为了能够准确模拟试验，应用了商业有限元软件LS-DYNA 进行模型分析，前期采用ANSYS前处理器进行建模工作，后期采用LS-PREPOST进行建模工作。
（1）几何和单元模型。
在模型构建初期，为了能够快速进行建模来分析网格尺寸对模拟结果的影响，整体模型完全采用相同尺寸的网格。共采用三种模型网格尺寸，分别为5mm，10mm，20mm。通过对比发现加密网格对模型的计算结果几乎没有影响，最终选用20mm 的网格尺寸缩短计算时间。为了准确得到子结构试件关键部位的破坏机理，对节点核心区和梁端网格进行细分，两种网格尺寸分别为8.5mm×8.5mm×10mm 和8.5mm×8.5mm×20mm。模型中钢筋采用截面有20mm×20mm 高斯积分点的Hughes-Liu梁单元，单元长度和混凝土单元尺寸匹配，全部为20mm。由于忽略钢筋的受剪作用，所以梁单元的剪切因子为0。混凝土建模采用缩减积分的实体单元，通过关键字*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID将钢筋与混凝土之间的关系设置为完美黏结。有限元模型并未建立混凝土支座，而是通过对梁端节点施加完全约束来代替，梁与穿柱钢筋完全按照实际位置建立，有限元模型如图2-4所示。由于在试验中，构件的柱头仅起到传力作用未产生破坏，因此将柱头位置设为弹性并提高刚度，并进一步取消柱头内钢筋减小模型计算量。改变柱头刚度获得的承载力曲线如图2-5所示，对比发现上述简化对模型几乎没有影响。
图2-4 有限元模型
图2-5 不同柱头刚度承载力曲线对比
（2）材料模型及加载方式。
钢筋材料模型选用*PLASTIC_KINEMATIC材料关键字，通过定义钢筋的弹性模量、屈服强度、切线模量和失效应变来确定钢筋的本构模型。所有应用的数据均来自钢筋的拉伸试验，并进行了钢筋模型的本构与拉伸试验的结果对比，对比曲线图如图2-6所示，分析发现拟合效果较好。
混凝土材料模型选用*CSCM_CONCRETE材料关键字，该模型为盖帽模型。简单材料参数卡片只需用户输入材料的无侧限抗压强度即可，模型能够自动计算出所需参数。该模式适用于轴心抗压强度为20 MPa到58 MPa，且骨料粒度为8mm 到32mm 之间的混凝土材料。其中，骨料粒度只影响破坏方程的软化段[23]。混凝土本构模型如图2-7所示。由于实体单元采用缩减积分计算，所以通过应用沙漏模式来修正模型的能量计算，采用第四种沙漏模式，系数为0.05。
为模拟在柱头位置施加位移控制，在中柱上方建立了刚体板，通过对刚体板施加位移来控制加载过程。中柱柱头与刚体板之间接触应用关键字*AUTOMATIC_SINGLE_SUREACE来定义。根据前文所述，网格尺寸在一定范围内对模拟结果几乎没有影响，为了节省计算时间，通常采用20mm 网格的模型验证加载时间对模型承载力曲线的影响。模型初始采用1 s加载，得到结构位移承载力曲线，并进行了能量分析，如图2-8所示。通过分析可以发现，结构动能相对于结构内部总能量来说，只有在初始加载很短的时间内比较显著，随着加载进行，两者比值在极短的时间内接近于0，所以可以忽略加载时产生的动能对模型的影响。
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图2-6 钢筋本构模型对比
图2-7 CSCM简单模型混凝土无侧限抗压强度（正值为拉伸，负值为压缩）
图2-8 20mm网格结构动能与总内能之比
（3）模拟结果与试验结果对比。
图2-9给出了与静力试验相同工况下的中柱头承载力位移曲线和试验结果对比，从压拱机制峰值对应位移和悬链线机制峰值对应位移可以看出，模拟结果与试验结果吻合得较好。其中，模拟结果中压拱机制峰值为26kN，试验中压拱机制峰值为28kN，两者相差约7.1%，从而认为模拟所得承载力曲线是准确的。通过模型模拟的破坏方式与试验试件的破坏方式对比发现，破坏位置及钢筋断裂位置都位于节点核心区附近，非常吻合，如图2-10本构。通过承载力曲线验证及破坏模式对比，可以有效验证该数值模型的正确性。
图2-9 模拟与试验承载力曲线对比
图2-10 破坏形式对比
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