佳构STRAT及YJK大震弹塑性时程算例对比

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1、佳构STRAT与YJK大震弹塑性时程算例对比上海佳构软件科技有限公司(2015/12)一、钢悬臂柱1、模型概况为验证佳构STRAT软件的性能，以实际工程为背景，构造单自由度悬臂柱模型。柱高4.7m，方框截面0.350.40.012m。钢材Q345，屈服强度fyk=345MPa。柱端分别作用竖向轴压力Nz=300kN、600kN、900kN。依据工程背景，采用图1-1所示地震波。XY双向地震，X为主方向(对应截面0.35宽度方向)，Y为次方向(峰值0.85折减)。两方向采用同一波，持续时间20s。波峰值分别为100gal、200gal、300gal、400gal、500ga

2、l等5种情况。结构阻尼比0.04，均不考虑几何非线性。YJK模型不能施加集中质量，计算采用显式积分，需考虑结构自重。因此采用加竖向轴压力等效成质量的方式进行计算。图1-1、钢悬臂柱，地震波2、佳构STRAT模型用1个柱单元模拟。按照一般工程标准，柱纵向纤维等分10段，框形截面两边纤维细分13、12份。材料本构采用程序隐含的Clough模型，屈服后刚度为弹性刚度的0.01倍。如图1-2所示。预加竖向轴压力分成10级加载，加载过程考虑材料非线性。在竖向加载结束后的应力、应变状态基础上，考虑地震波动荷载作用。计算得到顶端时程曲线，见图1-4。图1-2、佳构STRAT纤维模型、钢材本

3、构3、YJK模型2-66YJK钢柱采用纤维束模型，按程序默认进行细分，计算参数和地震波参数见图1-3。材料本构采用程序默认设置。YJK计算得到顶端时程曲线，见图1-5。图1-3、YJK模型参数4、钢柱结论1)STRAT在300kN轴压下，仍延续了此前算例(与Perform3D、ABAQUS相互验证)的曲线特点。在更高轴压下，结果具有渐变性、规律性，结果合理。2)YJK在轴压300kN、地震波300gal这种较低的强度下即出现异常变形。在更高轴压下，200gal即异常变形。——基本上，一有屈服即异常，模拟失败！2-67STRAT钢柱300kNSTRAT钢柱600kNSTRAT钢

4、柱900kN图1-4、佳构STRAT模拟钢柱，顶端侧移时程曲线(X向)图1-5、YJK模拟钢柱，顶端侧移时程曲线(X向)2-68二、混凝土悬臂柱1、模型概况2矩形混凝土柱，高度4m，截面0.60.6m，混凝土材料C40，屈服强度fck=26.8MPa。采用III级钢筋，屈服强度为fyk=400MPa。柱端分别作用竖向轴压力Nz=200kN、300kN、400kN、500kN、600kN。地震波情况同前面钢悬臂柱。结构阻尼比0.04，不考虑几何非线性。YJK模型不能施加集中质量，计算采用显式积分，需考虑结构自重。因此采用加竖向轴压力等效成质量的方式进行计算。2、佳构STRAT

5、模型采用1个柱单元模拟。按照一般工程标准，柱纵向纤维等分10段，矩形截面宽高均细分11段，其中最外围纤维宽度同保护层厚度。保护层内侧设一圈钢筋纤维，长度等于同位置混凝土纤维，宽度2根据配筋面积计算。柱单边配筋，参考8度抗震悬臂柱计算，采用As=8.394cm。混凝土非线性本构、钢筋非线性本构，采用程序隐含的且一般工程常用模型，如图2-1所示。预加竖向轴压力分成10级加载，加载过程考虑材料非线性。各级地震波作用下，顶端非线性时程曲线，示于图2-3。为了方便深入对比，绘制内力-位移滞回曲线(Q2-Dx)见表2-1。图2-1、佳构STRAT纤维模型，混凝土、钢筋本构3、YJK模型Y

6、JK混凝土柱采用纤维束模型，按程序默认进行细分，计算参数和地震波参数同钢悬臂柱设置。材料本构采用程序默认设置。柱截面配筋率同STRAT。YJK计算得到顶端时程曲线，见图2-3。内力-位移滞回曲线(Q2-Dx)见表2-2。。2-694、混凝土柱结论[注1]1)STRAT屈服后位移曲线大幅振荡，体现混凝土构件特点，屈服后曲4)YJK的滞回曲线没有体现任何混凝土特征，甚至连钢构件的特征[注2]线周期显著增大。滞回曲线，完整体现了S形曲线、负刚度、捏缩效应、刚都不具备，模拟失败。度退化等混凝土梁柱的典型特征。5)STRAT用一个单元模拟，效果显著YJK的细分模型，显示了理论算2)YJ

7、K位移曲线没有体现刚度退化，不符合基本特征，模拟失败。法的绝对优势。3)YJK位移曲线完全类似钢构件，屈服后单侧扩展。(图2-3中“YJK混凝[注1]表2-2中Nz=600kN/500gal的弯折曲线，是异常，并不是“S形曲线”。因土柱600kN曲线，非常神似图1-4种“STRAT钢柱300kN”)为S曲线只出现在混凝土仍未屈服的、仍保持弹性的低强度地震波中。[注2]钢构件滞回曲线一般“环环相扣”，表2-2滞回曲线基本是“环环不扣”。STRAT混凝土柱200kNSTRAT混凝土柱300kN图2-2、佳构