ABAQUS钢框架结构抗震仿真分析

一、引言

时程分析法是对结构动力方程直接进行逐步积分求解的一种动力分析方法。时程分析法将地震波按时段进行数值化后，输入结构体系的振动微分方程，采用直接积分法计算出结构在整个强震时域中的振动状态全过程，给出各个时刻各个杆件的内力和变形。现已成为多数国家抗震设计规范或规程的分析方法之一。

二、有限元软件ABAQUS简介

ABAQUS是美国ABAQUS公司（原名HKS公司．即Hibbitt，Karlsson＆Sorensen,INC．2005年被法国达索公司收购，2007年公司更名为SIMULIA）。ABAQUS已成为国际上最先进的大型通用有限元力学分析软件之一。ABAQUS是一套功能强大的进行工程模拟的有限元软件。其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。ABAQUS拥有CAE工业领域最为广泛的材料模型，它可以模拟绝大部分工程材料的线形和非线形行为，可以进行结构的静态和动态分析，如应力、变形、振动、热传导以及对流等。也可以模拟广泛的材料性能，如金属、橡胶、塑料、弹性泡沫等，而且任何一种材料都可以和任何一种单元或复合材料的层一起用于任何合适的分析类型。

三、模型建立与求解

1、Part

Create Part：Name：Ban，3D，Deformable， Shell ，Planar，输入坐标创建一个18X9m 的壳部件，作为混凝土楼板部件；

Create Part：Name：Zhu，3D，Deformable， Wire ，Planar，输入坐标创建一个长3m 线部件，作为柱部件；

Create Part：Name：Liang，3D，Deformable， Wire ，Planar，输入坐标创建一个长6X3m，宽4.5X2m的线网部件，作为梁网部件；

2、 Section

Create Material：Name：steel，General，Density 7800；Mechanical，Elasticity，Young’s Modulus 2.1e11，Poisson’ Ratio 0.3；

Create Material：Name：concrete，General，Density 2500；Mechanical，Elasticity，Young’s Modulus 3e10，Poisson’ Ratio 0.3。

Create Profile：分别创建梁剖面Liang Profile和柱剖面Zhu Pro，厚0.1m和0.6X0.6m，厚0.1m。

Create Section：板截面：Name：Ban Section，Shell，Homogeneous，Shell Thickness Value：0.1，Material：concrete；梁截面：Name：Liang Section，Pro：Liang Pro name：steel；柱截面：Name：Zhu Section，Pro：Zhu Pro name：steel。

Assign Section：分别把创建好的板、梁和柱截面指派到板、梁、柱部件上，梁和柱截面指派时同时指派部件方向。

3、Assembly

Create Instance：选择板、梁、柱部件，用Dependent方式生成实体；将柱子旋转，使其与板和梁平面垂直；阵列柱子4X3=12根，将12根柱子分别移到梁网交点处，完成一层框架的构造；将构造好的一层框架阵列成3X2=6个框架层（阵列时，注意各个框架层间的距离应该稍大，这样利于平移框架），平移各层框架层，完成6层框架模型的构造。

4、Step

Create Step：Step-1，General，Static General，重力分析，结果作为时程分析数据；Step-2，General，Dynamic Implicit，Time period：10。

5、Interaction

Create constraint：Tie，选择板、梁、柱接触点、面，绑定。

6、Load

Create Boundary Condition：Name：BC-1，Step：Step-2，Mechanical，Displacement/Rotation，选择柱低端，约束住柱低端除X方向外的5个自由度；

Create Boundary Condition：Name：BC-2，Step：Step-2，Mechanical，Acceleration/Angular acceleration,选择柱低端，确定；勾选A1:1（加速度单位m/s²），在Amplitude中创建一个Name:ac,Type:Tabular,Time span:Toal time,复制EICentro数据到Amplitude Data，OK，Amplitude右框下拉选择刚才建好的ac加速度，OK。

7、Mesh

Seed Part Instance；Assign Mesh Controls：Quard，Free，Advancing front；Assign Element Type：Standard，Linear，Reduced Integration，壳单元S4R；Mesh Part；最后Verify Mesh检查网格是否错误。

8、Job

Create Job；Write Input（输出inp文件）,Submit；打开Monitor观察是否有错误、警报；点击Result进入可视化窗口Visualization。

9、Visualization

Result，Step/Frame分析步/帧，查看各时程变形情况；Tools，XY Data，Create,ODB field output，plot顶层楼板位移时程曲线，各层楼板加速度时程曲线，各层楼板位移曲线。

10、数据后处理

在Visualization，XY Data Manager中点击Edit，输出各层楼板位移数据到Excel中，利用Excel：相邻两层的位移作差后得到层间相对位移，画出以Time为横轴、层间相对位移为纵轴画出各层层间位移时程曲线；然后层间相对位移除以层高得到层间位移角，画出以Time 为横轴、层间位移角为纵轴画出各层层间位移角时程曲线。

四、结果展示

钢框架内力云图1