对地震作用下高层钢筋混凝土结构基于 ABAQUS 软件平台的倒塌数值模拟方法进行了介绍。采用有限
单元法，通过材料层面的失效实现模拟构件损伤失效乃至整体结构的破坏倒塌。采用纤维梁单元模拟钢筋混凝土
框架梁和柱，提出了一种新的纤维梁单元方向点计算方法，并给出了计算公式，基于 VUMAT 用户子程序实现梁单
元材料积分点材料的失效用于模拟单元消失。采用壳单元模拟钢筋混凝土剪力墙和楼板，提出了壳单元消失的精
确模拟方法，编制了能够用于实现壳单元材料积分点材料失效的子程序。考虑了倒塌过程中构件之间的接触。以
某钢筋混凝土框架和框架-剪力墙结构为例，分别对其在强震作用下的破坏模式和倒塌过程进行了数值模拟，结果
表明提出的仿真方法是可行的，对其他类型的结构倒塌数值模拟也具有一定的借鉴意义。 ［关键词］ 数值模拟; 倒塌; 地震作用; 高层钢筋混凝土结构
中图分类号: TU375 文献标识码: A 文章编号: 1002-848X( 2015) 23-0106-07
Ｒesearch of numerical simulation of collapse of high-rise structure subjected to earthquake
Ge Dongdong，Chen Xi，Miao Qisong
( Beijing Institute of Architectural Design，Beijing 100045，China)
Abstract: Numerical simulation method of collapse of high-rise reinforced concrete structure subjected to earthquake based
on ABAQUS program was introduced． Using the finite element method，the failure on the material level was used to
simulate the damage and failure of structural members as well as even collapse failure of the global structure． Ｒeinforced
concrete frame beams and columns were simulated by fiber beam elements． A new method about determination of orientation
node of fiber beam element was proposed and calculation formula was provided． Element death was realized by the failure of
integral point materials of beam element materials based on subroutine VUMAT． Ｒeinforced concrete shear walls and slabs
were simulated by shell elements． Element death of the shell element was implemented in terms of a new accurate
simulation method，and the corresponding subroutine used to delete the failure of integral point materials of shell element
was developed． Contacts of members in collapse process were also considered． Taking a ＲC frame and a frame-shear wall
structure as example，failure mode and collapse process of the structures subjected to rare earthquakes were simulated
respectively． The simulation results show that the proposed simulating method is practicable，and provides reference for
numerical simulation of structure collapse for other structures．
Keywords: numerical simulation; collapse; seismic effect; high-rise reinforced concrete structure
作者简介: 閤东东，博士，高级工程师，一级注册结构工程师，Email:
gddhust@ 163． com。 0 引言
研究结构抗倒塌性能的数值模拟方法主要包含
离散单元法、有限质点法和有限单元法。
离散单元法不必满足位移连续条件和变形协调
条件，允许单元之间发生相对运动和碰撞，适合大位
移和大变形非连续介质问题的求解［1］。单元间通
过弹簧来反映相互间作用力和位移的关系。离散单
元法在处理单元之间碰撞方面具有一定的优越
性［2］，但构造合理的弹簧单元模型是离散单元法模
拟结构倒塌的难点，因此该方法仿真精度并不高，也
难以适用于大规模的计算模型。
有限质点法采用点值描述，结构质量集中在各
个质点，而连接质点的单元没有质量，根据力平衡条
件计算。变形描述机制是有限质点法的核心，是该
方法区别于有限元法的主要特征［3］。喻莹等［4］采
用有限质点法实现了空间钢结构连续倒塌的全过程
模拟，但有限质点法在钢筋混凝土结构中的应用还
需要大量的试验论证和对比研究。
有限单元法是目前用于模拟结构连续倒塌的最
主要的方法，常用的有限元分析软件有 LS-DYNA，
MSC． MAＲC 和 ABAQUS 等。陆新征和江见鲸［5］利 用 LS-DYNA 对纽约世贸中心遭恐怖袭击后的连续 倒塌 过 程 进 行 了 模 拟。陆 新 征 等［6］ 基 于 MSC．
MAＲC 平台开发了能够模拟钢筋混凝土杆系结构的
纤维模型程序 THUFBEＲ，Lu Xiao 等［7］在此基础上
成功地模拟了上海中心大厦在强震作用下的连续倒
塌。柳国环等［8］也基于 MSC． MAＲC，开发了纤维梁
单元子程序，结合生死单元子程序用于结构的倒塌

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