基于ABAQUS的结构模型接口程序开发及其结构抗震分析应用

论文摘要

随着大型复杂高层建筑结构和大跨空间结构体系的不断涌现,高效、准确地实现复杂结构在罕遇地震作用下的弹塑性时程响应分析逐渐成为结构设计领域的热点问题。本课题通过将有限元软件ABAQUS和专业设计软件ETABS、SAP2000相结合,开发适用于ABAQUS的精细化混凝土本构和钢材本构模型,建立复杂结构罕遇地震响应分析的高效一体化方法。本文的主要研究工作和成果如下:1.针对专业设计软件便捷的前处理功能和通用有限元软件强大的分析功能,开发了从ETABS、SAP2000到ABAQUS软件的接口程序EPHA。该程序实现了多种混凝土构件在ABAQUS软件中的快速建模,达到了在ETABS、SAP2000中高效建模和在ABAQUS中精确分析的目的,为接下来复杂结构的动力弹塑性时程分析提供了技术条件。2.基于有限元软件ABAQUS的子程序技术开发了用于纤维截面杆系单元的混凝土单轴本构滞回模型,通过与试验数据的比较,验证了该模型在模拟钢筋混凝土杆系结构非线性动力响应方面的有效性,为准确分析复杂结构弹塑性地震响应提供了理论保证。3.依据某钢筋混凝土框架-剪力墙结构工程模型,采用EPHA接口程序和本文开发的混凝土单轴材料子程序,针对该结构体系进行了罕遇地震作用下的时程响应分析,考察了结构的动力响应特征及破坏模式。分析结果表明本文采用的技术和方法能够有效地预测出结构主要受力构件的损伤部位及发展历程,能够直观地判断出结构的薄弱部位。4.针对锦州滨海体育中心-训练馆进行了罕遇地震作用下的非线性时程分析,结果表明本文采用的程序及方法可以实现大跨度混合结构体系在罕遇地震作用下的动力响应分析,可以预测大跨度钢结构屋盖体系的损伤状态及薄弱环节。复杂结构模型的成功转化表明本文编译的接口程序EPHA的高效性,典型工程算例分析结果表明开发的混凝土材料子程序解决了ABAQUS软件中杆系单元无法应用内嵌混凝土本构模型的技术难题,这些成果显著提高了复杂结构在罕遇地震作用下动力响应分析的工作效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 抗震分析方法
• 1.2.2 通用有限元软件在复杂结构抗震分析中的应用
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 结构精细化建模接口程序EPHA 的开发
• 2.1 引言
• 2.2 EPHA 程序开发技术
• 2.2.1 基于SAP2000、ETABS 软件的初始建模创建
• 2.2.2 基于MATLAB 程序语言的转化程序开发
• 2.2.3 基于PYTHON 脚本语言的ABAQUS 模型文件
• 2.3 EPHA 程序转化流程
• 2.4 EPHA 的技术要点及主要功能
• 2.4.1 单元的选择
• 2.4.2 材料本构模型
• 2.4.3 截面配筋模拟
• 2.4.4 荷载转化
• 2.4.5 网格划分技术
• 2.4.6 求解关键参数
• 2.4.7 模型简化技术
• 2.5 模型转化的典型算例验证
• 2.6 本章小结
• 第3章 钢筋混凝土材料本构子程序开发
• 3.1 引言
• 3.2 钢筋混凝土材料本构模型
• 3.2.1 ABAQUS 内嵌钢筋混凝土本构模型
• 3.2.2 本文采用的钢筋混凝土本构模型
• 3.3 ABAQUS 内嵌的钢材本构模型
• 3.4 数值模型的验证
• 3.5 本章小结
• 第4章 框架-剪力墙结构罕遇地震分析
• 4.1 工程概况
• 4.2 模型准确性验证
• 4.3 地震动记录的选取
• 4.4 结构安全评估方法
• 4.5 弹塑性时程响应及分析结果
• 4.5.1 结构位移及基底剪力
• 4.5.2 钢筋混凝土剪力墙损伤
• 4.5.3 钢筋混凝土梁和柱损伤
• 4.5.4 钢筋混凝土楼板损伤
• 4.6 本章小结
• 第5章 锦州滨海体育中心-训练馆罕遇地震分析
• 5.1 工程概况
• 5.2 模型准确性验证
• 5.3 弹塑性时程响应及结果分析
• 5.3.1 结构位移及基底剪力
• 5.3.2 钢筋混凝土梁和柱损伤
• 5.3.3 钢筋混凝土楼板损伤
• 5.3.4 屋面钢结构塑性发展及薄弱部位
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢