ABAQUS在抗震性能分析中的應用

摘 要：空間框架結構整體性、剛度較好，仍廣泛應用于我國大部分地區。但即使嚴格執行抗震設計規范的空間框架結構也可能發生不同程度的倒塌破壞，因此其抗震性能是保障人民生命財產安全的重要指標。本文主要簡述ABAQUS有限元分析軟件對地震荷載下的空間框架結構抗震性能分析的優勢及意義。

關鍵詞：抗震理論；abaqus分析優勢；意義

一、抗震理論的發展

早期抗震工程研究主要側重于如何減少巨大地震下的建筑物倒塌和人員傷亡，基于承載力和構造保證延性的傳統抗震設計方法并不完善，已不能適應現代社會對結構抗震性能的要求。由此引起了各國工程界對現有抗震設計思想和方法進行深刻的反思，迫使工程人員尋求更加完善的設計思想，設工程結構在各種可能遇到的地震作用下的反應和損傷狀態控制在設計預期要求的范圍內。不僅確保生命安全，而且確保經濟損失最少。我國抗震規范（GB50011-2010）采用兩階段的抗震設計思想：第一階段，對于小震和中震作用下的一般結構采用彈性分析方法計算構件截面及配筋；第二階段，對于特殊結構（如超限高層結構）需使用彈塑性分析方法進行罕遇地震作用下結構的損傷和抗倒塌能力驗算。目前，結構彈塑性分析的方法有兩種，分別為靜力彈塑性分析和動力彈塑性分析。靜力彈塑性分析又稱靜力推覆分析或Pushover分析，它是一種簡便易行，能夠在一定程度上反映結構彈塑性性能的方法。動力彈塑性分析是利用結構動力學方程和構件彈塑性恢復力模型，采用逐步積分技術獲得各時刻下結構各質點和構件地震響應的方法。其中靜力彈塑性分析理論得到了較多的完善和發展，雖然較動力彈塑性理論有就較多的缺陷，但它已成為了一種完善的方法。而使用動力彈塑性理論分析具有以下優勢：（1）可以獲得整個地震過程中各時刻結構的地震響應；（2）對結構的簡化假設較少，可以完整、真實、準確地反應結構地震響應。無論是靜力彈塑性理論還是動力彈塑性理論，應用有限元分析更為簡便，得到的結果也更能接近結構受荷時的真實內力分布狀況。

二、ABAQUS分析的優勢

ABAQUS由美國HKS公司研發，它作為一種強大的有限元分析軟件，從簡單的線彈性問題到復雜的幾何非線性問題均獲得了廣泛應用。ABAQUS包含了豐富分單元庫和材料庫，能夠模擬各種材料受力和變形行為。在ABAQUS中，大量的復雜問題可以通過選項塊的不同組合很容易的模擬出來。在大部分模擬中，甚至高度非線性問題，用戶只需提供一些工程數據，像結構的幾何形狀、材料性質、邊界條件及載荷工況。在一個非線性分析中，ABAQUS會自動選擇相應荷載增量和收斂速度，從而能夠更好地控制數值計算結果。由于ABAQUS優秀的分析能力和模擬復雜系統的可靠性，使得ABAQUS在各國工業和研究中被廣泛應用。

在我國，蔣航軍、王偉鳳等人使用ABAQUS對新華日報社超限結構進行了罕遇地震作用下的非線性發展全過程分析，詳細得到了該結構混凝土塑性損傷的發展過程，找出了結構薄弱部位，針對軟件分析的結果，具體給出了結構設計的改進建議，取得了良好的效果。汪大綏、李志山等人對如何在ABAQUS中實現復雜結構的動力彈塑性分析作了詳細的介紹。他們對如何在ABAQUS中為結構各構件選擇有限單元，選擇何種材料模型模擬混凝土彈塑性行為，怎樣簡化ABAQUS建模工作等問題上做了十分有益的探討，并對一棟230米高的復雜SRC框架結構進行了ABAQUS動力彈塑性分析，結果證明，基于結構材料的有限元模型能較精準地反映結構的抗震性能。

ABAQUS軟件在求解非線性問題時具有非常明顯的優勢，可以解決其它軟件不收斂的非線性問題，其它軟件也收斂的非線性問題，ABAQUS軟件的計算收斂速度較快。該軟件進行靜力推覆和動力彈塑性時程分析，對結構的彈塑性有較為準確的模擬，結果能夠反應結構在地震時的性能?；贏BAQUS中低層空間框架結構的數值模型，更加貼合實際工程的情況，在地震荷載下考慮各種隨機性因素影響，進行結構的抗震分析。因此基于ABAQUS空間框架結構的抗震性能分析，充分考慮結構在地震荷載下各種隨機性因素，能較為充分地模擬真實地震對建筑結構造成的影響，具有良好的現實意義。

ABAQUS在采用非線性動力時程分析方法分析結構抗震性能方面有良好的分析能力。本項目利用擬蒙特卡羅模擬考慮結構隨機性的影響，使用ABAQUS軟件對鋼筋混凝土空間框架結構進行彈塑性分析，對空間框架結構施加地震荷載，得出其在不同因素影響下的失效模式，分析結構的抗震性能，對影響因素進行定量化分析。

參考文獻

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[4]汪大綏，李志山，李承銘，等.復雜結構彈塑性時程分析在ABAQUS軟件中的實驗[J].建筑結構.

[5]李江波.高層鋼筋混凝土結構ABAQUS參數化建模方法[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2011.

作者簡介：

郭開發（1996—），男，漢族，河北省石家莊市人，在讀本科；單位：河北大學建筑工程學院土木工程專業，研究方向：靜力觸探試驗。

（作者單位：河北大學）