(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211019367.9 (22)申请日 2022.08.24 (71)申请人 中国民航大 学 地址 300300 天津市东 丽区津北公路2898 号 (72)发明人 陈宇　吕杨　黄信　吴堃　李长辉　 齐麟　 (74)专利代理 机构 天津才智专利商标代理有限 公司 12108 专利代理师 庞学欣 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) E04C 3/34(2006.01) E04H 9/02(2006.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种钢筋混凝 土柱地震 破坏高效模拟方法 (57)摘要 一种钢筋混凝土柱 地震破坏高效模拟方法。 其包括确定钢筋混凝土柱底部区域精细化模型 长度； 建立钢筋混凝土精细化模型； 建立梁单元 模型； 对梁 单元模型和钢筋混凝土精细化模型界 面处的节 点采用约束 方程进行连接等步骤。 本发 明效果： 钢筋混凝土柱在水平 地震荷载作用下底 部发生破坏， 在底部区域利用钢筋和混凝土分离 式精细化模型的优势模拟钢筋混凝土柱的渐进 破坏过程， 计算精确高， 其它部位采用梁单元模 型模拟钢筋混凝土柱的宏观力学性能， 计算成本 低、 效率高， 因此本发明方法可 以高效准确地模 拟钢筋混凝土柱在水平地震荷载作用下的力学 性能和破坏模式， 为水平地震作用下钢筋混凝土 柱的破坏分析提供一种新的模拟方法。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115391890 A 2022.11.25 CN 115391890 A 1.一种钢筋混凝土柱地震破坏高效模拟方法， 其特征在于： 所述钢筋混凝土柱地震破 坏高效模拟方法包括按顺序进行的下列步骤： 步骤一： 根据钢筋混凝土柱的高度和配筋在内的参数， 确定出钢筋混凝土柱底部区域 精细化模型长度； 步骤二： 在上述钢筋混凝土柱底部区域精细化模型长度以内的精细化模型区域， 建立 钢筋混凝 土精细化模型； 步骤三： 在上述钢筋混凝土柱底部区域精细化模型长度以外的非精细化模型区域， 建 立梁单元模型； 步骤四： 对上述梁单元模型和钢筋混凝土精细化模型界面处 的节点采用约束方程进行 连接。 2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土柱地震破坏高效模拟方法， 其特征在于： 在步骤一 中， 所述钢筋混凝 土柱底部区域精细化模型长度的计算公式为： Lr＝k(0.08L+0.02 2dsfy) 式中： k为塑性铰长度系数， 取k＝1.5； L为钢筋混凝土柱的高度； ds为钢筋混凝土柱的纵 筋直径； fy为纵筋屈服强度。 3.根据权利要求1所述的钢筋混凝土柱地震破坏高效模拟方法， 其特征在于： 在步骤二 中， 所述建立钢筋混凝土精细化模型的方法是： 采用包括ANSYS、 ABAQUS在内的大型通用有 限元软件在钢筋 混凝土柱底部区域精细 化模型长度Lr以内的精细 化模型区域， 建立钢筋混 凝土精细化模型， 其中混凝土采用八节点 实体单元模拟， 钢筋采用梁 单元模拟， 混凝土单元 赋予混凝 土损伤本构关系， 钢筋单 元赋予弹塑性本构关系。 4.根据权利要求1所述的钢筋混凝土柱地震破坏高效模拟方法， 其特征在于： 在步骤三 中， 所述建立梁单元模型的方法是： 在钢筋混凝土柱底部区域精细化模型长度Lr以外的非 精细化模型区域， 采用梁单 元建立梁单 元模型， 其中梁单 元赋予弹性本构关系。 5.根据权利要求1所述的钢筋混凝土柱地震破坏高效模拟方法， 其特征在于： 在步骤四 中， 所述梁单 元模型和钢筋混凝 土精细化模型界面处的节点应满足以下约束方程： 式中： xRi、 yRi和zRi为在笛卡尔坐标系下界面处钢筋混凝土精细化模型单元节点i的位 移值； xB、 yB和zB为在笛卡尔坐标系下界面处梁 单元节点的位移 值； n为钢筋混凝土精细化模 型界面处节点编号。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115391890 A 2一种钢筋混凝土柱地震 破坏高效模拟方法 技术领域 [0001]本发明属于土木工程技术领域， 尤其涉及 一种钢筋混凝土柱地震破坏高效模拟 方 法。 背景技术 [0002]在土木工程领域中， 房屋建筑、 桥梁、 车站等工程结构中常常采用钢筋混凝土柱作 为结构的主要竖向承力构件， 同时钢筋混凝土柱也是结构 中主要的抗侧力构件， 在水平地 震荷载作用下钢筋混凝土柱往往发生严重破坏， 从而导致竖向承载力大大降低， 结果引起 结构倒塌 破坏， 因此如何准确预测模拟钢筋混凝土柱在地震荷载作用下的力学性能对工程 界具有重要意义。 利用计算机有限元仿 真系统模拟分析钢筋混凝土柱的力学性能是行之有 效的现有方法之一， 目前广泛应用的钢筋混凝土柱的模拟模型有塑性铰模型、 梁 单元模型、 精细化模 型等， 其中塑性铰模型和梁单元模型计算效率高， 但计算精度较差， 且很难模拟结 构构件的破坏特征； 精细化模型计算精度高， 可模拟出结构构件从弹性到塑性， 直至破坏失 效全过程， 但其计算成本过高， 不适合工程应用计算。 因此， 如何建立计算精度高且计算效 率可接受的水平地震作用下钢筋混凝土柱构件的破坏模拟方法， 这将大大提高结构构件的 地震破坏分析的准确性和可实施性， 对工程结构的地震危险性分析 具有显著意 义。 发明内容 [0003]为了解决上述问题， 本发明的目的在于提供一种钢筋混凝土柱地震破坏高效模拟 方法， 该方法不仅可以准确 地模拟钢筋混凝土柱构件在水平地震荷载作用下 的破坏过程， 并且计算成本低、 效率高， 易于 工程实际应用。 [0004]为了达到上述目的， 本发明提供的钢筋混凝土柱地震破坏高效模拟 方法包括按顺 序进行的下列步骤： [0005]步骤一： 根据钢筋混凝土柱的高度和配筋在内的参数， 确定出钢筋混凝土柱底部 区域精细化模型长度； [0006]步骤二： 在上述钢筋混凝土柱底部区域精细化模型长度以内的精细化模型区域， 建立钢筋混凝 土精细化模型； [0007]步骤三： 在上述钢筋混凝土柱底部区域精细化模型长度以外的非精细化模型区 域， 建立梁单 元模型； [0008]步骤四： 对上述梁单元模型和钢筋混凝土精细化模型界面处的节点采用约束方程 进行连接。 [0009]在步骤一中， 所述钢筋混凝 土柱底部区域精细化模型长度的计算公式为： [0010]Lr＝k(0.08L+0.02 2dsfy) [0011]式中： k为塑性铰长度系数， 取k＝1.5； L为钢筋混凝土柱的高度； ds为钢筋混凝土 柱的纵筋直径； fy为纵筋屈服强度。 [0012]在步骤二中， 所述建立钢筋混凝土精细化模型的方法是： 采用包括ANSYS、 ABAQUS说　明　书 1/4 页 3 CN 115391890 A 3