ABAQUS的二次开发在钢筋混凝土墙柱抗震分析中的应用

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钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)结构的抗震分析一直是研究的热点问题。纤维梁单元以及多垂杆单元,由于兼顾了不错的计算效率及计算精度,在RC墙柱构件的抗震分析中得到广泛应用。ABAQUS非线性分析功能及前后处理能力强大,但无内置多垂杆单元,其内置的混凝土材料在进行混凝土结构抗震分析中也存在一定不足。本文结合试验与数值分析的方法探究ABAQUS的二次开发技术在RC墙柱构件抗震分析中的应用,主要工作如下:(1)基于ABAQUS进行二次开发:一方面,基于FORTRAN语言利用用户材料子程序UMAT接口开发混凝土和钢筋本构模型,以增强纤维梁单元在结构分析中的实用性;另一方面,基于PYTHON语言利用ABAQUS脚本接口创建在ABAQUS里快速建立多种形式MVLEM模型(ABA-MVLEM)的程序,以拓展其更多的工程应用场景。(2)对RC柱进行低周反复试验,研究其滞回曲线、骨架曲线、延性、强度和刚度退化、耗能能力等抗震性能。并基于二次开发的材料模型,利用ABAQUS纤维梁单元进行模拟分析,验证了材料模型的可靠性。进一步基于ABA-MVLEM的建模程序,为柱试件建立合适的模型进行分析,验证了ABA-MVLEM模型在RC柱中的应用可行性。(3)基于本课题组前期对冷挤压套筒连接的预制构件的试验数据,为试件建立合适的ABA-MVLEM整体模型进行分析。通过试验数据与模拟数据的对比,验证了ABAMVLEM模型在预制构件中的应用可行性。进一步,探讨了轴压比、后浇区混凝土强度、端柱宽度、端柱与腹板竖向配筋率之比和施工缝弹簧单元刚度对预制墙的影响,并探讨了轴压比、后浇区混凝土强度和纵筋配筋率对预制柱的影响。分析表明:提高轴压比或后浇区混凝土强度,能提高预制构件的承载力;增大端柱宽度或端柱与腹板竖向配筋率之比,能提高预制墙的承载力;随着施工缝的剪切弹簧单元刚度的降低,预制墙模型的初始刚度减小,应保证施工缝之间的连接;增大纵筋配筋率,能提高预制柱的承载力。(4)基于本文的模型,对已有框架结构和框剪结构的试验进行有限元分析。通过试验数据与模拟数据的对比,验证了本文的模型在整体结构的应用可行性。(5)基于ABAQUS的二次开发技术,利用用户单元子程序UEL接口自定义原点指向的三线型模型弹簧单元和刚度退化的双线型模型弹簧单元,并将其应用于ABAMVLEM模型中,可实现对弹簧单元的位移和变形情况的细致非线性分析。
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