单元的选取

ABAQUS提供了广泛的单元，其庞大的单元库为用户提供了一套强有力的工具以解决多种不同类型的问题。每个单元有五个方面的表征，分别是：单元族（实体单元、壳单元、梁单元和刚形体单元）、自由度、节点数目、数学描述和积分。

连梁采用实体单元，在选择单元类型时，应遵循以下原则：

（1）尽可能的减小网格扭曲，使用扭曲的线性单元粗糙网格会得到相当差的结果。

（2）对于模拟网格扭曲十分严重的问题，应用网格细划的线性、缩减积分单元（CAX4R、CPE4R、CPS4R、C3D8R）。

（3）对三维问题应尽可能地采用六面体单元，它们以最低的成本给出最好的结果，当几何形状复杂时，还需要楔形和四面体单元辅助划分，这些单元的一阶模式（C3D4和C3D6）是较差的单元（需要细划网格以取得较好的精度）。

（4）作为结论，仅当必须完场网格剖分时，才不得不应用这些单元；对于小位移无接触问题，二次四面体单元（C3D10）或修正的二次四面体单元（C3D10M）能够给出合适的结果，无论采用何种四面体单元，所用的分析时间都长于采用了等效网格的六面体单元，不能采用近包含线性四面体单元（C3D4）的网格，除非使用相当大量的单元，否则结果是不精确的。

在有限元模型中，钢筋模拟一般可采用分离式和组合式两种方式。其中，分离式是将每根钢筋单独建模，再通过节点耦联或嵌入等方法使之与混凝土为一体；组合式是指将钢筋弥散到墙体内，直接在分层壳单元中定义，优点是建模方便、计算量小，但对于钢筋分布不均匀的区域不够准确，在ABAQUS中可通过分割平面分别定义不同区域钢筋解决该问题。

综合考虑钢筋两种建模方式的优缺点，并进行计算对比分析后，本书选用分层壳单元并结合钢筋分离式建模模拟联肢墙结构。底梁采用刚体。为保证计算精度，通过网格收敛性研究确定网格大小。

本书采用ABAQUS中带有的S4R单元来模拟剪力墙墙片。S4R单元为四节点四边形有限薄膜应变线性减缩积分壳单元，其性能稳定，使用范围很广。程序中该单元使用积分（Reducedintergration）和沙漏（hourglass）控制，适合于大应变或者很高的应变梯度等情形，在形成单元刚度时使用减缩积分，能得到更精确的结果并显著地减少运算时间，特别是在三维空间问题中，其优势更加明显。

混凝土的本构关系是描述混凝土在多轴应力作用下的应力-应变关系的重要参数。常用的混凝土材料模型有混凝土弥散裂纹模型和混凝土损伤弹塑性模型两种。在混凝土弥散裂纹模型中，材料的弹性性能由线弹性模型定义，定向损伤弹性的概念描述材料开裂后的弹性行为，采用各向同性硬化屈服面反映材料受压特性。该模型忽略了混凝土材料在拉压过程中塑性积累和刚度退化。混凝土塑性损伤模型引入损伤概念，对混凝土弹性刚度矩阵加以折减以模拟混凝土卸载刚度随损伤增加而降低的特点，并将非关联硬化引入混凝土弹塑性本构模型中，能较好地描述混凝土在往复荷载作用下的力学行为，比较适合模拟地震作用下混凝土结构的行为。因此，为了更好地模拟荷载作用下普通混凝土及FRC的开裂变形，本文采用混凝土损伤塑性模型模拟基体材料的本构。