[发明专利]一种基于Excel的SRC构件有限元模型的弹簧单元建模方法

说明书

本发明公开了一种基于Excel的SRC构件有限元模型的弹簧单元建模方法：建立SRC构件的有限元模型并保存inp文件；将inp文件中型钢节点信息复制到Sheet1第1列并分为四列；将混凝土节点信息复制到第5列并分为四列；将第1列型钢节点编号复制到第10列并在混凝土节点中寻找与第一行2、3、4列的型钢节点坐标相同的混凝土节点编号在每行10、11列得到坐标相同的型钢和混凝土节点编号；得到弹簧单元所需的型钢和混凝土节点编号；在第12列得到inp文件所需的弹簧单元；将第12列弹簧单元复制到inp文件中要求的位置，并在第一个弹簧单元前面添加弹簧单元的属性。本发明能够高效且准确地完成弹簧单元的添加，从而用于考虑粘结滑移性能的SRC构件或结构的有限元仿真分析。

技术领域

本发明属于建筑与土木工程仿真分析领域，具体涉及一种基于Excel的SRC构件有限元模型的弹簧单元建模方法。

背景技术

型钢混凝土(Steel reinforced concrete，SRC)因强度高、刚度大且抗震性能良好等优势，在国内外广泛应用于高层建筑结构中。SRC构件中两种材料的粘结作用决定着钢材和混凝的土协同工作性能，有研究表明，型钢与混凝土间粘结强度不足光圆钢筋与混凝土粘结强度的50％，较弱的粘结强度导致两种材料在界面处易产生滑移现象，滑移会使得二者共同工作能力下降，并直接对构件的强度、刚度及适用性产生严重影响，因此SRC粘结滑移性能成为了 SRC结构理论研究的关键问题，国内外学者就此问题进行了大量的试验研究，得到了粘结滑移强度、本构关系等重要理论。且众多学者在进行粘结滑移试验研究时，都提出该研究属于 SRC结构的有限元分析的基础工作，然而，目前关于SRC粘结滑移的有限元分析研究却较少、工作效率不高且不够准确，以至于未能将试验所得粘结滑移理论很好地应用于有限元分析中，其原因是考虑粘结滑移的SRC构件有限元建模手动操作工作量大且难度极高，此问题相关文献中均有体现。如黄长鑫利用ABAQUS分析SRC梁式转换框架时，因人工输入非线性弹簧单元工作量巨大而调整了网格尺寸，文献中也可看到其网格尺寸较粗糙，自然导致有限元分析结果不准确；杨勇利用ANSYS建立考虑粘结滑移的SRC梁试件有限元模型时，提到了较为繁琐的操作方法；王广勇利用ABAQUS考虑SRC粘结滑移时因非线性弹簧单元建模工作量大，选择库仑摩擦以摩擦力完全代替粘结力，由粘结滑移机理可知该做法不甚合理。

大量文献表明ABAQUS提供了能够考虑粘结滑移的弹簧单元，基于ABAQUS强大的非线性功能，更多的研究者在进行SRC构件或结构的仿真分析时多选用ABAQUS，ABAQUS 中的弹簧单元虽然适合分析粘结滑移性能，但由于以下问题很难被工程领域的研究者应用：

(1)ABAQUS中的弹簧单元分为弹性弹簧单元(Spring1)和非线性弹簧单元(Spring2)，在图形用户界面操作中只能添加弹性弹簧单元，而非线性弹簧单元只能通过修改inp文件添加，非线性弹簧单元需要定义两个分别连接在型钢和混凝土上，且坐标完全相同的节点(位置重合)，且需要按照图1所示的格式输入到inp文件中。