YJK-ABAQUS接口软件使用说明

YJK-ABAQUS接口软件使用说明

一、简介

ABAQUS软件在弹塑性时程分析中有使用越来越广的趋势。该软件计算稳定，求解效率高。提供建筑结构中梁、柱、斜撑、板与墙分析用的梁、壳单元，包含弹性材料与众多非线性材料模型。内嵌的混凝土损伤本构模型，与10版混凝土规范建议的本构模型理论基本一致。同时提供隐式积分与显示积分动力微分方程求解方法，显示积分求解可直接接力隐式求解结果，在隐式求解结果基础上进行后续时程分析；二次开发的难度相对较低，用户自定义的混凝土材料本构子程序可通过Fortran语言实现，简单的编译环境配置后即可将子程序编译链接到ABAQUS主程序中。

然而，ABAQUS用于建筑结构分析与设计时显得针对性偏差，YJK软件一直专注于建筑结构的设计功能，建模迅速、方便、快捷，能准确根据规范的各项分析计算与调整要求做出配筋设计。YJK与ABAQUS接口软件，极大的方便工程师将YJK模型快速导入到ABAQUS中，使用ABAQUS的单元/自定义单元、本构模型进行非线性求解，并将结果输出。接口软件的主要特点有：

A.各类构件（板、梁、柱、斜撑、墙）正确转换，包含钢-混凝土组合截面，弧梁（墙）

自动转换为多段的直线梁（墙）。

B.杆构件采用纤维梁模型，墙板采用分层壳模型。

C.非线性分析之前，施加重力荷载作为结构的初始内力状态，复杂结构初始内力来自

于施工模拟，转入的施工模拟顺序与YJK中指定相同。

D.依据《混规》附录C建议值给出钢筋及混凝土的本构模型。

E.读取YJK施工图中的实际配筋面积作为结构的配筋。

依据10版《混规》附录C建议的单轴本构模型，采用Fortran语言编制的Umat/Vumat 子程序，附带在安装目录下，Umat子程序适用于单调加载，Vumat适用于往复加载。且未考虑箍筋对混凝土性能的影响，工程师可依据相关文献酌情提高混凝土强度以模拟箍筋的有利贡献。

非线性分析后，后处理所需数据暂未输出（开发中）。

二、接口软件转换操作流程

1数据准备

1.1在YJK上部结构计算模块中完成建模、计算及设计

接口软件直接读取YJK建模与前处理中的荷载、构件截面、材料及空间组装关系。完成设计后可提供弹塑性时程分析用的构件钢筋，若未进行施工图配筋以及人工修改钢筋，转换软件将直接按计算配筋，将钢筋转成ABAQUS钢筋输入文件。

1.2完成梁、柱（含斜撑）、墙（边缘构件、墙身、墙梁）钢筋施工图

可使用批量出图能分批快速完成所有构件的施工图设计，工程师在施工图中修改的钢筋也将作为最终的配筋转入ABAQUS中。完成施工图设计后，转换软件读取的是工程最终的实配钢筋。

2转换参数设置

完成数据准备后，点击YJK主程序界面右下角转Abaqus模型按钮（如图1），即可弹出接口软件参数设置对话框（如图2）。

图 1 YJK主界面

图 2 YJK-ABAQUS接口软件参数设置界面

设置各类参数后，点击确定即可自动生成ABAQUS线弹性/弹塑性时程分析模型所需的inp文件，转换完成弹出“生成ABAQUS数据完毕”提示对话框，点击“打开inp文件所在目录”可进入相应目录查看模型inp文件与转换日志文件（log.txt）。各转换参数的设置说明如下。

2.1转出模型

目前提供线弹性分析模型与Explicit弹塑性时程分析模型两种。

弹性分析模型，可包含所有构件钢筋，也可不包含构件钢筋。用于结构静力与动力特性分析，校核结构模型总质量，构件截面、材料、荷载是否准确（可以通过周期、总反力对比进行检查，inp文件中已指定周期与总反力的输出关键字），通过YJK软件提供的YJK-ABAQUS 计算结果对比程序可快速完成结果对比。

默认的分析步（step）包含特征周期求解步、恒/活静力荷载步、线弹性时程分析步。如指定地震波路径错误，或删除地震波路径，将只生成前两个分析步。

Explicit弹塑性时程分析模型。包含两个分析步，第一分析步为地震荷载之前的恒/活荷载步，此步默认采用标准求解模块（Standard）求解；第一步求解成功后，将分析结果读入（import）显示求解模块并施加地震荷载做为第二分析步，进行地震荷载作用下的显示弹塑性时程分析。

2.2初始荷载组合

规范规定应考虑弹塑性时程分析之前的初始内力状态。软件将依据工程师指定的恒载与活载组合系数对恒载与活载调整后转入。指定的组合系数值不影响转入质量的计算，荷载产生的质量始终按1.0恒载+0.5活载计算。

2.3单元属性参数

刚性板表述方式，只影响采用刚性楼板假定的部分楼板。

转入方式有两种：S4R/S3R方式和运动耦合方式。软件默认的刚性板表述方式为S4R/S3R 方式，即YJK模型中具有刚性板属性的楼板以真实厚度的4节点或3节点壳单元转入ABAQUS 中，并且不做网格细分。当选用运动耦合方式时，刚性板转入ABAQUS后，指定为刚性板属性的楼板部位没有壳单元，楼板对周边节点的约束作用通过节点之间的自由度约束实现，变形时保持面内刚性，即任意两点之间在面内没有相对位移产生，面外没有刚度。

不论以何种方式表述刚性板，在YJK中指定为弹性板6、弹性膜、弹性板3属性的楼板，转入ABAQUS均采用壳单元模拟。结构模型中重要的楼板，在弹塑性时程分析中需特别关注的楼板，先在YJK中指定为弹性楼板，并指定相应的网格细分尺寸。

S4R/S3R方式更符合实际情况，目前软件不转入梁的刚度放大系数，在计算资源允许的条件下，最好能选用S4R/S3R方式。

2.4墙元划分

目前只能选择“YJK墙元划分方式”，剪力墙的网格划分控制尺寸及形状基本与YJK一致，YJK的网格划分可以从上部结构前处理及计算->计算简图菜单中查看。工程师如果需要调整转入ABAQUS的网格尺寸，可在YJK计算参数中指定相应值。建议墙元网格划分控制尺寸指为2m，并且不勾选短墙肢自动加密按钮。

在YJK中，墙与墙单元之间可以存在不协调，即不共用节点，通过约束实现连接，转入ABAQUS后基本都重新处理成协调。

2.5梁、柱、斜杆模型及单元类型

梁、柱、斜杆模型目前只提供基于材料应力-应变关系的纤维束模型。截面纤维数量为ABAQUS梁单元的默认值，如矩形截面为5*5根纤维。B33只适用于Standard模块（Abaqus Analysis User’s Manual第26.3.3节），显示弹塑性时程分析时该按钮不可选，目前只提供B32与B31两类梁单元用于显示弹塑性时程分析，B32计算精度相对较高，但计算代价大，工程师可根据工程实际情况选用。

2.6材料强度代表值

《混规》第5.5.1条第2款指出，弹塑性分析的材料性能指标宜取平均值。在10版新规范实施以前的分析多采用标准值，为适应多样化需求，软件提供设计值、标准值、平均值三种材料性能指标，方便工程师选用。各种性能指标的依据现行规范规程选定。

2.7单位制

ABAQUS不提供单位制设置选项。接口软件将力、长度、质量、时间四类量以N,m,kg,s 为单位输出，其它量的单位由以上四个基本单位导出。

2.8短梁单元限值

梁单元比较短时，显示积分稳定时间步比较小，可以通过ABAQUS提供的质量缩放对小单元质量放大，以加快求解速度，软件自动搜索出长度小于该限值的单元，建立单元组集，并对该单元组集进行固定质量缩放（可在工程名_xpl.inp中查看）。该限值不宜过大，以免由于质量缩放带来较大的误差。

2.9短梁单元类型采用B31

短梁单元类型采用B31：当模型中存在短梁时，显示计算的稳定时间步比较小，采用二次的B32稳定时间比一次的B31稳定时间步更小，故增加该按钮，勾选该按钮时，软件自动识别长度小于工程师指定的短梁单元限值的杆件，并将其转成B32单元类型。

2.10杆件钢筋转换为等效型钢

此选项只影响梁、柱、斜撑的钢筋输出。

选Explicit弹塑性时程分析时，选项默认勾选，且不能更改。因ABAQUS显示求解模块不支持梁单元中内嵌*rebar形式钢筋，故所有的梁单元钢筋均通过截面面积相等的钢梁单元等效。

选线弹性模型时，选项可选，但默认不勾选。如果勾选，则输出带钢筋的弹性分析模型，此时，钢筋材料也为线弹性。

等效钢筋时考虑与混凝土的重叠因素，已将钢筋材料的密度置为5350kg/m3（钢筋密度-混凝土密度）。

2.11楼板配筋率设置

以运动耦合方式转入ABAQUS的刚性板，不存在板单元，不需指定钢筋数据；

以S4R/S3R方式转入的刚性板及其它楼板的配筋，以Rebar Layer的形式指定给楼板单元，钢筋分顶、底两层，目前转入的钢筋由用户指定的配筋率计算获得，各层楼板的配筋率可分层指定。例如：指定楼板的全截面配筋率为0.5%，楼板厚度120mm，则每延米楼板的钢筋面积为1000*120*0.005=600mm2，上下层的钢筋面积各为300 mm2，软件取定钢筋间距为200mm，此时每延米可布置5根钢筋，每根钢筋的直径为sqrt(300/5/3.14)*2=8.7mm。

2.12施工模拟次序

在YJK中指定了施工顺序时，按钮才可选。当勾选该项后，按YJK中指定的施工次序，生成ABAQUS模型单元组集文件（工程名_SequentialConstructionGroups.inp）。此时，恒载作用下的内力结果能准确反映结构分层组装与荷载分步施加过程的影响，最后将活载一次性施加于总体结构上，并将施工结束后的内力作为初始状态传入后续的动力时程分析。

2.13地下室嵌固

只有在YJK中指定了地下室层数，该选项才起作用。勾选该选项后，转入ABAQUS后的模型所有地下室层构件均嵌固6个方向自由度。如不勾选该项，地下室层将采用分块刚性楼板假定，通过刚性楼板质心位置的3个自由度（ux、uy、rotz）方向的弹簧模拟侧土约束作用。

2.14忽略杆件端部铰接

选择该项后，所有杆件单元的两端与其它构件均刚接。选择该项可减少连接单元的数目，提升后续计算性能。

2.15考虑结构几何非线性

该项只对地震波激励分析步产生影响，对恒活荷分析步不起作用。勾选该项将地震波分析步关键字中的NLGEOM选项打开。

2.16次要构件

此选项只影响梁构件。勾选忽略部分次要构件后，弹出楼层设置对话框，工程师可以选择需要去除次梁的楼层，也可选择所有楼层。

选择按几何模型关系去次要构件时：软件自动根据梁的支座信息，去除悬臂梁及部分非框架梁，并将荷载传导到梁支撑构件上，荷载只包含竖向力分量，不包含荷载平移产生的弯矩分量。

选择按施工图数据关系去次要构件时：可以在施工图中修改梁的属性以决定是否去除次梁构件，但存在虚梁（梁截面不大于100mm*100mm）及钢次梁时，请选择按几何关系去除方式。

2.17加载地震波

选择YJK格式的地震波，接口软件将自动把地震波转成ABAQUS可接受的地震波格式。并将规范规定的罕遇地震分析加速度峰值除以地震波数据最大值作为最终的地震波乘数。工程师也可将ETABS、MIDAS等软件的地震波先通过YJK软件弹性时程分析模块转成YJK格式地震波，再通过前述方法将其转成ABAQUS格式地震波。

3计算环境配置

若直接调用obj或for文件子程序计算，除ABAQUS外，还需安装Microsoft Visual Studio，Intel Visual Fortran Compiler软件（不同版本的ABAQUS有不同要求，与ABAQUS匹配的软件版本可参考ABAQUS手册说明Abaqus Installation and Licensing Guide A.1）。并需对ABAQUS 启动文件进行配置。整个过程比较繁琐，复杂。

接口软件直接提供dll文件，无需安装另外两款软件，只需对ABAQUS环境配置文件进行简单修改即可计算。以win7/32位，ABAQUS6.10为例，在ABAQUS安装目录下找到abaqus_v6.env（路径C:\SIMULIA\Abaqus\6.10-1\site），在该文件末尾（也可在其它位置）添加：

usub_lib_dir='C:\\Program Files\\盈建科建筑结构设计软件\\ABAQUS\\win32_abq6101' 上述路径即为dll文件存放路径，运行接口软件进行转换后，自动进行上述修改配置（前提是已安装了ABAQUS软件）。

4运行ABAQUS进行弹塑性时程计算

直接双击相应模型文件下的工程名.bat文件，即可自动启动ABAQUS进行计算。接口软件自动识别计算机操作系统与ABAQUS版本后。目前提供的动态链接文件支持win32、win64系统，ABAQUS6.10、ABAQUS6.12版本。

三、注意事项

梁、柱、斜撑配筋失败，接口软件读取不到钢筋时，为了避免构件过早破坏导致计算提

前终止，软件将按5%配筋率对其配置钢筋，剪力墙构件配筋失败时按指定的分布筋配筋率配置钢筋，并将构件编号在log.txt文件中输出，请注意修改模型后重新设计或者在施工图中修改此类构件配筋，尺寸过小的单元可能对计算产生不利影响，也在log.txt文件中列出，方便工程师查改。

四、例题

在安装目录下附带有简单的10层框剪结构示例（如图3、图4）。

图 3 YJK中10层框剪结构轴测图

图 4 ABQUS中10层框剪结构轴测图