基于结构工程软件的精细化分析策略研究

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为更加准确地表现结构的抗震性能,需对体系复杂的高层、超高层结构进行罕遇地震下的弹塑性时程分析。而采用纤维模型和分层壳模型的通用有限元软件ABAQUS相比采用集中塑性铰模型和墙体宏模型的传统结构工程软件,能够得到更为准确的分析结果,已成为结构动力弹塑性分析的主要工具之一。但目前,基于ABAQUS平台的前处理建模十分繁琐,且庞大的结果数据后处理需要耗费较多的时间和精力,这也制约了它在工程实际分析中的应用。为提高ABAQUS前处理建模效率,本文结合结构设计软件MIDAS/Building的快速建模优势,针对它导出的有限元模型中丢失和冗余的信息给出相应的解决方案,开发了前处理转换程序,实现了MIDAS/Building与ABAQUS间的模型转换,从而简化了ABAQUS的前处理建模过程。此外,对于直接转换过程中产生的畸变单元,本文利用专业网格划分软件HyperMesh对有限元模型进行了网格再划分和优化,改善了模型的网格质量,提高了计算精度。在模型前处理过程中,除了单元网格尺寸与质量对弹塑性分析结果有较大影响外,结构配筋信息也是结构动力弹塑性分析不可或缺的参数。尽管现有转换程序中已提供了梁、柱、墙构件的精确配筋信息,但对楼板仍采用经验配筋率的统一化配筋方法,与实际情况存在一定的差异。对此,本文在MIDAS TO ABAQUS模型转换程序的基础上,开发了楼板精确配筋模块,通过读取或计算各功能区板单元的内力信息,实现了更为精确的楼板配筋。并通过对比分析,验证了该模块的有效性。针对实际工程中常采用的预应力楼板,为进一步改进模型转换策略,本文开发了预应力楼板配筋模块,实现了预应力楼板的快速建模方法。在弹塑性分析的后处理阶段,通常需要依托大量的分析结果数据进行结构抗震性能评价,针对分析结果的快速、有效处理能力,本文借助ABAQUS的脚本语言Python对软件进行后处理二次开发,定制了ABAQUS GUI界面,编写脚本程序来提取层间位移角和结构损伤指标等参数,从而达到后处理的自动化,节省工程人员在后处理分析时所花费的时间和精力,提高了后处理的效率、保证了分析结果的精度。最后,基于本文转换方案对一实际工程进行了弹塑性分析,根据后处理插件提取层间位移角和损伤指标对结构做出抗震性能评价,以验证转换方案、插件程序用于复杂高层钢筋混凝土结构动力弹塑性分析的可行性和高效性。
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