专业论文 | 建筑结构动力弹塑性与倒塌分析的参数化建模软件PA-TRANS

作者：王强

单位：沈阳建筑大学

根据我国现行抗震规范、高层规范，进行高层建筑结构的动力弹塑性分析乃至倒塌过程模拟来评价结构抗震安全性已成为超限建筑结构设计的重要手段与依据。通用有限元软件ABAQUS能够得到准确、细致的分析结果，但其模型十分繁琐、耗时耗力，这制约了ABAQUS在结构动力弹塑性分析中的应用。

建筑结构动力弹塑性与倒塌分析的参数化建模软件PA-TRANS利用Python语言后台操纵ABAQUS内核，提取由PKPM/PMSAP进行结构分析、设计得到的结构几何模型、配筋以及荷载、边界条件等信息并补充材料本构模型等参数，生成ABAQUS的模型CAE文件及相应的INP文件。结合钢与混凝土单轴材料本构模SJZU-CSUNIAXIAL，可将结构模型提交ABAQUS进行结构动力弹塑性分析与倒塌过程模拟，从而开展结构的抗震性能评估。

进行工程模型转换前，用户首先需根据结构复杂程度与分析需求在PA-TRANS界面内设置模型转换所需的必要参数，PA-TRANS将依据设定的转换参数进行参数化建模，生成ABAQUS的模型CAE文件及相应的INP文件。转换参数设置共分为六个页面，前处理参数设置、本构模型设置、材料参数设置、计算模型设置、分析工况设置、数据提取设置。

参数设置完毕后，点击“转换模型”，PA-TRANS调用ABAQUS内核，开始转换PMSAP模型至ABAQUS，并在ABAQUS软件界面下方的提示栏中显示当前进行的转换工作信息。

确认转换无误时，点击“提交计算”，则依次进行重力加载工况（含模态分析工况）、各地震波加载工况下的结构分析。计算完毕后，可进行数据提取和自动生成报告。

这里选取的结构为52层剪力墙结构，属典型的高层住宅建筑所采用的结构形式与结构布置。PA-TRANS程序能够正确地读取PMSAP数据信息，并完整转换至ABAQUS中。

PMSAP中的结构模型与ABAQUS中结构CAE模型对比如图所示。通过PA-TRANS程序转换得到的ABAQUS结构模型在结构总质量、自振周期、振型等结果与原PMSAP模型计算的结果均能够很好地吻合。

在此基础上，对钢筋混凝土框架剪力墙结构倒塌过程仿真。分析模拟时，首先采用PKPM进行结构建模、配筋计算，模型相比实际结构有所简化；随后采用建筑结构参数建模软件PA-TRANS将PKPM软件中的设计模型转换至ABAQUS模型，并采用隐式、显式分析模型接力计算，得到的结构倒塌过程。破坏位置与倒塌过程与实际较为接近。

PA-TRANS程序能够按工程分析需求实现复杂建筑结构的有限元参数化建模，使得工程师较为方便地使用ABAQUS软件进行复杂建筑结构的动力弹塑性分析乃至倒塌过程模拟。

钢与混凝土单轴材料本构模型SJZU-CSUNIAXIAL能够较为准确地描述钢筋混凝土梁柱、剪力墙构件的滞回性能。