述，而且认识到这个模型在模拟岩石材料中也是有用的，我们的目的是提供一种足以有效模拟普遍用到的材料行为的有效而又简单的模型。

3.7.2 ADINA 中混凝土材料的有关公式 ·下面给出公式中用到的符号E t=时间t 的多轴切线扬氏模量（左上标t 表示时间t ）0~E =单轴弹性模量（所有的单轴性质都在上面加一个~号）s E ~=达到相应的单轴最大应力的割线模量c c s e E ~~~σ=u E ~=达到单轴最终应变的割线模量uu u e E ~~~σ=pi tE ~=相应于pi t σ的割线模量ij te =总应变ij e =应变增量et~=单轴应变 c e ~=相应于c σ~的单轴应变（0~<c e ） ue ~=单轴极限压应变（0~<u e ） ij tσ=总应力ij σ=应力增量σ~t=单轴应力 ~~tp σ~=断裂后单轴取舍点拉力（0~>tp σ）。

注意假如0~=tp σ，ADINA 设定ttp σσ~~= c σ~=最大单轴压应力（0~<c σ） uσ~=单轴极限压应力（0~<u σ） pi tσ=i 方向主应力（321p t p t p t σσσ≥≥）。

ADINA土木工程分析功能简介一．丰富的材料本构ADINA提供了7种专用于土木建筑的材料本构：曲线描述的粘土材料、Drucker-Prager 材料、Cam-clay材料、Mohr-coulomb材料、混凝土材料、LUBBY2徐变模型、多孔介质材料。

除此之外，ADINA还提供通用的线弹性、弹塑性、粘弹、粘塑、蠕变、流体、热等各种材料本构。

∙曲线描述的岩土材料主要特征为分段线性方式输入加载和卸载两种不同状态下的体积模量和剪切模量与体积应变的关系；考虑tension cut-off和cracking两种弱化方式；并能够自动处理岩土局部弱化的各项异性转变。

∙ Drucker-Prager材料具有经典的理想塑性Drucker－Prager屈服和Cap硬化描述。

∙ Cam-clay材料这种材料模型是一种取决于压力的塑性材料，以椭圆屈服方程作为破坏判定准则。

本身具有模拟粘土材料在正常固结和超固结情况下的应变硬化和软化功能。

∙ Mohr-coulomb材料∙混凝土材料主要特点是可以描述材料非线性应力应变关系，同时考虑材料软化、模拟滞回曲线、后破坏特征（包括材料开裂后性能、压碎后性能、应变软化性能）、考虑温度作用的影响；通过变化的泊松比，模拟其可压缩性；内部可以定义梁单元为加强筋。

∙ LUBBY2徐变模型主要用来模拟混凝土和岩石材料的长期徐变行为，包括应变强化或时间强化。

徐变方程的系数既可以是常数也可以随温度而变化，另外在徐变模型中还考虑了卸载和周期载荷的影响，当材料的徐变过大时可能会导致材料破坏。

∙多孔介质材料主要用于求解承受静态或动态载荷的多孔结构，它可以处理固体骨架和通过它的流体之间的相互作用。

解决的问题包括：不排水条件多孔结构分析（Undrained analysis）、瞬态静力分析（固结分析Consolidation）、瞬态动力分析（多孔结构失效，例如土壤液化）。

二．专用的单元特征除常规单元如Beam，Truss，2D-Solid，3D-Solid，Shell，Plate，Membrane，Cable和Spring 等单元算法外，ADIAN还提供如下的单元算法，专用于土木建筑工程问题的模拟：∙弯矩－曲率梁单元（Nonlinear Moment-Curvature Beam）在实际的工程分析中，有时候根本不能给出精确的应力－应变数据，而只有通过试验得到的弯矩与曲率及扭矩与扭转角的关系间接求解。

ADINA8.5新功能与特点一、系统的新功能与特点1.1、ADINA8.5所支持的操作系统平台：（1）所有模块都有并行求解器，但只有ADINA和ADINA-T模块可以进行并行的矩阵组装（parallelized assembly）。

（2）只有ADINA结构模块可以。

（3）提供x86版本的AUI，以便使用ADINA-M模块。

（4）Red Hat9.0或更高版本，或相当的Linux版本。

（5）支持3GB内存空间。

1.2、Linux版ADINA8.5扩展名的改变：为了与Windwos版ADINA的文件扩展名一致，Linux版的ADINA8.5相应的文件扩展名进行了修改：二、ADINA结构模块新功能与特点2.1 分布式并行计算（DMP）Linux版ADINA8.5支持在由64位x86处理器计算机或者皓龙（Opteron）处理器计算机组成的计算机群（clusters）上进行并行计算。

对于隐式分析，稀疏矩阵求解器（Sparse）和三维迭代求解器（3D-Iterative）支持分布式并行计算（DMP）。

对于显示分析，荷载积分支持DMP，并且所有的显式接触算法都支持DMP，其中显式罚函数接触算法是完全并行的（full parallelized）。

需要注意的是，DMP版本需要单独的License授权，运行时的脚本文件也是与非DMP 版不同的。

DMP求解只能通过命令行实现。

2.2 ADINA热机耦合模型（ADINA TMC model）ADINA的热分析功能（ADINA-T）被加入到了ADINA结构模块（ADINA-Structures）中，这个分析功能被称为“ADINA TMC model”，这与此前的热机耦合模块（ADINA-TMC）是不同的。

ADINA TMC model可以实现两种求解功能：热与结构的顺序求解和热-结构耦合求解。

ADINA TMC model可以包括如下功能：●热分析可以使用杆单元（truss）、二维实体单元（2-D solid）、三维实体单元（3-Dsolid）、梁单元（beam）、等参梁单元（iso-beam）和管单元（pipe）。

混凝土中添加纳米硅酸钙的作用和效果一、引言二、纳米硅酸钙的定义三、混凝土中添加纳米硅酸钙的作用和效果1.提高混凝土的力学性能（1）增强混凝土的抗压强度（2）提高混凝土的抗拉强度（3）提高混凝土的耐久性2.改善混凝土的微结构（1）改善混凝土的抗渗性（2）提高混凝土的抗裂性（3）降低混凝土的收缩率3.减小混凝土的环境污染四、添加纳米硅酸钙的混凝土的材料配比五、添加纳米硅酸钙的混凝土的施工工艺六、添加纳米硅酸钙的混凝土的质量控制七、结论一、引言混凝土是建筑工程中广泛应用的一种材料，其力学性能和耐久性是影响建筑物使用寿命的重要因素。

近年来，随着纳米材料的发展和应用，纳米硅酸钙作为一种新型的混凝土添加剂逐渐受到人们的关注。

本文将从纳米硅酸钙的定义出发，详细阐述混凝土中添加纳米硅酸钙的作用和效果，并给出添加纳米硅酸钙的混凝土的材料配比、施工工艺和质量控制等方面的具体方法。

二、纳米硅酸钙的定义纳米硅酸钙是一种由细微的硅酸盐晶体和钙离子组成的纳米颗粒，其粒径通常在1-100纳米之间。

由于其独特的物理和化学性质，纳米硅酸钙在混凝土中的应用具有很大的优势。

它可以改善混凝土的力学性能和抗渗性，提高混凝土的耐久性，同时减小混凝土的环境污染。

三、混凝土中添加纳米硅酸钙的作用和效果1.提高混凝土的力学性能（1）增强混凝土的抗压强度纳米硅酸钙的添加可以提高混凝土的抗压强度。

这是因为纳米硅酸钙的颗粒尺寸非常小，可以填充混凝土中的空隙和孔隙，从而改善混凝土的致密性和密实性。

此外，纳米硅酸钙还可以作为晶核，促进混凝土中水泥水化反应的进行，形成更多的水化产物，从而提高混凝土的强度。

（2）提高混凝土的抗拉强度混凝土在受拉应力时容易出现裂纹，从而降低混凝土的抗拉强度。

纳米硅酸钙的添加可以填充混凝土中的微细裂纹和孔隙，从而改善混凝土的抗拉强度。

此外，纳米硅酸钙还可以作为纤维增强剂，增强混凝土的韧性和延展性，从而提高混凝土的抗拉强度。

（3）提高混凝土的耐久性混凝土在长期使用过程中容易受到环境的侵蚀和破坏，从而降低混凝土的耐久性。

ADINA软件介绍ADINA 软件是美国ADINA 公司的产品，也是唯一的产品，是基于有限元技术的大型通用分析仿真平台。

公司的创始人以及软件的领导者之一，是美国麻省理工学院的K.J.Bathe教授，他也是国际有限元界着名科学家。

整个Adina系统只有200多M,但却包含完整的前后处理器以及求解器，并且求解器的功能涵盖从基本结构分析到流固耦合分析，实在让人觉得不可思议。

程序包含如下模块：ADINA-AUI(前后处理模块)ADINA-F(流体分析模块)ADINA（结构分析模块）ADINA-FSI（流固耦合分析模块）ADINA-T（热分析模块）ADINA-TMC（热结构耦合分析模块）ADINA-TRANSOR（与CAD系统的专用接口）如Pro/Eengineer,I-DEAS, AutoCAD/MDT,PATRANADINA具有广泛的模拟能力，因此在机械、汽车、材料加工、航空、航天、土木、电子电器、军工、生物力学等领域都有应用。

ADINA-AUIADINA-AUI是所有ADINA 子程序的前后处理功能，它为建模和后处理的所有任务提供了一个完全交互式的图形用户界面。

个人感觉界面有点乱，上部大量的工具按钮和下部的命令提示窗占了很大的屏幕空间，中间的图形区域小的可怜，17寸的显示器显的太小了。

按钮类型的界面类似HyperMesh，不过Adina是视窗风格。

ADINA-MADINA-M是ADINA-AUI 程序的一个附件，基于 Paraolid 核心，提供了立体建模的功能，通过 ADINA-M 可在 ADINA-AUI 程序中直接创建立体的几何图形。

实际上ADINA-M就是相当于一种CAD软件的功能，类似于Pro／e、Solidworks等等。

ADINAADINA 程序是基本的结构求解器，为固体、桁架、梁、管道、金属板、壳体和缝隙提供了多样化和通用的有限元分析能力，材料模型有金属、土壤与岩石、塑料、橡胶、织物、木材、陶瓷和混凝土等等。

ADINA 8.0新功能简要介绍ADINA 8.0结构模块新功能壳单元算法：ADINA8.0包括新的9节点和16节点的壳单元，它们都是基于MITC算法。

这些单元适用于线性分析、材料非线性分析、大位移/小应变分析和大位移/大应变分析。

这些单元比ADINA7.5版的9节点和16节点壳单元更精确。

MITC9单元比MITC8单元更精确，同时建议在原来使用MITC8单元的所有分析中采用MITC9单元。

除顶面/底面参考面、迭层、循环对称和复合材料失效等功能外，壳单元的所有其它功能都适用于MITC9单元和MITC16单元。

更详细的内容参见ADINA理论和建模指南中2.7节。

拉延筋算法：ADINA 8.0包括拉延筋模型。

拉延筋用于薄板冲压成形加工过程中消除缺陷（如起皱或开裂等）或减少材料消耗。

拉延筋作为接触算法的一部分来实现。

详细内容见ADINA理论和建模指南中的4.3节。

用户自定义接触摩擦算法：ADINA8.0有一个新的用户提供的子程序FUSER用来计算Coulomb摩擦系数。

子程序FUSER的输入数据包括接触力、法向方向、滑动方向、滑动速度和节点坐标。

在AUI中定义的一系列整数和实数参数也可传递到子程序FUSER中，详情ADINA理论和建模指南中的4.3节。

具有热效应的弹性各向同性材料：ADINA8.0允许在弹性各向同性材料说明中引入与温度无关的热膨胀系数。

这种材料是线性的，因而在缺少其它非线性作用的情况下这种分析也是线性的。

基于势的流体单元：与ADINA7.5相比，ADINA8.0在基于势的流体单元上有大范围的修订和改进。

具体方面如下：亚音速流动：采用非线性公式可以模拟实际的流体，同时也包括Bernoulli作用。

质量流荷载：质量流可以作为一种集中质量流或者一种分布质量流直接赋给流场。

不同种类流体界面单元：ADINA8.0根据流体的边界条件、具有专门用来模拟的界面单元：流固耦合界面单元：这些交界面单元用来连接邻近的结构和流体。