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简阳文体中心弹塑性动力时程分析

陈晓明

中国建筑科学研究院

摘要:采用弹塑性动力时程方法验证建筑结构在大震作用下的变形，是保证结构满足大震不

倒的基本方法。本文系统地介绍了采用ABAQUS对简阳文体中心综合体结构在大震作用下

的弹塑性动力时程分析，包括材料本构关系的定义，约束的选择与定义，地震波的选择，

计算步骤的设置，以及主要计算结果的整理与解读。为工程师基于ABAQUS进行建筑结构

的非线性动力时程分析提供了系统完整的解决思路。

关键词:动力弹塑性，材料本构，抗震性能，ABAQUS

1.简介

在结构配筋设计中通常采用反应谱方法计算地震作用，但对于不规则结构、甲类建

筑、《高层建筑混凝土结构技术规程》[1]中表4.3.4中列出的结构，以及复杂高层建筑，还

需要采用时程分析法进行多遇地震作用下的补充计算，且当结构高度超过150m以上时还须

采用时程方法做弹塑性变形验算。

多遇地震下的时程分析为弹性时程分析，主要用于校核反应谱方法的地震作用，当取

三组时程曲线进行计算时，规范规定结构地震作用效应宜取时程法计算结果的包络值与振

型分解反应谱法计算结果的较大值[2]，这在软件中主要体现在楼层剪力的比较上。

为了实现“大震不倒”的性能目标，需要验算结构在罕遇地震作用下的变形，此时通

常采用弹塑性动力时程分析方法，虽然位移角包络结果是规范衡量这一目标的主要标准，

但在实际计算过程中，有关力及破坏的统计也是分析的重要目标。

由于ABAQUS具有强大的非线性计算能力，显式求解器卓越的计算效率，以及隐式求

解器与显式求解器的重启动技术等，使其在结构的大震分析中被广泛应用。但与专业设计

软件不同，在这个过程中仍需要由工程师解决大量的具体问题，其中比较复杂的问题包

括：材料本构、网格剖分、加载过程、约束施加以及数据提取与整理等。

本文采用ABAQUS分析该结构大震作用下的动力时程，并针对分析模型中的混凝土本

构，结构相关的约束，计算过程的设置，以及计算结果的整理等进行了阐述

2.工程介绍

该项目总建筑面积283783平米，x向总长度超过300m。项目由图书馆、博物馆、大剧

院以及体育馆、游泳馆等功能区组成，因此结构形式与荷载分布复杂，为了实现大空间的

功能，采用了大量的桁架和网架结构，模型如图1所示。

2019SIMULIA中国区用户大会1

图1计算模型

3.材料本构

模型中包括混凝土及钢材两种材料，计算中对混凝土采用塑性损伤模型，对钢材采用

随动强化的两折线弹塑性模型。

框架中混凝土采用《混凝土结构设计规范》[3]定义的塑性损伤模型，其中受拉骨架曲

线为：

=1-dE(1)

tc

5

1[1.20.2x]x1

t

d=(2)

t1tx1

1.7

(x1)x

t

受压骨架曲线为：

=1-dE