LUSAS岩土特色介绍

LUSAS支持查看定义的P-Y曲线数据。

土和结构相互作用

LUSAS 岩土在一个模型/场景中实现了土和结构的真正相互作用。目前版本V19中，LUSAS提供的模拟岩土-结构相互作用的材料有PY曲线材料模型，三线土压力材料模型，摩尔库伦界面材料模型，各类结点弹簧材料模型，滑移线材料模型等。

非线性混凝土

遵循规范，超越规范

p-y曲线材料模型

通过定义土层、p-y曲线数据和相关设置建立三维梁单元和表示桩周土体的土弹簧模型（支持港口工程桩基规范 JTS167-4-2012）

选项设置

l 为黏性土或无粘性土指定一个P-Y曲线

l 描述（只用于无粘性土）选项：砂土、粉土、淤泥、砾石或用户自定义

l 相对密度（只用于无粘性土）选项：非常松散、松散、中密、密实、非常密实

l 曲线支持的规范有：API RP2A-WSD、DNV-OS-J101、ISO 19902:2007、JTS 167-4-2012

三线土压力材料模型

三线土压力结点材料简化了各种土-结构相互作用的模拟问题。它创造了一个分段线性结点材料属性，产生与结构挠度相关的土压力。沿垂直轴，土压力随深度增加而增加。可以定义多个属性来表示土层分布或由于水的存在而产生的属性变化。

有关三线性土压力对话框竖向土压力和水平土压力的参数释义如下所示。

地基反力系数

比例常数，被称为路基反应模量，是土体刚度的量度，在三线土压力侧压力对话框中定义，用斜率kh表示。一般认为，对于超固结粘性土，kh近似随深度保持不变。在颗粒土和一些正常固结的黏土中，通常假定kh随深度线性增加。通常可以通过现场和三轴试验获得合适的kh值。

摩尔库伦界面材料

滑移线

LUSAS 岩土提供各种土-结构工程相互作用的材料以及非线性开裂混凝土材料模型，并提供各种岩土工程相关结构计算规范供用户计算校核。

p-y曲线法，指在水平往复/非往复荷载作用下，泥面下Z深度处桩的水平土抗力和该点侧向水平变形的关系曲线，是一种可考虑土体非线性效应的复合地基方法。

LUSAS将桩简化为一系列连续的梁单元，桩周土体简化为与梁单元连接的结点土弹簧模型，不同深度的土弹簧特性用p-y材料模型表示。除描述水平抗力和水平挠度的p-y曲线外，LUSAS还定义了表示桩土抗力位移关系的t-z（桩侧荷载-位移）和Q-z（桩端荷载-位移）特性曲线。

LUSAS 嵌入式桩模型p-y曲线材料定义

各类结点单元

摩尔库伦弹-塑性界面材料可以用于模拟土-结构界面，材料模型表现为在垂直于界面的法向限定一个极限拉力准则以及在界面切线方向摩尔库伦准则，且必须用于连续单元。

摩尔库伦界面材料可以和二维或三维界面单元一起使用，它允许模拟标准弹塑性滑动界面以及土体的应变硬化、软化和膨胀特性。采用经典的莫尔-库仑关系来定义界面上的破坏条件，用界面上的滑移来控制膨胀速率和摩擦角的劣化，同时也可以控制黏聚力的变化。

模型假定接触面对任何方向的滑动阻力是已发生的滑移量的函数，且与到达当前点的路径无关。

右图为接触面摩尔库伦界面材料破坏曲线，当法向应力不变时，通过控制摩擦角随着滑移位移的减小，土体的抗剪强度降低，且抗剪强度符合摩尔库伦准则τ=c+σ*tanφ

LUSAS提供多种非线性结点材料可用于模拟土-结构的相互作用关系，简单列举如下，详细模型本构介绍见《LUSAS求解手册》和《LUSAS理论手册》

通用线性结点模型

定义弹簧刚度、质量、线膨胀系数以及阻尼系数等基本材料属性

标准非线性弹-塑性结点模型

结点类型：弹塑性（拉压相等），该模型结合了弹-塑性和各向同性硬化，并假设拉伸和压缩屈服条件相等。

结点类型：弹塑性（拉压不等），该模型结合了弹-塑性和各向同性硬化，并假设拉伸和压缩屈服条件不相等。

非线性弹-塑性：拉压相等

非线性弹-塑性：拉压不等

非线性平顺接触结点模型

定义具有初始间隙的平顺接触非线性结点模型

非线性摩擦接触结点模型

定义具有初始间隙的摩擦接触非线性结点模型

非线性平顺接触

非线性摩擦接触

粘-弹性阻尼

结点类型：粘性阻尼 - 开尔文

结点类型：粘性阻尼 - 四参数实体

定义了一般预加载粘弹性阻尼结点模型的材料特性。四参数实体模型由三个弹簧和一个阻尼器组成。也可适当的将刚度设为零，允许模型退化为开尔文(K2=0, K3=0)或麦克斯韦(K1=0, K2或K3=0)模型。

粘-弹性四参数实体模型

粘-弹性阻尼

结点类型：隔震器

隔震器(LRBs)通常是由低阻尼天然橡胶和预成型的中心孔组成，在中心孔中压装铅芯。中心铅芯提供了一种额外的能量耗散手段，铅芯吸收的能量减少了隔离器的横向位移。该系统在一个单元内提供了垂直负载支撑、水平柔性、回复力和阻尼的综合功能。

在侧向变形下，铅芯几乎是纯剪切变形，在较低的应力水平下屈服(常温下剪切约为8 ~ 10 MPa)，并产生多次循环稳定的滞回行为。与低碳钢不同，铅在常温下(约20°C)会再结晶，因此反复屈服不会导致疲劳失效。隔震器通常表现出抗压强度，以确保在使用荷载下的刚度。

隔振器模型和滞回行为

具有滞回阻尼的滑动/摩擦摆系统

结点类型：摩擦摆模型

摩擦摆系统(FPS)轴承由球面滑动面和铰接滑块组成，滑块表面采用高压承载材料。轴承的安装方式可以如下所示，也可以倒置，球面朝下。无论安装方法如何，其行为都是相同的。

FPS模型和原理图

分段线弹性结点模型

结点类型：分段线性结点

定义了一般分段线性弹性结点模型的材料特性。耦合版本定义了与轴向或法向变形有关的所有自由度的力-变形关系；而非耦合版本则独立定义各个自由度的关系。

具有N个分段的分段线性曲线

分段线性滞回结点模型

结点类型：分段线性结点

定义了具有基本迟滞规律的一般多段线性无弹性结点模型的材料。耦合版本定义了与轴向或法向变形有关的所有自由度的力-变形关系；而非耦合版本则独立定义各个自由度的关系。

具有滞回行为的分段线性曲线

分段线性复合滞回结点模型

结点类型：分段线性结点

定义了具有复杂复合滞回特性的一般多线性非弹性关节模型的材料性质。耦合版本定义了与轴向或法向变形有关的所有自由度的力-变形关系；而非耦合版本则独立定义各个自由度的关系

轴向力相关的分段线性结点模型

基于轴向力定义了各自由度的分段线性弹性力-变形曲线。该模型可用于塑性铰链的推覆分析。

用户自定义结点模型功能允许LUSAS使用用户提供的结点单元子程序。通过用户提供的子程序，实现对解前和解后的本构处理和非线性状态变量输出的控制访问。

用户自定义非线性结点属性

默认情况下，这些程序作为空程序提供，并定义了不可更改的接口。外部开发的代码应该放在这些程序中，然后链接到LUSAS系统。源代码访问可用于这些接口程序，对象库访问可用于剩余的LUSAS代码，以支持使用此功能。

滑移线，用于模拟接触和冲击问题，或者用于连接不一致的网格，适用于一些没有相关的接触经验或者理论，无法确定接触模型的情况。在接触点没有相关经验的情况下具有优势。滑移线的应用范围有：炮弹冲击、车辆碰撞性能、涡轮叶片失效、干涉配合以及岩石节理和螺栓/板连接。

滑动线的特性被用来模拟主从特征之间的接触相互作用，比如接触刚度、摩擦系数、温度依存性等。下图显示了一个接触应用示例，用滑移线连接两个不同粗糙程度的网格，避免了不同网格密度之间的阶梯式网格细化。

捆绑滑移线连接

LUSAS长期以来一直以其先进的分析能力而闻名，多年来与该领域的顶尖研究人员合作开发了混凝土开裂和破碎材料模型。版本18将该技术与随时间变化的徐变和收缩混凝土材料模型结合起来，以允许对使用中的结构进行全面分析。现在，您可以更好地评估现有混凝土结构，并更好地预测快速浇筑或邻近现有材料的混凝土。

对于早期的混凝土，在此推出一个全新的分析方法。湿热分析可以通过混凝土混合料、形状、暴露面、绝缘面、环境条件等，并考虑到随时间放热反应的水的可用性，确定混凝土主体的的水化热。这个方法可以避免使用“典型”的产热曲线，尽管为了比较的目的仍然可以利用这些。

将湿热分析和结构力学分析相结合，将开裂、破碎、蠕变和收缩技术融入，从而能够确定时间和龄期相关的变形、应力、裂缝宽度等，并超出国际实践中规范的范围。

湿热分析

l 模拟混凝土从浇筑到老年随时间的变化

l 考虑混凝土固化至所需详细程度时的时间相关环境条件，如每日温          度和湿度循环

l 模拟模板（和环境）对混凝土的热量和水分传递的影响

l 预测混凝土固化时产生的内热，以便识别可能导致混凝土开裂的任          何过大温度梯度

l 通过水分的迁移和饱和度计算混凝土固化时的收缩量

l 考虑混凝土受力时固化期间发生的蠕变应变。

l 模拟材料属性E、fc和ft的演变

l 预测混凝土完全（或部分）固化时的破坏，如果网格足够细，则获          得裂缝宽度的估计值

l 评估开裂、徐变、收缩以及破碎，所有这些都可以在一个“非线性混凝土”对话框中被定义

l 随着变形、应力和裂纹随时间的发展，以全4D方式建模

l 与壳单元和连续体(2D和3D)一起使用

综合非线性混凝土

l 基于Cardiff大学的最新研究，开裂和压碎行为可以          利用自己的材料强度资料或实施规范来研究。

l 裂缝宽度可以通过第一条准则在混凝土的任何地方进       行评估，或者是根据EN1992对钢筋和钢筋之间的裂       缝进行评估。

l 开裂和收缩的评估可以根据AASHTO, EN1992-1-1,       CEB-FIP Model Code 1990, EN1992-2, fib Model       Code 2010, IRC:112, and JTG 3362-2018,                   Zhu(1999) Mass concrete (China)，或者用户自己        定义。

-遵循规范，超越规范

早期混凝土：湿热分析

l 基于水的可用性，对水化热建模，优先于“典型”曲线

l 评估任何形状，任何混凝土混合物，任何环境情况（随时间变化）

l 可提供I、II、III、V型水泥或用户定义的化学成分。包括PFA和GGBS

l 将湿热耦合到结构分析，以获得随时间和龄期变化的变形、应力和开裂

-功能

-汇总

-合理的，灵活的

l 根据EN1992的第一条原则，使用混凝土龄期的适用强度，通过裂缝宽度计算评估裂缝和压碎

l 根据EN1992或者CEB-FIP 评估蠕变和收缩。

l 超越过时的规范例如BD28/87 或者通用方法例如CIRIA C660

l 实施假设情况，例如保持暴露在空气中的表面湿润，或在浇筑前预冷却混凝土

生成随时间变化的混凝土温度、收缩和热应变，或水分布等图表

查看每个施工阶段每个时间步的结果，并绘制外部和内部的计算裂缝宽度。