基于ABAQUS的某框架的动力弹塑性时程分析.pdf

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DOI：10．3969／j．issn．1672-4011．2013．02．022基于ABAQUS的某框架的动力弹塑性时程分析邓欢(中国建筑西南设计研究院有限公司，四川成都610041)摘要：基于混凝土弹塑性损伤材料本构关系和纤维梁单元模型，利用ABAQUS对“5·12”汶川大地震中倒塌的某框架进行了罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析，通过对该框架的精细化反演分析，揭示了地震作用下建筑结构的破坏机理和损伤倒塌规律，同时对动力弹塑性时程分析的推广和应用提供了有益的参考和借鉴。关键词：动力；弹塑性；时程分析；ABAQUS；反演中图分类号：TU311．4文献标志码：B文章编号：1672—4011(2013)02—0047—020前言时程分析法被认为是目前结构弹塑性分析的最可靠和最精确的方法，它不仅能对结构进行定性分析，同时又可给出结构在罕遇地震下的量化性能指标，并且得到结构在各个时刻的真实地震反应。大型通用有限元程序ABAQUS具有强大的非线性计算能力，它不仅提供了适合模拟建筑结构粱、柱和剪力墙的纤维单元形式，同时允许用户进行二次开发，编制用于混凝土的弹塑性损伤材料本构模型。本文借助ABAQUS软件平台，对在“5·12”汶川大地震中倒塌的某框架进行了罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析，通过对该框架的精细化反演分析，揭示地震作用下建筑结构的破坏机理和损伤倒塌规律。1结构模型图1所示为本文所研究框架的有限元模型，该框架位于四川省阿坝州汶川县映秀镇，为按规范正常设计的钢筋混凝土框架结构，在汶川大地震中倒塌，模型中的次要构件如次梁等已被删除。该框架共3层，1层层高4．15m，2层和3层层高为3．6m。框架沿长向共两跨，跨度分别为6．6m和7．2m；沿短向共一跨，跨度为7．8m。柱截面尺寸均为O．45×0．45(in)，主梁截面尺寸均为0．25×0．7(m)。楼板厚度均为0．1m。结构采用C30混凝土现浇，梁柱纵筋采用HRB400。该结构抗震等级为三级，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0．109，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ级。2材料本构本工程采用两种基本材料，即钢筋和混凝土。钢筋采用ABAQUS自带的双线性随动强化模型，屈服后强化刚度为初始剐度的1％，钢筋在循环过程中无刚度退化，但考虑了包辛格效应。ABAQUS提供了可以考虑混凝土弹塑性断裂和损失的concretedamagedplasticity材料模型，该模型可以用于分析壳单元，即可用于分析剪力墙及楼板，但不能作者简介：邓欢(1986一)，男，湖南长沙人，硕士，助理工程师，主要从事结构设计及研究工作。用于三维梁、柱单元。因此，本文中梁柱的混凝土本构采用清华大学开发的PQFiber子程序的UConcrete02。一睦薯粥图1框架模型图材料本构定义。UConcrete02为考虑抗拉强度及损伤退化的混凝土模型。其受压骨架线上升段采用Hognested曲线，下降段为直线；受压卸载刚度随历史最大压应变的增大而减小，混凝土达到极限应变后保持不变。本模型中采用的混凝土本构如图所示。参考2010版混凝结构规范，混凝土抗压强度取为20．1MPa，峰值应变取为0．00147。此外，极限应变取为0．0038，极限应变下的应力为17．1MPa，混凝土受压超过极限应变时应力保持17．1MPa不变。UConcrete02受拉骨架线由线性上升段和线性下降段组合，受拉刚度及承载力随历史最大压应变的增大而减小，受拉卸载曲线为一指向受拉起始点的直线。本模型中混凝土抗拉强度取为2．01MPa。口‘⋯朗正本厶艮i7／8一彪j一‘圈2钢筋单轴本构』NpS_8曲一弋一瞄五厶Ilr瘟k．，，，茁一。。泌：矧8Ro(a)骨架线(b)加卸寰准刖图3混凝土单轴本构3地震波的选取地震波采用ElCentro波，采用该地震波三个方向的分(下转第52页) 色和民俗气息的LED艺术灯杆、灯具、小品灯组等。4春节亮化与日常亮化相结合春节来临之际，每当华灯初上时，城市大街小巷变得流光溢彩、如梦似幻，城市中心广场也同样璀璨似锦，火红的红灯笼在灯光的照耀下愈发吉祥，站在高处，遥望整个城市，更是华丽如斯、五彩斑澜。我们在欣赏美丽城市夜景的同时，也应该考虑到春节亮化工程从来不应作为一项简单的工作来做，应本着节日亮化与日常亮化相结合的原则，融春节亮化与日常照明设施维护相结合，在春节即将来临之际，各城市路灯管理部门应坚持提前谋划、周密部署、多措并举、狠抓落实，认真做好既有路灯设旌的管养工作，确保城市路灯亮灯率，给市民营造一个亮丽、祥和、喜庆的节日气氛。(1)全面部署，突出重点，兼顾一般。城市照明维护管理部门，应要求在保证市区重点路段亮灯率的基础上，更要加大对小街小巷的路灯维修力度，尤其是群众来电或热线投诉反映的报修路灯，要及时做好维修工作。(2)全面检修，确保亮灯率。节前，对全市的路灯设施进行了全面检查，并组织人员对出现故障的路灯灯具、电缆等设施进行了维修，对路灯专用变压器和控制箱进行维护保养。(3)清理小广告，保持路灯设施的整洁。对路灯杆和控制箱上的小广告进行了全面清理，保持路灯设施的干净和整洁。(4)做好节日期间的应急抢修工作。成立路灯设施抢修应急小组，抓好领导值班和路灯设施抢修应急小组值班制度落实工作，认真做好节日期间可能出现的路灯设施应急抢修工作。5小结春节亮化工作年年做、年年新。每年都要有新意和创意，积聚了一年的“旧”事务被一场春节亮化所覆盖掩埋。中华大地的各个城市，一致性的以穿上艳丽的霓虹彩衣迎接新的开始，大街小巷，流光溢彩，他们涌入城市的各个角落，把整个城市装点得喜气洋洋、兴旺富足。春节亮化工作要通过科学的管理手段，在设计、施工、产品选择上下功夫，就能保障春节亮化工作不仅是“烧钱”的事。同时春节亮化工作“烧钱”要烧到恰到好处，要烧出喜气、烧出人文、烧出和谐、烧出社会效益和经济效益，同时要烧出一个新的红红火火的新开始，烧出人民生活兴旺发达。[ID：7961](上接第47页)量在结构底部分x、Y和z三个方向同时施加，时间间隔为0．02S，持续时间为30s。4阻尼的选择分析时采用瑞雷阻尼体系，分析中仅考虑a质量阻尼。根据结构第1振型对应的自振频率及阻尼比为0．05推算出相应的a值，在材料定义中指定Q质量阻尼。但高阶振型对应的阻尼比会偏小，结构响应比实际偏大。5计算结果分析图4所示为地震结束后该框架的受压损伤因子分布云图，从图中可以看出框架的梁和柱的损伤情况均为两端大中间小，这是因为梁与柱均为受弯构件，弯矩一般为两端大中间小，在地震的循环往复荷载作用下，两端受到正负两个方向的循环弯矩作用，损伤很快。另外也可以看出，柱的损伤都比梁的损伤大，部分柱子端部的损伤因子已经达到了1．088，也即已经完全损坏。图5所示为地震结束后该框架的受拉损伤因子分布云图，从图中可见框架的粱都没发生损伤，而大部分柱子端部都已经发生受拉损伤，尤其是框架底层柱的低端，受拉损伤因子也已经达到了0．8以上。图4受压损伤因子分布云图图5受拉损伤因子分布云图图6所示为0．45s时的塑性铰分布图，由图可见，框架的第一个塑性铰出现于顶层中间柱的顶端，而此时，框架梁均未出现塑性铰，也即未能满足强柱弱梁的要求，出现这种情况的一个很重要的原因是在设计中未考虑楼板对梁受弯承载能力的增大效果，从而导致在大震作用下柱端先屈服，出现塑性铰。图7所示为地震结束后框架的塑性铰分布图，由图可见，该框架不仅所有粱端出现了塑性铰，连柱端也出现了塑性铰，此时框架基本已经毁坏。，，一≥7>图60．45s时的塑性铰分布图图730s时的塑性铰分布图6结论本文借助ABAQUS软件平台，对在“5·12”汶川大地震中倒塌的某框架进行了罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析，通过对该框架的精细化反演分析，模拟了该框架在地震作用下的损伤倒塌过程，揭示了地震作用下建筑结构的破坏机理。此外，本文对动力弹塑性时程分析的推广和应用提供了有益的参考和借鉴。[ID：8042]参考文献：[1]曹海韵。潘鹏，叶列平．基于推覆分析混凝土框架摇摆墙结构抗震性能研究[J]．振动与冲击，2011，30(11)：240—244．[2]陆新征，叶列平，缪志伟，等．建筑抗震弹塑性分析——原理、模型与在ABAQUS，MSC．MhRC和SAP2000上的实践[M]．北京：中国建筑工业出版社，2009．[3]聂祺，唐曹明。林春哲．基于纤维梁元模型的钢筋混凝土框架结构弹塑性时程分析[J]．工业建筑，2011，41(s1)：101—104．[4]陆道渊，安东亚，李承铭，孙国红．大连某超高层公寓动力弹塑性时程分析[J]．建筑结构，2009，39(S1)：545—549．[5]张劲，王庆扬，胡守营，王传甲．ABAQUS混凝土损伤塑性模型参数验证[J]．建筑结构，2008，38(8)：127—130．[6]秦从律，张爱晖．基于截面纤维模型的弹塑性时程分析方法[J]．浙江大学学报：工学版，2005，39(7)：1003—1008．[7]李志山，容柏生．高层建筑结构在罕遇地震影响下的弹塑性时程分析研究[J]．建筑结构，2006，36(S1)：142—149．秤