OenSEES圓柱抗震性能試驗(yàn)和有限元模擬

柱截面彎矩-曲率關(guān)系的分析與梁相似（柱存在軸力）壓彎構(gòu)件荷載-撓度單調(diào)曲線的非線性全過(guò)程分析主要區(qū)別：pN12nPNmL０二次矩分層法壓彎構(gòu)件荷載-撓度單調(diào)曲線非線性全過(guò)程分析框圖下降段的處理塑性鉸的處理卸載加載P反向加載反向卸載壓彎構(gòu)件荷載-撓度滯回曲線模擬的目的試驗(yàn)滯回曲線滯回規(guī)則滯回規(guī)則+骨架曲線=恢復(fù)力滯回模型Clough恢復(fù)力模型Clough模型是雙線性模型，在這一模型中，構(gòu)件剛度不受混凝土裂縫對(duì)其帶來(lái)的影響，當(dāng)所加荷載超過(guò)構(gòu)件屈服強(qiáng)度后，在卸載過(guò)程中，發(fā)生剛度降低的現(xiàn)象，這一模型構(gòu)成簡(jiǎn)單，便于理解，在初期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)彈塑性分析中，經(jīng)常被使用。武藤恢復(fù)力模型武藤模型是三線性模型，以此來(lái)考慮構(gòu)件發(fā)生混凝土開(kāi)裂、鋼筋屈服等現(xiàn)象，模型體現(xiàn)的變化規(guī)律比較簡(jiǎn)單。此模型特點(diǎn)是卸載剛度恒定，卸載剛度不隨塑性變形增大而發(fā)生變化，所以不能準(zhǔn)確地模擬較大程度的剛度降低現(xiàn)象。武田恢復(fù)力模型武田模型是三線性模型，能夠較為精確地模擬鋼筋混凝土構(gòu)件在反復(fù)荷載作用下的彈塑性反應(yīng)，現(xiàn)階段在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)彈塑性反應(yīng)分析中，這一模型得到了非常廣泛的應(yīng)用。在該模型中屈服前的卸載方向不指向原點(diǎn)，而是指向相反方向的開(kāi)裂點(diǎn)。屈服后卸載，剛度發(fā)生降低。帶軟化段的恢復(fù)力骨架曲線模型的提出根據(jù)影響荷載－撓度關(guān)系的影響參數(shù)，如：混凝土強(qiáng)度、縱筋配筋率、體積配箍率、軸壓比、剪跨比等參數(shù)的大量計(jì)算結(jié)果多元回歸分析得到。特征參數(shù)回歸系數(shù)1.9790.8621.0681.9862.096-0.0630.1892.275-0.4852.092-0.2042.0912.070-0.2150.1192.2220.0221.298-0.0971.2801.454-0.008-0.1121.1603.919-0.7563.125-1.0463.3540.1610.3053.8484.657-1.9003.559-3.7754.6210.3330.0560.765三折線恢復(fù)力骨架曲線模型的驗(yàn)證三折線恢復(fù)力滯回模型的驗(yàn)證第一次程序大作業(yè)自己查找柱構(gòu)件偽靜力試驗(yàn)的文獻(xiàn)(方柱、圓柱、組合柱)針對(duì)試驗(yàn)構(gòu)件建立分析模型在OpenSees中進(jìn)行滯回曲線的模擬完成研究報(bào)告（包括試驗(yàn)介紹，分析步驟，分析結(jié)果的討論——Word文件）準(zhǔn)備PPT最終上交文檔內(nèi)容（PPT，Word文件及紙質(zhì)研究報(bào)告一份）時(shí)間：下周四（討論）鋼筋混凝土圓柱抗震性能試驗(yàn)和有限元模擬為研究鋼筋混凝土圓柱的抗震性能，對(duì)軸壓比為0.45的鋼筋混凝土圓柱進(jìn)行了偽靜力實(shí)驗(yàn)?；贠penSEES的纖維模型，對(duì)柱水平力--位移曲線進(jìn)行了有限元模擬。1.1試驗(yàn)工況及材料的力學(xué)性能1.試驗(yàn)研究試驗(yàn)工況砼強(qiáng)度f(wàn)c（Mpa)軸壓比材料性能箍筋縱筋H-156.20.45屈服/抗拉強(qiáng)度（MPa)402353.4H-272.90.45彈性模量（MPa)2.01×10^52.01×10^51.2試件尺寸及配筋圓柱高為1260mm，直徑為180mm。具體尺寸和配筋參數(shù)如圖所示。1.3加載方案建研式加載裝置示意先將豎向軸力加至預(yù)定軸壓比,然后開(kāi)始水平加載試驗(yàn),試驗(yàn)過(guò)程中隨時(shí)調(diào)整油壓以保持軸力的穩(wěn)定。水平加載制度:模型柱受拉縱筋屈服前,采用力控制加載,每級(jí)荷載循環(huán)一次;縱筋受拉屈服后改為位移控制加載,每級(jí)加載位移為屈服位移的0.5倍,各級(jí)位移下循環(huán)兩次以考察模型柱承載力及剛度的退化情況。當(dāng)試件承載力下降到極限承載力的80%以下時(shí),認(rèn)為試件已喪失承載能力而結(jié)束試驗(yàn)。1.4試驗(yàn)結(jié)果H-1的水平力和位移滯回曲線H-2的水平力和位移滯回曲線2.OpenSEES有限元分析2.1OpenSEES分析介紹建模要求先將所分析的對(duì)象劃分結(jié)點(diǎn)和單元，再定義荷載，施加約束，建模命令包括：結(jié)點(diǎn)(node)、質(zhì)量(mass)、材料(material)、截面(section)、約束(constraints)、單元(element)、荷載(loadpattern)等。通過(guò)這些命令建立所分析對(duì)象的結(jié)點(diǎn)位置、約束形式、材料特性、截面恢復(fù)力模型、外加荷載等。2.1.1OpenSEES建立模型2.1.2非線性分析建模完成后，程序進(jìn)入非線性工作階段。OpenSEES有豐富的模塊設(shè)置并完成非線性分析過(guò)程。這些模塊包括：非線性方程組的約束處理方式(constraints)、結(jié)點(diǎn)自由度編號(hào)優(yōu)化(numberer)、非線性方程存取計(jì)算方法(system)、積分法則(integrator)、迭代準(zhǔn)則(algorithm)、容差判斂精度(test)等。每個(gè)模塊又包含了多種選項(xiàng)供用戶靈活調(diào)用。2.1.3結(jié)果輸出

在結(jié)果記錄和輸出階段，OpenSEES程序主要提供的是Recorder模塊?？蛇x的輸出、記錄選項(xiàng)包括：非線性時(shí)程分析過(guò)程中各時(shí)刻結(jié)點(diǎn)的位移、速度、加速度、位移增量；時(shí)程分析過(guò)程中各時(shí)刻單元的桿端力、桿端變形，截面抗力、變形和剛度的變化情況。2.2OpenSEESTCL語(yǔ)言編程

基于OpenSEES中的纖維模型，對(duì)所介紹的試驗(yàn)進(jìn)行了OpenSEES的有限元模擬，具體的編程介紹如下。2.2.1定義量綱(units)OpenSEES中的量綱定義分為基本量綱和其它量綱。例：setNT1.0;#基本量綱力NT

setkN[expr1000*$NT];#其它量綱kN=1000NT定義的量綱或參數(shù)若為表達(dá)式，則用[expr$x*$y]表示。expr=expression注意:編程中#后語(yǔ)句起解釋說(shuō)明作用，為不執(zhí)行語(yǔ)句，相當(dāng)于Matlab中的%；所有定義的參數(shù)如在編程中引用，前面須加$號(hào)；除特殊說(shuō)

明，例子均為有限元分析中的語(yǔ)句

。2.2.2建立模型wipe;#清除之前定義的所有模型1.定義模型的維度和自由度modelBasicBuild–ndm$ndm<-ndf$ndf>例：modelBasicBuild–ndm2–ndf3;

#模型為2維3個(gè)自由度2.定義結(jié)點(diǎn)node$nodeTag(ndm$coords)例：node100;#定義結(jié)點(diǎn)1的坐標(biāo)x、y為(0,0)3.定義三結(jié)點(diǎn)三質(zhì)量ma三ss$n三od三eT三ag三(三nd三f三$m三as三sV三al三us三)例：ma三ss1三2三0;三#定義三結(jié)點(diǎn)1的x方向三質(zhì)量三為2三(此命三令在三此程三序中三未應(yīng)三用)當(dāng)進(jìn)三行時(shí)三程反三應(yīng)分三析時(shí)三需要三指定三質(zhì)量三。4.定義三約束三（邊三界條三件）fi三x$n三od三eT三ag三(三nd三f三$C三on三st三Va三lu三es三)例：fi三x1三1三1三1;三#定義三結(jié)點(diǎn)1的x、y、z三向三約束三，即三為固三定端三。0表示三未約三束，1表示三約束。5.定義三材料三的應(yīng)三力-應(yīng)變?nèi)P(guān)系un三ia三xi三al三Ma三te三ri三al三C三om三ma三nd鋼筋三混凝三土纖三維模三型示三意圖纖維三模型三須分三別定三義截三面各三部分三的本三構(gòu)關(guān)三系：(1三)、箍筋三約束三砼的三本構(gòu)三關(guān)系；(2三)、保護(hù)三層素三砼的三本構(gòu)三關(guān)系；(3三)、鋼筋三的本三構(gòu)關(guān)三系。箍筋三約束三混凝三土采三用Ma三nd三er模型式中三各參三數(shù)含三義請(qǐng)三查閱Ma三nd三er三1三99三8原始三文獻(xiàn)三。Co三nc三re三te三0三1單調(diào)三與滯三回本三構(gòu)關(guān)三系un三ia三xi三al三Ma三te三ri三al三C三on三cr三et三e0三1$m三at三Ta三g三$f三pc三$三ep三sc三0三$f三pc三u三$e三ps三u三$l三am三bd三a三$f三t三$E三ts單調(diào)三應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€滯回三應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€(1三)定義三箍筋三約束三混凝三土的三應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)P(guān)系un三ia三xi三al三Ma三te三ri三al三C三on三cr三et三e0三1$m三at三Ta三g三$f三pc三$三ep三sc三0三$f三pc三u三$e三ps三u三$l三am三bd三a$f三t三$E三tsse三tID三re三in三f2;#約束三混凝三土區(qū)三編號(hào)se三tfc三1f[e三xp三r三–(三$f三c0三*(三-1三.2三45三+2三.2三45三*s三qr三t(三1+三7.三94三*$三y2三/$三fc三0)三-2三*$三y2三/$三fc三0]三;#峰值三應(yīng)力se三tep三s1三f[e三xp三r三2.三0*三$f三c1三f/三$E三c]三;#峰值三應(yīng)變se三tep三s2三f[e三xp三r三3.三0*三$e三ps三1f三]三;#極限三應(yīng)變se三tfc三2f[e三xp三r三($三fc三1f三*(三$e三ps三2f三/$三ep三s1三f)三*$三R)三/(三$R三-1三+p三ow三($三ep三s2三f/三$e三ps三1f三,$三R)三]三;#極限三應(yīng)力se三tla三mb三da0.三15三;#極限三應(yīng)變?nèi)男度d斜三率和三初始三斜率三比se三tft三u[e三xp三r三-$三fc三1u三/1三0.三0]三;#抗拉三強(qiáng)度se三tEt三s[e三xp三r三-$三Ec三/2三]三;#抗拉三軟化三剛度un三ia三xi三al三Ma三te三ri三al三C三on三cr三et三e0三2$I三Dr三ei三nf三2三$三fc三1f三$三ep三s1三f三$f三p2三f三$e三ps三2f三$三la三mb三da$f三tu三$三Et三s;注意三：模三型中三的各三參數(shù)三設(shè)置三需按三照命三令格三式中三的順三序，三而參三數(shù)符三號(hào)可三自行三定義三。實(shí)三際上三是主三程序三與子三程序三之間三的實(shí)參三虛參調(diào)用(2三)定義三未約三束混三凝土三的應(yīng)三力-應(yīng)變?nèi)P(guān)系un三ia三xi三al三Ma三te三ri三al三C三on三cr三et三e0三1$m三at三Ta三g三$f三pc三$三ep三sc三0三$f三pc三u三$e三ps三u三$l三am三bd三a$f三t三$E三ts三;se三tID三co三nc三u1;#未約三束砼三編號(hào)se三tfc三1u$f三c;#峰值三應(yīng)力se三tep三s1三u-0三.0三02三;#峰值三應(yīng)變se三tfc三2u[e三xp三r三0.三2*三$f三c]三;#極限三應(yīng)力se三tep三s2三u-0三.0三05三;#極限三應(yīng)變un三ia三xi三al三Ma三te三ri三al三Co三nc三re三te三01$I三Dc三on三cu三$三fc三1u三$三ep三s1三u三$f三c2三u三$e三ps三2u三$三la三mb三da三$三ft三$三Et三s;St三ee三l三02單調(diào)三與滯三回本三構(gòu)關(guān)三系un三ia三xi三al三Ma三te三ri三al三S三te三el三02$m三at三Ta三g三$F三y三$E三$三b三$R三0三$c三R1三$三cR三2三$a三$三b三$c三$三d;St三ee三l三02單調(diào)三應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€St三ee三l三02滯回三應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€(3三)定義三鋼筋三的應(yīng)三力-應(yīng)變?nèi)P(guān)系un三ia三xi三al三Ma三te三ri三al三S三te三el三02$m三at三Ta三g三$F三y三$E三$三b三$R三0三$c三R1三$三cR三2三$a三$三b三$c三$三d;se三tID三st三ee三l3;#鋼筋三區(qū)編三號(hào)se三tFy[e三xp三r三35三3.三4*三$M三Pa三];#鋼筋三屈服三應(yīng)力se三tEs[e三xp三r三2.三0e三5*三$M三Pa三];#初始三彈性三模量se三tBs三0三.0三00三85;#應(yīng)變?nèi)龔?qiáng)化三比se三tR018三.5三;se三tcR三10.三92三5;se三tcR三20.三15三;#R三0、cR三1、cR三2是鋼三筋由三彈性三階段三向塑三性階三段的三控制三點(diǎn)6.纖維三截面三單元三的劃三分se三ct三io三n三Fi三be三r$s三ec三Ta三g三;pa三tc三h三ci三rc$m三at三Ta三g三$n三um三Su三bd三iv三Ci三rc三$三nu三mS三ub三di三vR三ad三$三yC三en三te三r三$z三Ce三nt三er三$三in三tR三ad三$三ex三tR三ad三<三$s三ta三rt三An三g三$e三nd三An三g>三;la三ye三r三ci三rc$m三at三Ta三g三$n三um三Ba三r三$a三re三aB三ar三$三yC三en三te三r三$z三Ce三nt三er三$三ra三di三us三<三$s三ta三rt三An三g三$e三nd三An三g>三;砼截三面單三元?jiǎng)澣质救鈭D鋼筋三單元三分布三示意三圖纖維三單元三的劃三分se三ct三io三n三Fi三be三r$C三ol三Se三cT三ag;三#纖維三截面pa三tc三h三ci三rc$m三at三Ta三g三$n三um三Su三bd三iv三Ci三rc三$三nu三mS三ub三di三vR三ad三$三yC三en三te三r三$z三Ce三nt三er三$三in三tR三ad三$三ex三tR三ad三<三$s三ta三rt三An三g三$e三nd三An三g>三;se三tnf三co三re三C三25三;#核心三砼沿三周長(zhǎng)三方向三的纖三維數(shù)se三tnf三co三re三R三21三;#核心三砼沿三半徑三方向三的纖三維數(shù)se三tnf三co三ve三rC三2三5;#保護(hù)三層砼三沿周三長(zhǎng)方三向的三纖維三數(shù)se三tnf三co三ve三rR三2三;#保護(hù)三層砼三沿半三徑方三向的三纖維三數(shù)pa三tc三h三ci三rc$I三Dc三on三cu三$三nf三co三ve三rC三$三nf三co三ve三rR三0三.三0.三$三Rc三or三e三$R三co三l三0.三3三60三.;#對(duì)未三約束三砼區(qū)三進(jìn)行三纖維三元?jiǎng)澣謕a三tc三h三ci三rc$I三dr三ei三nf三$三nf三co三re三C三$n三fc三or三eR三0三.三0.三0三.三$R三co三re三0三.三36三0.三;#對(duì)約三束砼三區(qū)進(jìn)三行纖三維元三劃分la三ye三r三ci三rc$I三Ds三te三el三$三nu三mB三ar三sC三ol三$三Ab三ar三0三.三0.三$三Rc三or三e三0.三[三ex三pr三3三60三-3三60三/$三nu三mB三ar三sC三ol三];#箍筋三單元三劃分9.結(jié)果三輸出re三co三rd三er三N三od三e<-三fi三le三$三fi三le三na三me三>三<-三ti三me三>三<-三no三de三(三$n三od三e1三$三no三de三2三…)三><-三no三de三Ra三ng三e三$s三ta三rt三No三de三$三en三dN三od三e>三<三-r三eg三io三n三$R三eg三io三nT三ag三>三<n三od三e三al三l>三-三do三f三($三do三f1三$三do三f三2三…)三$三re三sp三Ty三pe;re三co三rd三erNo三de-f三il三e三$d三at三aD三ir三/N三od三e2三.d三at三-三ti三me三-三no三de三2三-三do三f三1三di三sp;#記錄2結(jié)點(diǎn)x方向三的位三移10三.豎向三軸力三的加三載pa三tt三er三n三Pl三ai三n$p三at三te三rn三Ta三g三(T三im三eS三er三ie三sT三yp三e三ar三gu三me三nt三s)三{lo三ad三(三lo三ad三-c三om三ma三nd三a三rg三um三en三ts三)}se三tZY三B$n;三#軸壓三比為nse三tFN[e三xp三r三$Z三YB三*$三fc三*$三PI三*p三ow三($三RC三ol三,三2)三*$三kN三/1三00三0]三;#軸壓三比n的豎三向軸三力pa三tt三er三n三Pl三ai三n1Li三ne三ar三{lo三ad$I三Dc三tr三lN三od三e0$F三N0};三#在控三制節(jié)三點(diǎn)逐三步增三加豎三向軸三力至三軸壓三比n下的三軸力11三.軸向三力的三分析三參量——力控三制se三tTo三l1.三0e三-8三;三#收斂三精度co三ns三tr三ai三nt三s三Pl三ai三n;三#非線三性方三程組三的約三束處三理方三式nu三mb三er三er三P三la三in;三#節(jié)點(diǎn)三自由三度編三號(hào)優(yōu)三化sy三st三em三B三an三dG三en三er三al;三#非線三性存三取計(jì)三算方三法te三st三N三or三mD三is三pI三nc三r$T三ol6三0三;三#容差三判斂三精度al三go三ri三th三mNe