ABAQUS弹塑性有限元分析简介

检测手段： 接口各种提示信息
竖向荷载变形图、振型图
弹塑性时程分析的损伤分布图
周期与总重对比
刚性楼板假定
梁转墙
竖向振型与局部振型 连梁折减系数
如何判断构件破坏状态
就损伤因子的工程意义，目前尚未有明确标准，一般而
言，当损伤因子大于0.5，构件的承载力已经明显削弱，
可以说明构件已经出现破坏。 剪力墙的损伤分布，不得沿截面方向贯通。
1 M δt t Fext 2 t
δ δt t K δt C t t
第四篇：动力弹塑性分析流程
弹塑性分析流程
前处理
模态分析 竖向荷载加载 显式弹塑性时程分析 后处理
输出层间位移角与层间剪力，竖向构 件内力时程，节点位移时程，混凝土 损伤云图，钢筋与钢材塑性应变云图
n n
0 M2 0 0
0 0 0
0 0 0 Mn
ψ M Φ ψ M Φ C Ci ψi i ψi
i 1 i 1 T
由振型组合而得
阻尼力，由[C]乘以上 一步速度而得
2 1 M δ M δt t t 2 2 t t
SDV3 (1 dc ) E0 , 混凝土受压损伤后的抗压刚度 SDV4为混凝土受压损伤后的抗压强度
SDV4
SDV1 (1 dt ) E0 , 混凝土受拉损伤后的抗拉刚度
SDV2
SDV2为混凝土受拉损伤后的抗拉强度
纤维模型——混凝土一维本构
纤维模型——钢材本构关系
采用双折线模型 ，在循环过程中பைடு நூலகம்无刚度退化
壳单元——剪力墙、楼板
对于钢板墙，可采用同一位臵处设多个单元来等代实现。各 个单元具有相同的节点码编号，分别对应于组合截面的混凝 土或钢板。 至于配筋，在混凝土厚度定义中，可指定各层钢筋的直径、 间距、位臵与材料。
杆单元——钢筋等效构件
连梁上下位臵处设有面筋和底筋，在剪力墙的端部亦设有边 缘构件。弹塑性分析时，连梁面筋、底筋与边缘构件杆单元 采用方钢管梁单元模拟，其面积相应地取连梁面筋、底筋和 边缘构件的配筋面积。
方法对结构整体或局部进行验算
混凝土结构设计流程
1. 有限元弹性计算 2. 内力调整
弹性计算时，忽略钢筋作用， 取混凝土拉压均为弹性。 该假设粗糙，但可行。
3. 采用平截面假定，考虑材料弹塑性，配筋设计 4. 复杂结构采用弹塑性补充验算
b
以构件为研究对象
ec
f
xn
Mu
As
h0
h
es
a
f
杆系结构分析方法
Bs
2 Es As h0
6 E 1.15 0.2 1 3.5g f
第五篇：构件的有限元模拟
梁单元——梁、柱、斜撑
对于实际工程中各种组合截面，比如型钢混凝土柱，可采用 同一位臵处设多个单元来等代实现。各个单元具有相同的节 点码编号，分别对应于组合截面的某一子截面。 至于配筋，在梁单元的同一位臵处，设有方钢管梁单元。其 中，方钢管的边长取梁的边长，钢管的壁厚由梁构件各侧配 筋面积除以边长而得。
梁转墙
连梁宜采用壳元模拟。梁与墙平面内相连时，PKPM采用罚 函数，以实现梁与墙在交点处的转角自由度的耦合。
短线处理
显式分析的步长由最大频率决定，而最大频率与网格细分程 度相关，故要求对几何模型进行短线处理。
斜撑分割墙
混凝土剪力墙内的钢斜撑，需与墙耦合，矩形墙会被分割为 梯形或三角形
虚梁
PKPM模型中，梁截 面100x100作为虚梁
导入含有配筋信息的PKPM模型， 预处理，定义施工阶段，划分网格 周期与振型用于结构模型合 理性判断及阻尼设臵， 适当简化，可支持施工阶段 模拟
竖向荷载加载简化方法
竖向构件轴压为主，加载过程中刚度变化较小， 容易收敛。 水平构件受弯为主，加载过程中刚度变化较大， 不易收敛。竖向加载设为弹性，转动力分析时， 不会导致竖向构件不平衡力
ABAQUS弹塑性有限元分析简介
王欣 2017年5月
报告内容
引言
有限元与弹塑性分析简介 显式时程分析 动力弹塑性分析流程 构件的有限元模拟
ABAQUS模型相比PKPM模型的不同之处
ABAQUS工程应用
常见技术问题解答
第一篇：引言
规范要求
《高规》3.11.4条： 高度不超过150m的高层建筑可采用静力弹塑性分析方法；高 度超过200m时，应采用弹塑性时程分析方法； 高度在150m～200m之间，可视结构自振特性和不规则程序 选择静力弹塑性分析方法或弹塑性时程分析法。 高度超过300m的结构，应有两个独立的计算，进行校核。
T
ζ f ε ε Bδt
单元的应力与 应变关系
第三篇：显式时程分析
显式时程分析
迭代方程：
1 1 C δt t 2 M 2t t 2 1 1 Ft K δt 2 M δt 2 M C δt t t 2t t
第六篇：ABAQUS模型相比 PKPM模型的不同之处
建模流程
采用对话框即可完成操作，无需用户进行繁琐地图形化交互 操作
导PKPM
预处理
计算
后处理
配筋信息
弹性计算时，忽略钢筋作用，取混凝土拉压均为弹性，参 见《混凝土结构设计规范》5.3.2条。该假设粗糙，但可行。 受弯构件挠度验算时，梁的短期刚度取值直接受钢筋影响， 参见《混凝土结构设计规范》7.2.3条。该假设相对准确。 ABAQUS弹塑性计算时，较为真实地考虑混凝土的受拉强 度，同时，考虑各种钢筋布臵。
取β=0时，方程左边即为对 角阵，计算量大大减小。 α=4ξπ/T
Fint K δt B ζ d ζ Dε ε Bδt
T
振型阻尼
M1 0 T M Φ M Φ 0 0 211 i M1
行业现状
弹塑性分析具体的技术条件没有规范，尴尬！ 隔震新规范编写，初衷突破抗规各种内力调整，无法推进， 不得不走抗规的老路！ 与弹塑性息息相关
混凝土剪力墙的弹塑性 分析，学术界未能搞清， 工程界不可能形成共识！
ABAQUS的工程应用价值
定性判断，对结构规则性把握，蛮有参考价值
第二篇：有限元与弹塑性 分析简介
有限元计算的合理性判断
K B DB d
T
B矩阵由形函数N求导而得，有限元 计算结果正确性，严重依赖于形函 数N是否吻合实际变形
混凝土结构分析方法
《混凝土结构设计规范》 5.3.1 结构的弹性分析方法可用于正常使用极限状
态和承载能力极限状态作用效应的分析。
5.5.1 重要或受力复杂的结构，宜采用弹塑性分析
第七篇：ABAQUS工程应用
剪力墙平面布置
此为偏臵核心筒， 宜削弱边墙，以 减少扭转
伸臂桁架与结构开洞
布臵钢斜撑与 水平钢梁即可， 无需钢板墙
剪力墙立面缩进
墙侧边可改为 斜线，以过渡
左侧墙在上部 几层可改为柱， 再过渡到墙
第八篇：常见技术问题解答
计算结果异常
可能原因：
结构布置不合理 建模不当 变形过大：常见大跨度楼板、屋顶飘架 网格畸形
Fint f δt
构件的内力与 位移关系
杆系结构分析方法
K B DB d
T
{M}=[D]{κ} 截面弯矩与曲率的关系
弯矩与曲率(转角)滞回模型
P
P2(+)
P1(+)
D2(-)
D1(-)
D1(+) P1(-)
D2(+)
D
P2(-)
纤维模型——混凝土一维本构
σ
屈服点
ε
纤维模型——钢材本构关系
采用双折线的曲线模型 ，考虑刚度退化与钢筋压屈
σ
2
(ε0, σ0)2 Fy b· E E ε (εr, σr)1
(εr, σr)2
(ε0, σ0)1
1
剪力墙结构分析方法
满足平截面假定？ 如何定义构件？
K B DB d T Fint K δt B ζ d
有限元基本原理
静力平衡方程：
K δ F
动力平衡方程：
Mδ Cδ K δ F
式中， C M K
T
Rayleigh阻尼 振型阻尼
C MΦζΦ M T K B DB d