yjk-abaqus接口软件(外)

YJK-ABAQUS接口软件1弹塑性分析的规范背景1.1《混凝土结构设计规范》（2010版，简称《混规》）第5.5.1条规定：重要或受力复杂的结构，宜采用弹塑性分析方法对结构整体或局部进行验算，并给出了比较详细的分析模型选用原则。1.2《建筑抗震设计规范》（2010版，简称《抗规》）第3.6.2条规定：不规则且具有明显薄弱部位可能导致重大地震破坏的建筑结构，应按本规范有关规定进行罕遇地震作用下的弹塑性变形分析。此时，可根据结构特点采用静力弹塑性分析或弹塑性时程分析方法。第5.5.2、5.5.3条对上述条文进行了量化，规定了宜进行及应进行弹塑性分析结构的具体形式及算法要求。第3.10.4及3.10.5条对建筑结构进行抗震性能化设计时的弹塑性分析方法及参数选用原则进行了明确的规定。附录H第H1.6条对框排架厂房进行弹塑性变形验算的条件及要求进行了说明。1.3《高层混凝土结构技术规程》（2010版，简称《高规》）第5.5.1条规定：高层建筑混凝土结构进行弹塑性计算分析时，可根据实际工程情况采用静力或动力时程分析方法。第3.11.4条第1款：补充了5.5.1条的要求，规定高度不超过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法；高度在150m～200m之间，可视结构自振特性和不规则程度选择静力弹塑性方法或弹塑性时程分析方法。高度超过300m的结构，应有两个独立的计算，进行校核。第3.11.1条规定：结构进行抗震性能设计时，根据性能水准，指定性能目标后，必要时进行弹塑性分析。2现有弹塑性时程分析程序及接口软件特点目前结构工程师用于建筑结构弹塑性分析软件主要有：金土木ETABS/SAP2000，MIDAS，PKPM-PUSH&EPDA，OPENSEES，PERFORM-3D，CANNY，DRAIN-3D，ADINA，MARC，ANSYS，ABAQUS等。在上述软件中，ABAQUS有使用越来越广的趋势。ABAQUS软件计算稳定，求解效率高。提供建筑结构中梁、柱、斜撑、板与墙分析用的梁、壳单元，包含弹性材料与众多非线性材模型，既支持静力也支持动力问题求解；最鲜明的特点是内嵌混凝土损伤本构模型，同时提供隐式积分与显示积分动力微分方程求解方法，显示积分求解能直接接力隐式结果，在隐式求解结果基础上进行后续动力时程分析；二次开发的难度相对较低，用户自定义的混凝土材料本构可通过for程序实现，通过编译器的环境配置后即可编译链接到ABAQUS主程序中，后处理时不需专门处理即可输出结果变量。然而，ABAQUS用于分析建筑结构时显得针对性偏差，YJK软件一直专注于建筑结构的设计功能，建模迅速、方便、快捷，能准确根据规范的各项分析计算与调整要求做出配筋设计。YJK与ABAQUS接口软件，极大的方便工程师将YJK模型快速导入到ABAQUS中，使用ABAQUS的单元/自定义单元、本构模型进行非线性求解，并将结果输出。接口软件的主要特点有：A.各类构件（板、梁、柱、斜撑、墙）正确转换，包含钢-混凝土组合截面，弧梁（墙）自动转换为多段的直线梁（墙）。B.杆构件采用纤维梁模型，墙板采用分层壳模型。C.非线性分析之前，施加重力荷载作为结构的初始内力状态，复杂结构初始内力来自于施工模拟，转入的施工模拟顺序与YJK中指定相同。D.依据《混规》附录C建议值给出钢筋及混凝土的本构模型。E.读取YJK施工图中的实际配筋面积作为结构的配筋。F.非线性分析后，输出位移、构件内力、损伤状态。输出结构弹塑性层间位移角，构件的性能设计验算结果。3接口软件操作说明提供有htm格式帮助文件以及教学演示动画。通过接口软件界面按钮获取。4转换原则说明4.1单位制ABAQUS不提供单位制设置选项。接口软件将力、长度、质量、时间四类量以N,m,kg,s为单位输出，其它量的单位由以上四个基本单位导出。在工程名.inp文件中的说明中输出了模型数据所采用的单位制，如下图所示。图1工程名.inp文件中显示的单位制4.2材料能转入ABAQUS中的材料包括型钢与混凝土，与弹性分析不同，建筑结构的非线性分析需考虑钢筋的作用，钢筋的材质与型钢稍有区别，转换时也予以区分。暂时不包括以上三种之外的材料，如砌体材料等。4.2.1钢筋钢筋本构采用随动强化模型。该模型能考虑循环拉压加卸载时的包辛格效应，且在往复加载过程中，无刚度退化，与《混规》附录C中建议的钢筋本构模型在反向加载阶段稍有差别（如图2）。输入数据格式如下*PLASTIC,hardening=kinematic335000,0427500,0.01第一行说明钢筋的本构模型为随动强化模型。第二行第一个数据为钢筋屈服应力，第二个数据为屈服应力点对应的塑性应变，刚屈服时塑性应变值为0。第三行第一个数据为极限应变点处的应力值，第二个数据为应力点对应的塑性应变。接口软件先按《混凝土规范》附录C1.2条条文说明和第4.2.4条取定钢筋的极限应变，然后按C1.2公式计算对应的应力值。a)《混规》附录C.1.3条建议曲线b)转入ABAQUS采用的随动强化模型图2弹塑性分析采用的钢筋本构模型《混规》第5.5.1条第2款规定，对结构进行弹塑性分析时，材料的性能指标宜取平均值，材料平均值与标准值之间的关系可由该规范附录C中式（C.1.1-1）与式（C.1.1-2）取定，即：/11.645ymyksff/11.645stmstksff普通钢筋强度的标准值可通过查该规范表4.2.2-1确定。上式中δs为钢筋强度的变异系数，宜根据试验统计确定。附录C条文说明给出了HPB235与HRB335钢筋的变异系数，分别为8.95%和7.43%。接口软件在计取高等级钢筋的强度变异系数时，直接采用HRB335的值，用户可以根据实际情况对强度值进行修改。接口软件采用的各种等级钢筋的强度参数如表1所示。表1各等级钢筋变异系数与强度值等级屈服强度标准值fyk（MPa）极限强度标准值fstk（MPa）强度变异系数（%）屈服强度平均值fym（MPa）极限强度平均值fstm（MPa）HPB2352353758.95276440HPB3003004207.96345483HPB335HRBF3353354557.43382518HRB400HRBF400RRB4004005407.43456615HRB500HRBF5005006307.435707184.2.2型钢《钢结构设计规范》（2003版）与《型钢混凝土结构技术规程》（2001版）列出的钢材牌号有Q235，Q345，Q390，Q420四种。《钢结构设计手册》（第三版上册）表1-1给出了型钢的强度标准值与极限值。接口软件转换时将型钢材料的变异系数取成与钢筋相同，并且区分型钢构件的厚度对其强度的影响，表2列出了接口软件采用的厚度小于16mm钢材的变异系数与强度值。表2各牌号钢材变异系数与强度值牌号屈服强度标准值fyk(MPa)极限强度标准值fstk(MPa)强度变异系数（%）屈服强度平均值fym(MPa)极限强度平均值fstm(MPa)Q2352353758.95276440Q3453454707.43393535Q3903904907.43444558Q4204205207.434785924.2.3混凝土混凝土材料的受力性能比较复杂，主要表现在混凝土在拉力作用下应力超过拉受拉极限后会开裂，受压超过受压极限后会压碎。在往复作用（如地震作用）下，受力更为复杂，受拉开裂后的纤维在压力作用下裂缝会闭合，怎么定义闭合后的材料的损伤程度直接影响到分析结果的准确性，甚至决定分析是否能成功进行。新《混规》建议的混凝土损伤本构模型，能比较准确的反应混凝土受拉开裂与受压压溃后的性能变化，并能体现随着塑性应变增加损伤累积的实验现象。ABAQUS软件已经内嵌了混凝土的损伤本构模型，经过推导（详细过程参考本手册附录二）即可将《混规》与ABAQUS中的本构模型统一。由于目前ABAQUS自带梁单元仍不支持损伤本构模型，对于一维梁单元，还需用户通过FORTRAN编制一维的滞回本构模型，在配置好各类编译器以及环境变量后，将for程序链入ABAQUS中进行分析，具体配置方法及接口软件提供的Umat程序主要编制流程可参考本手册附录三。剪力墙及楼板可直接使用ABAQUS中的二维损伤本构模型。二维混凝土损伤模型的定义，主要通过以下5个关键字来定义a、*CONCRETEDAMAGEDPLASTICITY通过上述关键字指定混凝土材料的本构模型为弹塑性损伤模型，紧接该关键字的行定义混凝土材料的膨胀角，膨胀角的单位为度，接口软件参考ABAQUS自带例题中（文献[6]第2.1.15节）的指定值，各种混凝土等级以及箍筋配筋率的混凝土的膨胀角均指定为36.31o。ε：流动势的偏心值（Flowpotentialeccentricity），按默认值指定为0.1；ζb0/ζc0：初始的等效双轴受压屈服应力与初始单轴受压屈服应力的比值，默认取值为1.16，与《混规》附录C中推荐值基本一致；Kc：屈服面受拉子午线第二应力不变量与受压子午线第二应力不变量比值，影响屈服面的形状，按默认值2/3取；μ：粘度参数（Viscosityparameter），影响求解收敛，按默认值取0.0，如果计算收敛困难，可尝试通过调整该参数解决。b、*CONCRETECOMPRESSIONHARDENING通过上述关键字指定混凝土的受压强化与软化性能，紧接该关键字的几行指定混凝土材料的单轴屈服应力（图3中ζc）以及相应的非弹性应变（图3中inc）。混凝土材料的单轴屈服应力与非弹性应变的关系按《混规》附录C2.4条提供的单轴受压应力-应变曲线确定。按《混规》第5.5.1条第2款，材料的性能指标宜取平均值，平均值宜通过试验分析确定。而附录C中规定单轴抗压强度代表值（图3中ζcu）可根据实际结构分析需要取设计值、标准值或平均值。接口软件按附录C中方法内置的各等级混凝土材料的受压强度标准值与平均值如表3所示。图3单轴受压混凝土应力-应变骨架曲线c、*CONCRETECOMPRESSIONDAMAGE该关键字用于定义混凝土损伤与塑性应变之间的关系，通过指定多个点的受压损伤变量dc与非弹性应变实现。按错误！未找到引用源。可获得任意全应变点ε处的受压损伤变量dc，全应变减去弹性应变即得非弹性应变（如图3）。ABAQUS通过内部换算将受压损伤变量dc与非弹性应变关系变为受压损伤变量dc与塑性应变关系。d、*CONCRETETENSIONSTIFFENING该关键字用于定义混凝土受拉开裂及开裂后的性能，通过开裂后的剩余拉应力ζt与开裂应变ckt之间的关系曲线定义实现。转换软件内置的残余拉应力与开裂应变之间的关系曲线按《混规》附录C.2.3条公式给出。软件首先选出5个应变点，选定峰值应变点与极限应变点，再等间距取3个中间应变点，选定应变点后通过附录C.2.3式计算出各应变点相应的ζt，与εtel=ζt/E0，由ε减去εtel即可获得各点开裂应变ckt。图4单轴受拉混凝土应力-应变骨架曲线e、*CONCRETETENSIONDAMAGE该关键字用于定义混凝土受拉损伤变量dt与塑性应变之间的关系曲线。从单轴受拉应力-应变曲线（《混规》附录C.2.3条）的下降段取5个应变点，取法同*CONCRETETENSIONSTIFFENING，再由错误！未找到引用源。计算各应变点的受拉损伤变量dt，由全应变减去弹性应变后即得开裂应变ckt（如图4）。ABAQUS通过内部换算将受拉损伤变量dt与开裂应变关系转变为受拉损伤变量dt与塑性应变关系。通过*CONCRETECOMPRESSIONDAMAGE与*CONCRETETENSIONDAMAGE关键字中的选项可定义开裂后的混凝土再闭合时的恢复系数wc，也可定义受压损伤后再受拉时的恢复系数wt，用于描述开裂或压坏的历史对混凝土单元受力性能的影响。不做任何指定时认为裂缝闭合后再受压时，性能和未开裂之前相同（即wc=1.0），有过受压破坏历史后，不能再承受拉力（