ABAQUS结构瞬态冲击动力学实战案例及分析专题

“三水准抗震设防，两阶段抗震设计”是我国现阶段的基本抗震设计思想。对建筑结构进行罕遇地震作用下的弹塑性阶段变形验算即与“大震不倒”的第三水准设防目标相对应。相比于弹性分析，弹塑性分析经常让工程师摸不着头脑。其实不然，掌握了几个概念后，弹塑性分析也就没那么复杂了。

弹性与弹塑性

弹塑性分析与弹性分析的区别主要在三个方面：计算模型、材料本构、计算方式。

弹塑性计算模型

弹塑性分析计算模型采用钢筋（型钢）+混凝土的组合模型，考虑钢筋与混凝土材料的共同作用对结构性能的影响。材料本构关系为非线性本构，不仅考虑材料的弹性模量，还考虑材料的屈服、强化、损伤、破坏等特性。弹塑性动力时程分析采用显示或隐式积分方式计算。

弹塑性分析模型

单元损伤模型

地震加载条件

弹塑性动力时程分析采用地震波加载，一般超限审查中采用双向或三向地震波加载，主方向地震波峰值一般根据《高规》设定，主方向为水平方向的工况三个方向地震动比值一般为1:0.85:0.65（一般以X或Y向为主方向，特殊情况下还需增加斜交方向工况）。对于特殊结构还需进行竖向地震为主工况分析，三向比例一般为0.4:0.4:1。

SAUSAGE软件中地震参数设置

弹塑性分析软件

目前常用的弹塑性分析软件主要有：ABAQUS、Perform-3D、SAUSAGE、ETABS、Midas、EPDA、GSNAP等。各种软件分析模型及分析方法均有所差别，如下表：

分析结果评价

弹塑性分析结果主要包括：结构整体性能和构件性能两部分。结构整体性能包括结构弹塑性耗能机制、层间位移角、顶点位移时程、结构层剪力、基底剪力时程等。结构最大层间位移角一般需满足《抗规》规定，结构弹塑性基底剪力一般为小震计算结果的3~6倍。

表弹塑性层间位移角限制

构件性能

构件性能主要包括：结构各种构件混凝土损伤情况、钢筋和钢材塑性应变情况以及特殊构件变形情况等。以此判断结构是否满足结构性能设计要求。构件的损坏主要以混凝土的受压、受拉损伤因子及钢材（钢筋）的塑性应变程度作为评定标准，并与《高规》中构件的损坏程度对应。

结构损伤（SAUSAGE案例）

损伤性能级别

结语：总的来说，在理论上，弹塑性分析复杂程度远远大于弹性分析。但随着软件技术的进步以及实践经验的积累，弹塑性分析的应用技术壁垒已经大大缩小，使用也更加便捷快速，结构工程师在一定的理论基础上，选用合适的分析软件，弹塑性分析也没有那么复杂！

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