基于ABAQUS考虑箍筋约束梁内钢筋简化方法
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C a1 , a2 ,t
' 3 ' 3 ' ' Ba a t H' H ' H ' Ba a t H' H' H ' ' H ' H 2 Ba 2 2t 1 Ba 1 2t 2 1 12 4 2 12 4 2 2 2 6 4 2 2 6 4 3 2 3 2
[3]， [2]
到纵筋与箍筋构成相互交错的垂直网片；两侧面从 理想化来看，简化为楔形更符合其受力特点，但是 对于 ABAQUS 来说， 楔形体的网格划分很容易出现畸 变，使结果不能令人满意，因此，通过多方面的分 析，拟采用侧边中线的上下各 1/3 处箍筋的约束作 用不考虑来简化模型，剩下的各 2/3 部分采用矩形 钢板代替。 2. 模型参数确定 在图 2 中，先做如下假定： （1） 简化钢筋的宽度与高度为原始箍筋的外包 宽度和高度，这样能满足构件的保护层厚度。 （2）简化模型上下部钢筋分开求，即先求上下 钢筋层的简化尺寸， 再以此求侧面钢筋的简化尺寸， 这样主要是为了保证纵筋的精确模拟。 （3） 整体钢筋简化后的惯性矩与原始钢筋的惯 性矩相等，这是为了保证构件的受弯特性精确。 通过上面的假定， 现在就能够利用 MATLAB 进行 编程迭代优化求解出各个简化截面尺寸，其主要公 式如下式（1）所示。
约束作用，而是通过材料的本构方程来考虑箍筋对 混凝土的约束作用。而就目前而言，从材料本构关 系角度考虑箍筋的约束作用的方法还很不完善，清 华大学开发的 PQ-Fiber 单轴受力本构关系可以很 好地模拟钢筋混凝土构件的材料特性 ，但是，那 只是单轴本构，并不能应用到目前较为广泛应用的 损伤本构关系中。 把构件近似为 beam 单元能够提高运算速度， 但 是其在建模初期中过程非常繁杂，并不适用于大规 模的应用，因此，就目前来看，寻求一种能够简化 模型且精度相对较高的方法是解决建模速度与提高 运算效率的关键之举。 对于大型结构分析，我们一般不是非常关心其 细节部分，而只是对整体做出评价，因此，对于这 样的结构，运用纤维模型足够，其精度与材料本构 关系的选取和相互作用的合理程度相关很大；而对 于规模稍小的结构，当我们既关心整体响应又关心 细部受力时，不可避免的就要应用到实体模型，因 为实体模型毕竟更加接近于结构本身，在这样的情 况下，如何简化箍筋及钢筋无疑使提高运算效率的 捷径。 一、 分析模型介绍 1. 分析模型提出 在钢筋混凝土构件中，箍筋对构件的约束作用 非常明显，能使钢筋混凝土构件的延性增加
programming, and using the finite element software ABAQUS simulation verification, show that the method proposed can meet the requirements of engineering, and reduces the quantity and complexity to a great extent.
[Abstract] When researchers set up entity model with ABAQUS， a huge number of stirrups and time consuming analysis would be suffered from. So, the most important thing in present is to find a method to reduce the quantity of embedded stirrups and satisfy with project requirements. In this paper the iterative optimization by MATLAB
3Fra Baidu bibliotek
引言 作为现有的国际知名有限元软件之一，ABAQUS 不仅可以分析各种复杂线性和非线性固体力学问 题，而且还以其优异的分析能力和二次开发能力使 得其在土木工程中得到大量成功应用 ，但是，随 着人们对软件分析能力的要求越来越高，快捷化与 高效化的方法与手段是现在每个软件都会面临与亟 待解决的问题。 在 ABAQUS 对结构进行分析时， 尤其是在对钢筋 混凝土结构的分析中，由于牵扯到了梁、柱，因此， 不可避免的牵扯到箍筋。箍筋作为钢筋混凝土结构 的组成部分， 在结构里面对构件的性能影响非常大。 在梁构件中可以提高构件的抗剪能力，延缓构件的 开裂时间并有效控制构件的损伤指标；在柱构件中 可以很大程度的提高柱的抗压能力，增大结构的变 形稳定性等等，因此，在有限元软件中，相对精确 地描述箍筋的特性是保证整个构件乃至结构受力合 理的关键。 目前在 ABAQUS 中描述箍筋特性的方法有以下 两种。1）针对于实体模型，利用 Truss 实体进行箍 筋的模拟。这种方法建模时间较长，当工程量非常 庞大时，利是不可实施的。因为当模型规模较大时， 不仅建模量大，而且对硬件设施的要求也非常高， 最重要一点是大型模型的实体分析所用的时间非常 长，是研究与设计人员所不可接受的。2）针对纤维 模型， 利用 beam 单元进行建模， 这是一种简化方法， 把梁、柱简化成许多纤维杆，以此来近似模拟梁、 柱的受力特点，这种方法不会在模型上考虑箍筋的
城市建筑┃建筑设计┃URBANISM AND ARCHITECTURE┃ARCHITECTURAL DESIGN
基于 ABAQUS 考虑箍筋约束梁内钢筋简化方法研究
Consider the Tsteel Stirrups Constraints Beam Simplified Method Research Based on ABAQUS
[Keywords] ABAQUS, MATLAB, stirrups constraints, optimized iteration
' ' 4 4 m d d2 H' a n d d 2 H ' a B' H ' B 2t H a1 a2 i1 2 2 2 j1 1 1 1 4 2 2 4 2 2 12 12 64 64
■ 王超群 余 青 剡理祯 ■ Wang Chaoqun Yu Qing Shan Lizhen
[摘 要] ABAQUS 建立实体模型时，箍筋的数量非常大，运算 量也非常大，因此，寻求一种既能避免大量箍筋的加入， 又能使结果 满足工 程需求 的方法至 关重要 。本文 通过 MATLAB 编程进行优化迭代， 并用有限元软件 ABAQUS 模拟对 比验证，表明采用本文建议的方法能够满足工程需求，并 在很大程度上缩小了工程量与运算量。 [关键字] ABAQUS MATLAB 箍筋约束 优化迭代
' 3 ' 3 ' ' Ba a t H' H ' H ' Ba a t H' H' H ' ' H ' H 2 Ba 2 2t 1 Ba 1 2t 2 1 12 4 2 12 4 2 2 2 6 4 2 2 6 4 3 2 3 2
[3]， [2]
到纵筋与箍筋构成相互交错的垂直网片；两侧面从 理想化来看，简化为楔形更符合其受力特点，但是 对于 ABAQUS 来说， 楔形体的网格划分很容易出现畸 变，使结果不能令人满意，因此，通过多方面的分 析，拟采用侧边中线的上下各 1/3 处箍筋的约束作 用不考虑来简化模型，剩下的各 2/3 部分采用矩形 钢板代替。 2. 模型参数确定 在图 2 中，先做如下假定： （1） 简化钢筋的宽度与高度为原始箍筋的外包 宽度和高度，这样能满足构件的保护层厚度。 （2）简化模型上下部钢筋分开求，即先求上下 钢筋层的简化尺寸， 再以此求侧面钢筋的简化尺寸， 这样主要是为了保证纵筋的精确模拟。 （3） 整体钢筋简化后的惯性矩与原始钢筋的惯 性矩相等，这是为了保证构件的受弯特性精确。 通过上面的假定， 现在就能够利用 MATLAB 进行 编程迭代优化求解出各个简化截面尺寸，其主要公 式如下式（1）所示。
约束作用，而是通过材料的本构方程来考虑箍筋对 混凝土的约束作用。而就目前而言，从材料本构关 系角度考虑箍筋的约束作用的方法还很不完善，清 华大学开发的 PQ-Fiber 单轴受力本构关系可以很 好地模拟钢筋混凝土构件的材料特性 ，但是，那 只是单轴本构，并不能应用到目前较为广泛应用的 损伤本构关系中。 把构件近似为 beam 单元能够提高运算速度， 但 是其在建模初期中过程非常繁杂，并不适用于大规 模的应用，因此，就目前来看，寻求一种能够简化 模型且精度相对较高的方法是解决建模速度与提高 运算效率的关键之举。 对于大型结构分析，我们一般不是非常关心其 细节部分，而只是对整体做出评价，因此，对于这 样的结构，运用纤维模型足够，其精度与材料本构 关系的选取和相互作用的合理程度相关很大；而对 于规模稍小的结构，当我们既关心整体响应又关心 细部受力时，不可避免的就要应用到实体模型，因 为实体模型毕竟更加接近于结构本身，在这样的情 况下，如何简化箍筋及钢筋无疑使提高运算效率的 捷径。 一、 分析模型介绍 1. 分析模型提出 在钢筋混凝土构件中，箍筋对构件的约束作用 非常明显，能使钢筋混凝土构件的延性增加
programming, and using the finite element software ABAQUS simulation verification, show that the method proposed can meet the requirements of engineering, and reduces the quantity and complexity to a great extent.
[Abstract] When researchers set up entity model with ABAQUS， a huge number of stirrups and time consuming analysis would be suffered from. So, the most important thing in present is to find a method to reduce the quantity of embedded stirrups and satisfy with project requirements. In this paper the iterative optimization by MATLAB
3Fra Baidu bibliotek
引言 作为现有的国际知名有限元软件之一，ABAQUS 不仅可以分析各种复杂线性和非线性固体力学问 题，而且还以其优异的分析能力和二次开发能力使 得其在土木工程中得到大量成功应用 ，但是，随 着人们对软件分析能力的要求越来越高，快捷化与 高效化的方法与手段是现在每个软件都会面临与亟 待解决的问题。 在 ABAQUS 对结构进行分析时， 尤其是在对钢筋 混凝土结构的分析中，由于牵扯到了梁、柱，因此， 不可避免的牵扯到箍筋。箍筋作为钢筋混凝土结构 的组成部分， 在结构里面对构件的性能影响非常大。 在梁构件中可以提高构件的抗剪能力，延缓构件的 开裂时间并有效控制构件的损伤指标；在柱构件中 可以很大程度的提高柱的抗压能力，增大结构的变 形稳定性等等，因此，在有限元软件中，相对精确 地描述箍筋的特性是保证整个构件乃至结构受力合 理的关键。 目前在 ABAQUS 中描述箍筋特性的方法有以下 两种。1）针对于实体模型，利用 Truss 实体进行箍 筋的模拟。这种方法建模时间较长，当工程量非常 庞大时，利是不可实施的。因为当模型规模较大时， 不仅建模量大，而且对硬件设施的要求也非常高， 最重要一点是大型模型的实体分析所用的时间非常 长，是研究与设计人员所不可接受的。2）针对纤维 模型， 利用 beam 单元进行建模， 这是一种简化方法， 把梁、柱简化成许多纤维杆，以此来近似模拟梁、 柱的受力特点，这种方法不会在模型上考虑箍筋的
城市建筑┃建筑设计┃URBANISM AND ARCHITECTURE┃ARCHITECTURAL DESIGN
基于 ABAQUS 考虑箍筋约束梁内钢筋简化方法研究
Consider the Tsteel Stirrups Constraints Beam Simplified Method Research Based on ABAQUS
[Keywords] ABAQUS, MATLAB, stirrups constraints, optimized iteration
' ' 4 4 m d d2 H' a n d d 2 H ' a B' H ' B 2t H a1 a2 i1 2 2 2 j1 1 1 1 4 2 2 4 2 2 12 12 64 64
■ 王超群 余 青 剡理祯 ■ Wang Chaoqun Yu Qing Shan Lizhen
[摘 要] ABAQUS 建立实体模型时，箍筋的数量非常大，运算 量也非常大，因此，寻求一种既能避免大量箍筋的加入， 又能使结果 满足工 程需求 的方法至 关重要 。本文 通过 MATLAB 编程进行优化迭代， 并用有限元软件 ABAQUS 模拟对 比验证，表明采用本文建议的方法能够满足工程需求，并 在很大程度上缩小了工程量与运算量。 [关键字] ABAQUS MATLAB 箍筋约束 优化迭代