大跨、高层结构动力弹塑性和倒塌（III）:SAP2MARC和MARCPOST开发与应用作者： 柳国环，陆新征，于秀雷，孙雪艳，熊耀清 |
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2014 年2月
摘要：首先，开发并实现了将有限元模型由SAP2000软件导入MSC.MARC中的接口程序SAP2MARC；然后，开发了MSC.MARC的可视化后处理程序MARCPOST；最后，采用文献[1]中的MSC.MARC子程序和文献[2]中UMAT所生成的材料数据，对结构进行了大震作用下考虑应变率效应的动力弹塑性计算，并结合MARCPOST对结果进行提取和分析。本文程序基于Microsoft visual studio 开发环境和Visual C#语言编制而成，可转换多种结构单元。结果表明：1）文献[1]、[2]与本文开发的SAP2MARC程序具有可行性，转化结果可信有效，SAP2MARC接口程序可为科研和技术人员节省前处理时间；2）本文开发的MARCPOST便于操作，易于实现；3）本文结构模型在大震作用下地震响应满足规范的要求，但是应变率效应对该结构体系的构件进入塑性后的发展存在影响，建议予以考虑。 关键词：有限元；SAP2000；MSC.MARC；SAP2MARC；MARCPOST；超高层；地震响应；弹塑性 中图分类号：P315.9;U442 文献标识码：A 文章编号： Abstract：Firstly, an interface program named SAP2MARC for converting from commercial software SAP2000 into MSC.MARC was developed and implemented. Then, a visual post-processing program named MARCPOST for software MSC.MARC was developed. Then, the program UMAT addressed in reference [2] was used to generate the structural material data. At last, the developed MSC.MARC subroutine in reference [1] was used to conduct seismic elastic-plasticity analysis for the super tall building under the large earthquake considering the effect of strain rate, and the MARCPOST is used to analyze computation results. The relevant program in this paper is implemented on the Microsoft Visual Studio development environment and coded using language C#. By the SAP2MARC, the several types of elements can be transformed to data format of software MSC.MARC. Results show that: 1) the program SAP2MARC can save Pre-Processing time for researcher and technical personnel, and provide more convenience for elastic-plasticity and collapse analysis while using program MSC.MARC. 2) The developed program MARC_POST is convenient and easy to operate. 3) It is suggested that the strain-rate effect is considered because it has influence on the consequence of occurrence of plastic hinges structural frames in spite of that the seismic responses satisfy the corresponding code requirements. Key words：finite element; SAP2000; MSC.MARC; SAP2MARC；MARCPOST；super tall building；seismic response；Elastic-plasticity 引言
考虑到MARC和SAP软件各自当前存在的优势，当需要做高级非线性分析（尤其是大型复杂结构）时，容易想到一种途径：若能够将SAP中的模型导入MARC中则是一种更为方便的方法。这样，不仅可以充分利用SAP软件已经建立好的模型，关键是还能够避免MARC前处理过程中建立模型这一复杂过程，从而可节约时间、提高工作效率。
为此，本文开发并实现了将有限元模型由商业软件SAP导入MARC软件中的接口程序——SAP2MARC，文中给出了编写思路、单元信息、格式表达、SAP2MARC操作流程以及模型验证等相关情况。程序代码基于Microsoft visual studio 开发环境和Visual C#语言编制而成，转换的单元类型包括土木领域涉及到的框架(Frame)单元、索(Cable)单元、壳(Shell)单元、实体(Solid)单元、弹簧(Spring)和阻尼（Damper）单元。此外，由于有限元软件MSC.MARC（简称MARC）的后处理需要使用者敲入命令来提取分析后数据，为了提高后处理的方便性，进一步开发了用于后处理的可视化程序MARCPOST。然后将MARCPOST与文献[6]和[7]的成果联系起来，共同应用于200m的超高层建筑在地震作用下的动力弹塑性分析中，旨在进一步说明所开发程序的可行性和可信性。具体思路的流程如图1所示，第1和第2步骤工作详见参考文献[6]和[7]，本文工作为图1中第3和第4步骤。
图1 结构动力弹塑性和倒塌分析系列工作流程图
 
图2 SAP有限元模型及其MARC模型转化
结 语
针对当前MSC.MARC软件计算分析能力强大但前处理建模友好性有待完善这一美中不足之处，做了如下两项工作：
（1）开发并实现了可视化程序接口——SAP2MARC，可转换框架杆系构件、柔性索、壳体、实体和弹簧单元，并给出了编写思路、单元数据表达格式以及使用说 明。 （2）通过四个典型工程模型，给出相应对比图示，进而可说明由SAP2000转入到MSC.MARC中模型信息的准确性和完整性。 （3）本文进一步开发的后处理程序MARC_POST便于直接操作，可用于工程计算后处理。 （4）结合规范，检验了该结构在小震作用下处于弹性状态而满足“小震不坏”要求，考察了大震作用下地震响应而满足“大震不倒”。但是，应变率效应对结构体系的 构件进入塑性后的发展存在影响，建议予以考虑。 参考文献(References)： [1] 陈火红.新编MARC有限元实例教程[M]. 北京：中国机械工业出版社，2007. [2] MSC. MARC. Volume A: Theory and User Information [M]. Users Manual, 2007. [3] MSC. MARC. Volume D: User Subroutines and Special Routines[M]. Users Manual, 2007. [4] WILSON E L. Static and dynamic analysis of structures: a physical approach with emphasis on earthquake engineering [M]. Berkley, California: Computer and Structures, Inc., 2004. [5] 北京金土木软件技术有限公司. SAP2000中文版使用指南[M].北京：人民交通出版社，2006. [6] 柳国环,陆新征,李敏. 大跨、高层结构动力弹塑性和倒塌分析（I）:原理、MSC.MARC子程序开发与验证[J].建筑结构，2014,44（4）：******. [7] 柳国环,陆新征. 大跨、高层结构动力弹塑性和倒塌分析（II）:纤维程序UMAT原理与开发[J]. 建筑结构，2014,44（4）：******. [8] GB 50010－2010 混凝土结构设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2011. [9] JGJ 3—2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2011. |
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