VecTor2软件介绍：专业的钢筋混凝土非线性分析工具

1）背景知识

对于结构工程的研究生，数值模拟是我们科研过程中必备的技能，目前我们国内常用于钢筋混凝土结构分析的有限元软件可以大致分为三类：

1、第一类是功能强大的商业软件如ABAQUS、ANSYS、等，这类大型商业软件通常采用实体单元，计算速度偏慢，对电脑要求高，特别是做往复加载时会非常容易出现难以收敛的问题，模拟混凝土单元剪切效果很差；

2、第二类是杆系结构纤维截面软件如OpenSees、SeismoStruct、Sap2000等，这类软件适合分析多高层整体结构，当然也可以做精细化的构件分析，但常常需要和零长度弹簧单元结合使用才能达到精细化的模拟效果，具体可参考我的SeismoStruct系列视频（1）-（6）以及SeismoStruct软件介绍帖，里面详细介绍了SeismoStruct里最基本的梁、柱、节点（包含零长度弹簧使用）、剪力墙、填充墙、整体框架的拟静力、动力分析；

3、第三类是不为大家所熟知的一些专门针对钢筋混凝土结构开发的轻质小软件如：多伦多大学Vecchio 团队开发的系列软件 VecTor2 到 VecTor6，其分析的对象涵盖平面模型到立体模型，从试件到子结构，从静力到冲击爆炸荷载作用，还有ATENA 等，这类软件的专业性非常强，其理论背景非常完善，包括了各种混凝土、钢筋、粘结滑移本构，并且针对钢筋混凝土结构裂缝也能很好模拟，特别是针对模拟混凝土剪切破坏、剪切裂缝问题。

2）VecTor2 介绍

VecTor2 是一套专门针对钢筋混凝土非线性有限元分析的程序，由多伦多大学的 Vecchio 团队历经多年对钢筋混凝土结构的研究和对有限元法的应用基础上编制而成（多伦多大学的 Vecchio教授和Collins是混凝土基本理论领域的杰出人物，大家可以百度了解）。得益于Vector系列软件专业的理论背景，它在模拟钢筋混凝土结构中有独特的优势，不管是静力、拟静力往复加载、还是动力加载，它能够准确模拟钢筋混凝土单元的剪切效应，这点是其他有限元软件很难做到的。在建模中，我们无须考虑太多，如混凝土本构、粘结滑移弹簧、钢筋本构等该怎么选择、只要我们实实在在地按照实际结构建出来，得到的模拟结果基本都能够很好和试验结果吻合，并不需要为了吻合试验而调参数。另外如果做空间构件分析可以下载VecTor3，其建模过程和VecTor2一样。具体过程如下：

1、定义材料（混凝土、钢筋、砌体等各种材料）

混凝土我们只需定义抗压强度一个参数、软件里默认的本构已经足够分析使用，其中混凝土中的箍筋是弥散在混凝土里考虑的，通过定义箍筋的体积配筋率、强度弥散在混凝土中；钢筋可以定义变形钢筋、预应力钢筋、只有拉钢筋、记忆合金等等。

2、粘结滑移材料（变形钢筋、光圆钢筋、无粘结预应力筋与混凝之间的粘结滑移，包含几种经典的粘结滑移本构，如下图），只需定义约束系数，纵筋最小间距等确定好粘结滑移属性，然后在建立模型时选择建好的粘结滑移属性，软件会自动在纵筋和混凝土单元之间帮我们插入粘结滑移弹簧。

3、绘制几何模型（混凝土、钢筋、支座等模型，再将混凝土、钢筋、粘结材料赋给相应区域、最后划分网格后，模型建立完毕。如下图）

4、定义边界条件、加载分析步、加载时间后即可提交计算，计算速度非常快（稍逊于OpenSees和SeismoStruct等纤维梁单元）。

5、后处理查看结果

查看不同加载时刻的变形和裂缝分布、裂缝宽度：

查看混凝土应变：

查看混凝土主拉压应力、应力迹线：

查看混凝土单元不同时刻摩尔应力圆、单元截面剪应力等：

查看钢筋应力：

最后，Vector软件很小，不到15M，但是功能确异常强大，特别是模拟钢筋混凝土结构有独特的优势，因为其背后是一套完整的混凝土基本理论（这些理论在我国混规、美国ACI、欧规EC都有体现）；此外，Vector系列里面各种丰富的材料类型、本构、粘结滑移本构、单元、后处理功能无法各个介绍，有兴趣的同学可以下载软件自己探索。

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