SAUSG软件中的任意复杂截面实现

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简介

SAUSG软件在复杂结构中获得了广泛的应用。在钢结构和超高层混合结构中，经常会出现不规则形状的巨柱或斜撑截面。这些复杂截面构件一般起到重要的传力途径作用，一旦出现损伤破坏或失稳，将产生十分严重的后果。在弹性分析中，主流软件使用截面面积、惯性矩、剪切惯性矩等进行分析，能够得到构件的弹性受力状态和设计结果。进行非线性动力分析时，为了准确获得这些关键构件的应力、应变特性，准确评估中、大震下结构的受力状态和损伤发展过程，一般需要使用复杂纤维截面模型进行仿真模拟。

SAUSG软件对于复杂截面按钢材、混凝土、钢筋等不同材料自动划分纤维网格，并按各纤维的非线性本构关系积分计算得到截面性质。对于常见的复杂截面，SAUSG软件可以导入复杂截面并进行纤维划分，提供任意形状截面组合功能，支持开洞截面。

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复杂截面示例

图1截面来自某钢结构工程，包含两个钢管与一矩形组合复杂钢截面，导入SAUSG软件时根据用户控制参数自动进行了精细纤维划分。

图1 SAUSG软件复杂钢截面纤维划分

图2 MIDAS软件复杂截面属性

原Midas软件模型截面属性如图2所示，可以看出Midas与SAUSG软件的面积、惯性矩等复杂截面基本属性保持一致。

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工程应用

图3为某超高层结构分析模型局部，承受重力的柱截面很大，工程中采用了钢管混凝土巨柱，另由于结构平面形状不规则，为保证外立面效果，柱截面为非规则形状。

图3 某超高层结构PKPM分析模型局部

其中一复杂钢管混凝土组合巨柱截面的SAUSG软件截面纤维划分如图4所示，由内部混凝土和多道钢板组合而成。

图4 SAUSG复合巨柱截面(红色为钢纤维、蓝色为混凝土纤维)

弹性分析设计时，一般将复杂截面折算为一种材料作为一般截面，为进行比较，分别建立多个钢和混凝土截面进行对比，可以看出钢和混凝土部分的截面属性保持一致，SAUSG软件纤维网格划分是合理的。

图5 SAUSG软件钢片部分截面属性及纤维划分

图6 PKPM软件钢片部分截面属性

图7 SAUSG软件混凝土部分截面属性及纤维划分

图8  PKPM软件混凝土部分截面属性

将PKPM模型导入SAUSG软件，结构总质量PKPM软件为107051t，SAUSG软件为110517t，保持一致。进行模态分析对比，前三阶周期PKPM软件为 0.89s,0.87s,0.76s，SAUSG软件为0.86s,0.84s,0.75s, 振型方向也保持一致（前2阶为平动，第3阶扭转为主）。

图9 PKPM 及SAUSG软件第3阶扭转振型图

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结论

SAUSG软件支持混凝土、钢、以及任意组合的复杂截面形式，可以方便地导入PKPM、Midas等设计软件模型，在此基础上使用SAUSG软件进行大震动力非线性分析，可以仿真体现巨柱和巨型支撑等复杂构件的损伤及破坏状态，为结构的性能化设计提供支持。