ABAQUS钢结构

1、钢材常用模型

Property>CreateMaterial>Mechanical>Elastic/Plasticity

2、钢材常用模型

强化准则：各项同性强化（Isotropic Hardening）和随动强化（KinematicHardening）

钢材常用模型

三参数强化模型，可更好的模拟钢构件的滞回性能，适用于用梁单元模拟钢框架结构

Plasticity>Plastic>Combined>Parameters

参考文献：基于能量的不同类型耗能支撑对钢框架抗震性能的影响.建筑结构学报,2016, 37(07): 105-113.

Q345钢取值建议：

C=0.05

γ=ξ/（1-ξ）*C/fy

3、施加往复荷载

往复荷载需采用位移控制加载方式进行施加。定义幅值（Amplitude）>施加位移约束>选择幅值

提示：

幅值中Time表示Step中的分析时长。在静力分析中，如果采用往复荷载，Step中的时长需相应调整

提示：

t时刻幅值=Amp(t)

t时刻位移U(t)=U*Amp(t)

其他变量采用Amp时同理

4、例题

例题1：钢结构梁柱节点

尺寸如图所示，Q345钢，梁截面I400x150x12x8，柱截面I450x250x16x12，腹板和翼缘均为焊接。采用壳单元进行模拟

材料属性：

E=206GPa,γ=0.3,fy=345MPa

加载制度：

Δ=1/400L=3.75mm。每级2周，幅值分别为Δ，2Δ，3 Δ，4 Δ，5 Δ，6Δ

1，几何建模：Create Part>3D/Shell/Extrusion

（1）绘制柱工字截面

（2）拉伸出柱子（3）在柱子翼缘绘制梁工字截面

（4）拉伸出梁

（5）在柱子翼缘绘制加劲肋一字截面

（6）拉伸出加劲肋

（7）建立两个虚面（DatumPlane）沿梁翼缘外侧切分柱子翼缘及加劲肋

2，材料和截面设置

（1）建立钢材本构，屈服强度取345MPa，命名为Q345

（2）建立3个section，采用均质壳截面，材料均为Q345，厚度分别为8、12、16，分别赋予构件相应部位

3，组装及Step设置：只有一个部件，Assembly可选择Mesh on Instance；Step采用StaticGeneral，打开大变形开关，选择stabilization默认参数

（1）为保证分析步分布均匀，设加载至+Δ时的时长为1s，保持此速度，根据加载制度计算相应时间步长。

（2）TimePeriod=104s

（3）初始增量步=最大增量步=0.2s，最小增量步=1E-15s

4，添加柱子两端和梁端加载点的参考点和耦合约束，将荷载施加到相应的参考点上

5，施加边界条件：加载点U3=3.75，幅值按之前定义的Amp-1设置

6，设置场变量和历史变量的输出。其中历史变量取加载点处反力和位移，以便绘制滞回曲线，输出频率取0.2s；场变量输出取默认值，输出频率也取0.2s

提示：

当变量输出间隔小于STEP中定义的最大增量步长时，系统将控制增量步长不超过输出间隔，以便在精确地时间提取相应结果

7，用Structured方式划分网格，全部采用四边形单元，布设种子点，单元大小50mm，采用三维线性完全积分壳单元S4

8，进入visualization模块，查看应力云图，绘制F-U曲线

屈曲模态分析

屈曲模态分析，需调用线性摄动分析（Linear Perturbation）>屈曲分析（Buckle）求解模块，可采用Lanczos法

例题2：十字形柱轴压屈曲分析

1，杆件两端球铰约束，采用C3D8R单元。施加约束时需注意模型不得产生刚体位移，亦不可过度约束而无法在屈曲荷载作用下产生变形

2，求取屈曲模态。施加约束时需注意模型不得产生刚体位移，亦不可过度约束而无法在屈曲荷载作用下产生变形

备注：

由于模型存在两条对称轴，因此存在两组特征值相同而方向不同的模态

提示：

可在.dat文件中查看特征值

各阶屈曲荷载=施加的屈曲荷载*各阶特征值

3，进行后屈曲分析，需引入初始几何缺陷，一般取前几阶模态的线性组合

在*endstep前插入以下命令：

*nodefile, global=yes, nset=###U要求输出节点选择集的节点位移至.fil文件

在*step前插入以下命令：

*imperfection,file=###,nset=###,step=n

用以读取.fil文件中的节点位移，其中最大变形为变形系数，本例中只取1阶模态，跨中最大挠曲为10mm（1/500L）

4，结论：无初始缺陷情况下，最大荷载Fmax=fyA，由局部屈服引发失稳。引入初始缺陷后，屈曲荷载为无初始缺陷的58%，且为突然失稳

备注：若在求解器中选择小变形，则为全截面受压屈服，无屈曲，不存在下降段

例题3：摩擦型螺栓连接节点分析

1，几何尺寸及材料性质

2，建立模型，合理划分网格。采用C3D8单元建模，控制所有部件均采用structured划分方法

3，设定接触行为：定义库伦摩擦及摩擦系数；定义接触对：ABAQUS自动搜寻并定义主从面

4，施加螺栓预紧力：Create Load>Bolt load

5，结果分析

1，尚未开始滑动

2，板相对滑动，螺栓尚未接触孔壁

3，螺栓开始接触孔壁，尚未开始承压

4，螺栓开始承压

5，承压面屈服

例题4：屈曲约束支撑（BRB）

本算例将综合运用材料弹塑性、屈曲模态分析、初始缺陷、后屈曲分析、接触分析

屈曲约束支撑（BRB），是在传统钢支撑的基础上，外围安装套筒，约束细长杆件的低阶屈曲模态，使得支撑受压时不发生整体压杆稳定问题，全截面承载力得以发挥

本算例中，芯板材料、构造同算例2，初始缺陷取5mm（1/1000L）；套筒尺寸240x240，套筒与芯板之间留有1mm的间隙。整个支撑长为5m，套筒长为4.8m，为混凝土（弹性）。套筒与芯板之间光滑无摩擦。

1，分析思路

• 可能绕两个轴发生变形，无法简化为平面问题

• 三维建模，采用C3D8R单元

• 控制网格划分，使得接触面上单元尺寸相等，做到节点一一对应

• 两端球铰连接

• 为避免模态分析中套筒发生刚体位移，将套筒的三个角点用Cartesian弹簧与大地连接，弹簧刚度很低

• 将芯板所有节点归入选择集nset

• 暂时不考虑芯板与套筒的接触

• 施加屈曲荷载，求取屈曲模态

• 因芯板与套筒此时无相互作用，且套筒不受屈曲荷载作用，求得模态仅为芯板的变形

•接触对设置方法同算例3，由于取5mm初始缺陷，需设定5mm的tolerance，使得节点落入主面背后仍能建立接触

•初始缺陷设置方法同算例2，注意要声明节点选择集nset。考虑到缝隙为1mm，取一阶屈曲模态，变形系数=1

•在solutioncontrol中勾选“Discontinuous Analysis”，以便在过多的严重不连续迭代出现时无法收敛

2，分析结果

备注：

无约束芯板发生整体失稳后，荷载陡然下降；有约束的芯板（BRB）低阶屈曲模态被约束，整体变形向高阶模态发展，荷载持续稳定，构件内大部分材料发生屈服，具有良好的耗能性质。

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