三维框架地震响应分析

三维框架地震响应分析

一问题的描述

计算模型的三维图如图所示所示，该楼房为八层，第一层层高6.0m，最顶层高3.8m，其余楼层高3m。x方向的柱间距为6m，y方向的柱间距为4.5m。混凝土断梁面尺寸为0.45*0.45m，底板厚为0.12m,未考虑钢筋作用。在模型底部施加位移约束条件。对框架的底部施加地震加速度曲线，加速度曲线取Abaqus中Abaqus Example Problems Manual——2.1.15Seismic analysis of a concrete gravity dam中的数据。地震作用持续时间为10s。

二建模

1.建立部件

主菜单选择Part——〉Creat..,进入Creat Part对话框，如图所示，草图模块。选择图标，画出尺寸为9*30的矩形板，点击Done退出草图模块。

在同一Part模块中继续建模，在平板上有混凝土梁的位置建立一系列基准点，以此来作出

混凝土梁，通过点的偏置选项来建立基准点，如图所示。接着建立平行于平板的基准面，选择，通过面的偏置来建立基准面，图3所示。采用图标，将平板上的基准

点投影到所建立的基准面上。随后，选择图标将这些点相应的连接起来，如图右所示。

2.进入Assembly模块

通过阵列装配形成完整的框架体系。进入Assembly模块，选择Create instance图标，

将名为PLATE的PART建立instance，选择Linear Pattern图标，出现下图所示的对话框，选择任意一根混凝土梁为阵列方向，首先形成层高都相同的中间6层，每层高3m，因此offset 数值为3。

形成中间六层的框架结构如上图所示。

对于最顶层和最底层楼层，由于层高不同，所以需要在原来Part的基础上将梁的高度作修改。回到Part模块，在主菜单中，将原来的part做一个Copy（Part—）Copy），下图所示对话框。形成新的part-2,由于Abaqus是以特征参数形式建模的，所以只需要将Part-2

特征中的基准面的偏置参数改成6，就形成相应的底层的楼面，下图所示。同理可以形成顶层的层高为3.8m的框架结构。进入Assembly模块，将part-2,part-3也组装到其中，通过平移，形成完整的八层楼框架结构。

在主菜单中，点击Instance—〉Merge/Cut选项，将所有parts Merge成一个。

三、材料属性

混凝土的材料力学行为采用混凝土损伤塑性本构模型进行模拟。为了避免结构中没有没有配钢筋而产生不合理的网格依赖性计算结果，混凝土拉伸的后继破坏行为通过定义应力_位移关系曲线来定义断裂能开裂准则。这种定义方式采用命令*CONCRETE TENSION STIFFENING,TYPE=DISPLACEMENT完成。

首先建立混凝土楼层的材料属性，进入Property模块，点击Create Material图标，在Edit Material对话框中，将马material命名为PLATE，Mechanical——〉Elasticity——〉Elastic，输入杨氏模量和泊松比分别为31027e6和0.15。进入General——〉Density,输入密度为2643。接着定义混凝土本构属性。Mechanical——〉Plasticity——〉Concrete Damaged Plasticity,分别填入如下材料参数。

同理，建立梁的材料参数，创建另一个材料参数命名为Beam。输入材料属性。

随后，点击左边工具箱中的Create Section按钮，按图示作选择，点击Continue,出现Edit

Section对话框，在菜单中选择PLATE作为材料，shell thickness输入0.12。

同上，命名为Section-beam，选中Beam——〉beam，点击continue,出现下图所示对话框，在Profile name旁边点击Create，建立矩形横截面，输入截面尺寸为0.45*0.45，并且从

菜单中选择BEAM作为材料，点击OK。接着点击左边的图标，赋予梁法线方向。

最后将以上材料和截面属性以此分配到相应的部件上。

四，建立分析步

1.进入Step模块，点击工具箱栏的Create Step按钮，进入Create Step对话框。

2.如图所示建立一个Dynamic,Implicit的分析步，命名其为Step-1，点击Continue，

在Edit Step对话框中，输入10作为Time period。进入其中的Increment选项，，

输入0.02所为Initial Increment Size的值，其它设置如图所示。

3.集合定义和输出控制

1.定义一个点集为控制输出点，在主菜单中，点击Tool—〉Set—〉Create,在模型中选择顶层上的某一个端点作为控制输出点（该点坐标为-15，-4.5，3.8）。

并且在Step模块的主菜单下，Output—〉Histroy Output Requests—〉Create 出现Create Histroy对话框，点击Continue,出现下图所示对话框，在Domain

选项中选择set—set-1，并且在输出变量选择中，选择位移输出变量。

2.将底层的点定义为一个set，命名为Base,为后面施加边界条件提供方便。

五、定义边界条件和载荷

1.进入Load模块，从主菜单选择，BC—〉Manager，点击Create，命名为BC-1，选择分析步Step-1,在Types for Selected Step中选择Displacement/Rotation，再点击Continue，选择界面底部右边的图标（如图所示），选择base set。将其U2方向的位移设为0。

2.施加地震加速度载荷。从主菜单中选择，BC—〉Manager，点击Create，命名为BC-2，选择分析步Step-1，在Types for Selected Step中选择Accelearation/Angular acceleration，再点击Continue,同样选择base set，将x方向加速度A1设为9.81如下图所示。同理施加z方向的加速度载荷，命名为BC-3，将z方向加速度A3设为9.81。

其次由于地震加速度曲线数据非常多，可以通过一个输入文件，来输入其曲线数据。现形成x，z方向的两个加速度曲线数据的.inp文件，本例中直接调用Help中的Abaqus Example Problems Manual,2.1.15中的地震幅值数据，分别命名为A1.inp，A2.inp放在工作目录中。

在主菜单中Model—〉Edit Keywords—〉Model-1,通过添加下图红线所示语句，将地震

加速度幅值添加到程序中。

六、划分网格

1.进入Mesh模块，在左边的工具箱中选择seed part，给结构设置单元尺寸为1

2.从主菜单中选择，Mesh—〉Instance,用鼠标选择整个结构，点击Done。

七、递交任务进行计算

递交作业，进行计算。最后打开.odb文件察看结果。

1.察看应力云图，在左边工具箱，点击，察看应力云图。

2.

2，察看位移云图，在主菜单中选择Results—〉Field Output，在弹出的对话框的Output Variable栏内，选择U，点击Apply按钮，视图区显示位移云图。

3.察看控制输出点set-1的位移历程曲线，主菜单中选择Results—〉History Output

在弹出的对话框的Output Variable栏内，同时选择，U1,U3in SET-1,如下图所示。得出下面的位移历程曲线。