通過擬靜力試驗（也叫低周往復荷載試驗），可以研究構件在地震作用下的受力和變形特征，同時得到滯回曲線和骨架曲線，從而得到構件的極限承載力、極限位移、耗能能力、強度退化、剛度退化和延性等。

數值仿真在科研工作中也發揮著重要的作用，一方面，在試驗之前我們可以進行數值模擬，預測試驗結果；另一方面，通過數值模擬，完成試驗較難完成的變量分析，與試驗形成互補。目前構件擬靜力數值模擬中，最常用的有限元分析軟件有ABAQUS、OpenSees、ANSYS和ADINA等。

本文基于ABAQUS和OpenSees，對鋼筋混凝土剪力墻的擬靜力試驗進行數值模擬，總結2個軟件中的各種建模方法，并進行對比分析。

0、剪力墻試試驗概況

1、OpenSees軟件

在此次數值分析中，采用3種采用建模方法：

（1）纖維模型（DispBeamCloum、 ForceBeamCloum 、 DispBeamCloum +0長度單元、 ForceBeamCloum +Hysteretic）；

（2）多垂直桿（MVLEM、SFI- MVLEM ）；

（3）分層殼（ShellMITC4、ShellNLDKGQ）。

1.1、纖維模型

纖維模型是OpenSees中最常用的模型，模擬中分別采用了剛度法、柔度法、剛度法加零長度單元以及柔度法加剪切彈簧4種方法。模擬結果如下圖所示：

1.2、多垂直桿模型

多垂直桿中，采用MVLEM和SFI-MVLEM模型。MVLEM模型是將剪力墻延高度方向劃分為若干段，每一段內采用多個豎向纖維彈簧來模擬壓彎效應，一個水平剪切彈簧來模擬剪切變形。SFI-MVLEM是將混凝土板單元引入到2維宏觀纖維模型中，更好的模擬了彎剪耦合作用下剪力墻的受力特性。模擬結果如下圖所示：

1.3、分層殼模型

分層殼模型中采用了ShellMITC4和ShellNLDKGQ單元進行計算，ShellNLDKGQ是清華大學陸新征教授課題組開發的單元。分層殼模型是將混凝土沿高度和寬度劃分為多個單元，沿厚度方向劃分為若干層，包括保護層、箍筋、水平筋、縱筋和核心區混凝土等?？v筋也可采用Truss單元嵌入到混凝土中。模擬結果如下：

1.4、三種模型總結

（1）纖維模型由于本身不考慮剪切，所以適用于剪跨比較大的剪力墻，如果想模擬小剪跨比的剪力墻，可以采用柔度法加剪切彈簧（注意：剛度法加剪切彈簧是沒有用的）。

（2）多垂直桿和分層殼模型，既可以較好的模擬大剪跨比的剪力墻，也可以較好地模擬小剪跨比的剪力墻。

OpenSees剪力墻3種建模方法的視頻教程可在下方鏈接觀看：

http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c14572

學會了OpenSees鋼筋混凝土剪力墻的建模方法，帶耗能鋼筋、預應力筋或者螺栓鋼板的剪力墻、裝配式剪力墻也就簡單了，在此基礎上添加單元或材料考慮即可。

2、ABAQUS軟件

在ABAQUS中，模擬剪力墻的方法主要有：

（1）實體單元；（2）殼單元；（3）二維MCFT模型（方自虎老師開發）

由于大家最常用的是實體單元，所以本文重點講述實體單元建模中的幾個要點問題。具體的建模過程不細講了，如果你剛開始學ABAQUS，推薦你2本書，里面有擬靜力試驗模擬的詳細建模過程，看完你就會了。

①徐亞豐《高等土木工程結構（ABAQUS模擬實驗/實驗室模型實驗）》

②王玉鐲 《ABAQUS結構工程分析及實例詳解》

2.1、混凝土本構及損傷因子的計算（CDP模型）

混凝土損傷損傷塑性模型（CDP）包括鋼筋和混凝土的本構及損傷因子的計算。

（1）混凝土本構的計算方法有很多，常用的有：①10規范；②02規范（過鎮海模型） ；③丁發興模型等。從規范或者文獻中，找到相應的公式，制作一個Excel表格，或者用Matlab寫一個代碼，不是很難的事情。（2）鋼筋本構可選用雙折線或者三折線模型，在ABAQUS中，需要輸入真實應力和真實應變，所謂真實應力即考慮了鋼筋拉斷時截面面積的縮小。試驗測得的數據為名義應力和名義應變。轉換關系如下：

（3）損傷因子的計算方法有：①圖解法 ；②能量法 ；③規范法，根據公式計算即可。為了滯回曲線出現下降段，注意損傷因子的長度一般要大于0.95。

CDP模型課程（包含4種混凝土本構和3種損傷因子的計算方法）以及Excel表格，可在下方鏈接觀看：

http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c14528

2.2、ABAQUS輸出滯回曲線。加載點設立set，在Create Histoty Output里輸出加載點的位移和力，從而繪制滯回曲線。操作如下：

（1）首先在低周往復加載點處定義RP-1，將RP-1和加載面耦合。然后將RP-1定義為一個set（我定義的set名為DD）。

（2）點擊Create Histoty Output，Domain里選擇set，DD。

（3）計算完成后，在Create XY Data里點ODB histoty output（第一個），就有力和位移的數據了。點擊Plot可以繪圖，然后在Operate on XY data里可以用combine（X,X）繪制滯回曲線。

2.3、ABAQUS直接輸出骨架曲線

輸出滯回曲線的同時，也可以輸出骨架曲線，這樣就不用再用代碼或者軟件提取骨架曲線了，方便很多，可以在下面鏈接看操作視頻。（重要?。?/strong>

https://mp.weixin.qq.com/s/RvIABJS3VVD8USUCVnpWWw

更多擬靜力試驗模擬的思考與總結可以看這個帖子：

http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1196354

2.4、ABAQUS所建模型和滯回曲線：

2.5、實體單元總結

（1）實體單元較難做出捏縮，一般是采用鋼筋子程序（Vecchio，Clough等）來削減卸載剛度。

（2）鋼筋子程序、本構的長度、損傷因子的計算方法、拉壓恢復系數、粘滯系數和網格等均對模擬結果有較大的影響。

3、OpenSees與ABAQUS對比

（1）軟件特色。OpenSees是通過編寫tcl代碼輸入程序來進行計算，像構件擬靜力模擬都有固定的模板，嵌套一下改成自己的參數很快上手（簡單的模型1,2天足矣）。當然也有些前處理軟件，像GID和Navigator等。ABAQUS有CAE界面，可操作性強。

（2）計算時間。我用I5-6300HQ的筆記本，OpenSees計算這個剪力墻，纖維模型用時18秒，分層殼用時70秒。ABAQUS的速度大家也都知道，取決于粘滯系數和網格大小，用時幾十分鐘或者更久是常態。

（3）結果輸出。在OpenSees中，除了輸出滯回曲線，也可以輸出水平往復荷載與彎曲、剪切變形的關系，彎矩-曲率圖等，多垂直桿模型還可以輸出墻體裂縫開裂方位圖，保證你的論文中數據和圖片多姿多彩。ABAQUS就不用多說了，輸出S、PEEQ、DAMAGEC、SDEG等。

（4）如何選擇軟件。擬靜力試驗數值模擬方面，如果你注重于滯回曲線與試驗吻合較好，那么推薦OpenSees。如果你注重于看構件的損傷過程和破壞形態，那么建議選擇ABAQUS。