|
通过MSC.MARC的UBEAM程序，可以将陆新征－曲哲模型嵌入到MSC.MARC程序中，得到陆新征－曲哲模型塑性铰程序。陆新征－曲哲模型塑性铰程序的主要注意事项：
(1) 使用MSC.MARC 98号梁单元；
(2) 建立Matcode.txt数据文件，输入塑性铰信息。参考SAP2000的做法，每个内力份量输入一个行塑性铰，从上到下分别是N,
Vx, Vy, Mx, My,
T。如果需要考虑该内力份量的非线性，则需输入所有的8个参数（初始刚度K0，屈服强度My，强化模量h和损伤累计耗能参数C，滑移捏拢参数g，软化参数hsoft，极限强度参数a，正负向强度比参数b），否则只需输入K0，后面留空，程序自动按弹性处理。
如所附算例中，只需考虑梁局部坐标系y方向的塑性铰，则对应的Matcode输入为：
|
输入内容
|
含义
|
|
! 截面01，梁
3.00D+09,
1.00d+15,
1.00d+15,
5.00E+12,
3.49E+13,1.0e8,0.02,1000,0.8, -0.01, 1.05,1.0
3.99E+13
|
第1行，注释
第2行，N
第3行，Vx
第4行，Vy
第5行，Mx
第6行，My
第7行，T
|
(3) 在前处理中，选择User
Defined Var #1~6，分别对应于N, Vx, Vy,
Mx, My, T的塑性铰标识。
例如，对所附算例输入以下柱铰和梁铰参数，
梁的塑性铰参数为：3.49E+13,1.0e8,0.02,1000,0.8, -0.02, 1.05,1.0
柱的塑性铰参数为：2.33E+13,1.6e8,0.10,100,0.2, -0.05, 1.05,1.0
进行Kobe波下的时程分析，得到柱脚弯矩曲率关系，梁铰弯矩曲率关系以及结构顶点位移－时程关系如图3~5所示，塑性铰分布如图6所示：
图3 柱脚弯矩曲率关系
图4 梁铰弯矩曲率关系
图5 顶点位移时程关系
图6 塑性铰分布
附录：框架建模过程
两层混凝土框架，柱子间距为x方向5m，Y方向4m，层高3m。
梁：截面尺寸0.2×0.5m，My= 1.0E8，其他内力分量保持弹性。
柱：截面尺寸0.3×0.4m，My= 1.6E8，其他内力分量保持弹性。。
THUFIBER程序使用时，用户需要输入以下两类信息：
(1)构件的截面几何信息和局部坐标系信息，这部分通过MSC.MARC自带的前处理界面实现，其中最重要的信息有三个：截面面积、材料密度和截面x轴的方向。程序将根据前两条信息计算得到构件的质量。根据截面x轴方向计算其强轴和弱轴行为。
(2)构件截面塑性铰信息，这部分存放在matcode.txt文件中。
下面介绍具体建模步骤：
(1)MSC.MARC程序和多种CAD软件有着良好的接口，以广泛使用的AutoCAD程序为例，在AutoCAD中建立结构的轴线模型如图7所示。将模型文件输出为dxf格式。
图7在AutoCAD中建立空间模型
(2)在MSC.MARC的前处理程序MENTAT中，选择底部的静态菜单FILE->IMPORT，选择输入DXF格式，选择相应文件，读入刚才的CAD模型，并用底部静态菜单做适当旋转，结果如图8所示。
图8 将AutoCAD模型导入MARC
(3)目前在有限元程序中读入的模型还是几何信息，需要将其转化为有限元信息。进入MARC的主菜单MESH
GENERATION，选择CONVERT，将DIVISIONS设置为5,5，即每个线段划分成5个单元。选择CURVERS
TO ELEMENTS，选择ALL:
EXIST，得到单元和节点分布如图9所示。
图9 将单元细分
(4) 回到主菜单MAIN MENU->MESH GENERATION，选择SWEEP按钮，选择ALL，清理不必要的节点和单元信息（图10）。
图
10 清理重复元素
(5)下面给模型输入材料信息。第一种材料为梁，需要说明的是，MARC的材料信息编号对应于截面编号，所以必须严格逐个输入。输入材料名称为Beam，材料类型为HYPOELASTIC->USER
SUB. UBEAM，即这个材料是用户自定义的。输入材料的密度为5000，即相当于将部分楼板重量折算到梁上面（图11）。
图11
定义梁材料信息
(6)选择ELEMENTS->ADD，选取相应的梁单元，将材料信息赋予之。
(7)再建立一个材料，名称为Column，类型还是HYPOELASTIC->USER
SUB. UBEAM，只是密度为2500。同样再选择ELEMENTS->ADD，选取相应的柱子单元，赋予材料信息。最后得到相应的材料信息如图12。
图12
定义柱子材料信息
(8)下面要赋予几何信息。这部分工作比较复杂，关键牵涉到单元局部坐标系的问题。选择主菜单MAIN MENU-> GEOMETRIC PROPERTIES，建立新几何信息名称为Beam，类型为3-D->ELASTIC
BEAM，输入截面的截面积和对应于局部坐标系x轴，局部坐标系y轴的转动惯量。并输入局部坐标系x轴对应整体坐标系的矢量方向。对于本问题而言，取梁单元的局部坐标系x轴为垂直向上，与整体坐标系的z轴平行，所以局部坐标系x轴的矢量方向为(0 0 1)（图13）。
图13
定义梁截面几何信息
(9)将刚才输入的梁截面信息添加给所有的梁单元，选择ELEMENTS-> ADD，选取相应单元。
(10)类似的，建立新的几何信息，名称为Column，类型为3-D->ELASTIC BEAM，输入截面的几何信息如图14。这时取柱子的局部坐标系x轴方向和整体坐标系x轴方向相同，所以其局部坐标系x轴的矢量方向为(1 0 0)，选择ELEMENTS-> ADD，将几何信息添加给相应的单元。
图14
定义柱子截面几何信息
(11) 其他包括输入荷载，定义工况等，与一般MSC.MARC相同。
(12) 最后编写matcode.txt文件，输入相应的截面塑性铰信息
Matcode.txt文件内容
|
内容
|
说明
|
|
2
|
第1行，定义一共有几个截面，这个模型里面一共有2个截面：1：梁。2：柱子
|
|
! 截面01，梁
3.00D+09,
1.00d+15,
1.00d+15,
5.00E+12,
3.49E+13,1.0e8,0.02,1000,0.8, -0.01, 1.05,1.0
3.99E+13
|
逐个输入截面信息，第1行，注释
第2行，N
第3行，Vx
第4行，Vy
第5行，Mx
第6行，My
第7行，T
|
|
! 截面02，柱
3.60E+09,
1.00d+15,
1.00d+15,
1.35E+13,
2.33E+13,1.6e8,0.10,50,0.2, -0.05, 1.05,1.0
3.58E+13
|
逐个输入截面信息，第1行，注释
第2行，N
第3行，Vx
第4行，Vy
第5行，Mx
第6行，My
第7行，T
|
主要参考文献和程序：
[1]
THUFIBER http://www.luxinzheng.net/research/THUFIBER.html
[2]
IDARC http://civil.eng.buffalo.edu/idarc2d50/
[3]
DRAIN-2D http://nisee.berkeley.edu/elibrary/getpkg?id=DRAIN2DX
[4]
Ibarra LF, Krawinkler H. (2006). Global Collapse of Frame Structures
under Seismic Excitations, PEER Report 2006/06, Page 29-42.
|
模型下载
