ABAQUS—钢筋混凝土梁柱节点滞回模拟的4种方法对比分析

一、案例简介

采用Abaqus软件，对现浇钢筋混凝土梁柱中心节点进行拟静力试验模拟（滞回分析）。

采用4种不同的建模方法，对比分析各个模型的特点与适用性，为构件滞回模拟方法的选择提供参考。

1、Abaqus梁单元；

2、Abaqus实体单元；

3、Abaqus超自由度单元；

4、Abaqus二维MCFT模型。

二、4种建模方法介绍及结果对比

1、Abaqus梁单元

采用清华大学子程序PQ-Fiber，混凝土选用UConcrete02，钢筋选用USteel02，建立节点模型如下：

计算结果与试验结果对比图如下：

由数值模拟结果可以看出：滞回曲线形状与试验结果基本吻合，峰值承载力误差小于10%，模拟结果后期刚度退化缓慢，试验曲线捏缩较为严重。

计算时长：2分钟。

2、Abaqus实体单元

混凝土采用C3D8R，钢筋采用Truss，节点模型建立如下：

计算结果如下图：

由数值模拟结果可以看出：相较于试验滞回曲线，模拟所得滞回曲线的峰值承载力与试验结果相差不大，后期刚度退化缓慢，模拟所得滞回曲线较为饱满。

计算时长：0.5-2小时，与计算参数设置有关。

3、Abaqus超自由度单元

采用方自虎老师开发子程序，节点采用超自由度单元，计算结果与试验结果对比图如下：

由数值模拟结果可以看出：滞回曲线形状与试验结果基本吻合，模拟所得峰值承载力比试验值要小，模拟所得滞回曲线的捏缩与试验结果较为吻合。

计算时长：7分钟。

4、Abaqus二维MCFT模型

采用方自虎老师开发子程序，此模型为混凝土平面分析模型，如下图所示：

计算结果与试验结果对比如下：

由数值模拟结果可以看出：相较于试验结果，模拟所得滞回曲线初始刚度偏大，捏缩不明显。

计算时长：15分钟。

三、总结

1、对ABAQUS做节点拟静力试验数值模拟的4种方法进行建模分析，可应用于钢筋混凝土节点、ECC节点、再生混凝土节点、等同现浇的装配式节点等。

2、梁单元不仅计算时间较短，而且计算结果也与试验结果吻合较好。

3、超自由度单元由于考虑了节点区的剪切变形与粘结滑移，所得捏缩效果最好。

4、实体单元计算受网格、本构长短、损伤因子等众多参数的影响，计算结果会有差异。

5、若数值模拟更注重滞回曲线的对比，可选用梁单元或者超自由度单元；若注重构件的损伤过程，可选用实体单元。

文章来源：结构工程师