鋼筋混凝土圓柱抗震性能試驗(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)其帶來的影響，當(dāng)所加荷載超過構(gòu)件屈服強(qiáng)度后，在卸載過程中，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，以此來考慮構(gòu)件發(fā)生混凝土開裂、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,然后開始水平加載試驗(yàn),試驗(yàn)過程中隨時(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

明，例子均為有限元分析中的語(yǔ)句

。2.2島.2建立模峽型wip頂e;晨#清除之杏前定義淡的所有塔模型1.定義模爽型的維彈度和自心由度mod喇el字Bas凱icB瀉uil旅d–nd接m$營(yíng)ndm贈(zèng)<-顏ndf仇$n脅df>例：mod巡壽el圈Bas倡icB毛uil山d–n載dm拌2單–懂nd晴f被3;#模型為2維3個(gè)自縣由度2.定義底結(jié)點(diǎn)nod贊e$n胖od乖eT據(jù)ag俊(維nd把m火$c黑oo壺rd輪s)例：no飼de10促0;稿#定義奔結(jié)點(diǎn)1的坐標(biāo)x、y為(0些,0姿)3.定義際結(jié)點(diǎn)紫質(zhì)量mas潮s$no焰deT古ag兵(nd儉f$少mas搜sVa態(tài)lus瞇)例：ma改ss1論2債0;夢(mèng)#定義結(jié)匪點(diǎn)1的x方向質(zhì)耍量為2豆(此命令蕉在此程補(bǔ)序中未泄應(yīng)用)當(dāng)進(jìn)行擱時(shí)程反茶應(yīng)分析已時(shí)需要何指定質(zhì)快量。4.定義摔約束親（邊壤界條返件）fi底x$no箭deT斤ag栽(nd逗f$雷Con晚stV沿alu缸es)例：fix1滾1匠1睡1;學(xué)#定義謎結(jié)點(diǎn)1的x、y、z三向約第束，即旅為固定咸端。0表示塵未約伍束，1表示咬約束。5.定義譯材料氣的應(yīng)秤力-應(yīng)變餅關(guān)系uni炕axi串a(chǎn)lM遲ate富ria田lC駁omm完and鋼筋混副凝土纖追維模型協(xié)示意圖纖維趕模型恩須分?jǐn)?shù)別定惠義截嗚面各坑部分代的本撿構(gòu)關(guān)跟系：(1碑)、箍筋約違束砼的寨本構(gòu)關(guān)慶系；(2)、保護(hù)睬層素惰砼的渠本構(gòu)債關(guān)系；(3射)、鋼筋距的本姨構(gòu)關(guān)獅系。箍筋嚼約束啦混凝須土采司用Man堂der模型式中各沃參數(shù)含遵義請(qǐng)查誕閱Ma主nd倚er賀1掠99去8原始赴文獻(xiàn)井。Con住cre航te山01單調(diào)塔與滯蝕回本描構(gòu)關(guān)囑系un扔ia爺xi穗al屑Ma率te厭ri侵al讓C典on壯cr機(jī)et宜e0舅1$m嬸at害Ta幻玉g質(zhì)$f梁pc規(guī)$負(fù)ep葵sc喝0萌$f制pc勁u罵$e熔ps庸u逝$l訪am范bd引a順$f頂t乓$E脅ts單調(diào)守應(yīng)力-應(yīng)變曲爐線滯回習(xí)應(yīng)力-應(yīng)變嗽曲線(1)定義箍議筋約束鍛混凝土利的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)球系un宇ia楊xi唉al版Ma犯te鍬ri感al綁C么on原cr乓et防e0翻1$ma君tTa者g$秋fpc享$e管psc紐奉0$麥fpc器u$帳eps拼u$緒lam攻bda$f張t地$E合tsse裙tID疲re凍in沉f2;#約束混嘩凝土區(qū)春編號(hào)se燥tfc1絲式f[e黎xp事r訂–(仁$f沾c0俊*(剖-1慨.2峰45熱+2豎.2渡45礙*s米qr震t(培1+宋7.金94軍*$小y2愉/$豆fc通0)我-2呆*$哈y2部/$室fc掌0]嚇;#峰值記應(yīng)力se思teps自1f[ex猛pr清2.0銷*$f中c1f熔/$E群c]惜;#峰值聾應(yīng)變se跡teps靈2f[ex柜pr崗3.0絡(luò)*$e磨ps1暖f]雜;#極限應(yīng)遇變setfc2綿f[ex兩pr背($f卵c1f陜*($愿eps桂2f/猴$ep箱s1f啄)*$甚R)/仗($R框-1+充pow添($e沾ps2慈f(wàn)/$山eps應(yīng)1f,貴$R)倒];#極限應(yīng)快力setlam鐮bda0.1清5;#極限應(yīng)紡變的卸項(xiàng)載斜率便和初始擁斜率比setft岸u[e秒xp鄰r昆-$狗fc粥1u例/1呢0.懲0]貫;#抗拉夕強(qiáng)度se康tEt街s[ex嗽pr板-$E義c/2較];#抗拉軟令化剛度un兄ia緩xi愚al軋Ma顏te棕ri典al織C任on賠cr朵et極e0攜2$ID聚rei耕nf斯2$另fc1層f$狼eps謝1f適$fp姿2f攤$ep踐s2f鍵$l濱amb次da$ft醬u$慎Ets疊;注意：泉模型中貞的各參距數(shù)設(shè)置稻需按照腿命令格極式中的風(fēng)順序，少而參數(shù)釋符號(hào)可你自行定麗義。實(shí)校際上是庫(kù)主程序譯與子程獸序之間盡的實(shí)參始虛參調(diào)用(2侮)定義延未約任束混肺凝土拴的應(yīng)低力-應(yīng)變柜關(guān)系uni租axi毒alM困ate掛ria再lC至onc執(zhí)ret買e01$ma毒tTa寸g$闖fpc貌$e遲psc非0$俘fpc勝u$蟲eps做u$耕lam閑bda$f刷t寄$E自ts畏;setIDc美onc貌u1;#未約泄束砼欣編號(hào)setfc1馳u$fc盲;#峰值毯應(yīng)力se錯(cuò)teps準(zhǔn)1u-0.偉002選;#峰值載應(yīng)變se招tfc營(yíng)2u[e尚xp孔r全0.膚2*拌$f昆c]踐;#極限應(yīng)濱力seteps袍2u-0.落005貓;#極限應(yīng)去變un陣ia究xi止al餅Ma森te興ri稍al幸Co聾nc蜘re綢te屈01$ID過con蜘cu題$fc海1u通$ep家s1u蝕$f烘c2u咳$e集ps2忽u$帥lam耳bda慨$f燭t$加Ets喉;Ste旺el尿02單調(diào)與蜂滯回本納構(gòu)關(guān)系uni狠axi超alM尿ate花ria且lS查tee絨l02$ma朱tTa燒g$頸Fy僵$E臂$b疾$R0賄$c層R1垂$cR國(guó)2$售a$今b$鳥c$帖d;St緒ee理l淋02單調(diào)賢應(yīng)力-應(yīng)變班曲線Ste受el皆02滯回應(yīng)導(dǎo)力-應(yīng)變沸曲線(3迎)定義彼鋼筋彩的應(yīng)篩力-應(yīng)變暢關(guān)系uni私axi弄alM舌ate以ria條lS椅tee袖l02$m揭at隊(duì)Ta旦g描$F塔y猾$E廊$謝b蟲$R優(yōu)0序$c彩R1鐵$傻cR反2畫$a聚$扭b弦$c等$紗d;se鴿tIDs散tee奔l3;#鋼筋區(qū)揚(yáng)編號(hào)setFy[ex哈pr耳353聚.4*爆$MP惱a];#鋼筋屈叼服應(yīng)力se館tEs[ex思pr偷2.0訓(xùn)e5*趴$MP坑a];#初始趨彈性便模量setBs縫0定.0暮00檔85;#應(yīng)變強(qiáng)胸化比se欄tR018念.5帶;se踩tcR咐10.9石25;se糊tcR20.賭15定;#R0、cR輩1、cR烤2是鋼筋遞由彈性有階段向世塑性階上段的控輝制點(diǎn)6.纖維截教面單元限的劃分sec濱tio攀nF擁ibe勉r$s畜ec椒Ta攏g刺;pa繳tc星h議ci怖rc$ma挺tTa濁g$伙num齡Sub罵div小Cir緊c$虧num津Sub虹div察Rad碌$y強(qiáng)Cen孩ter雁$z轟Cen輝ter兄$i查ntR斤ad軋$ex收tRa緩d<主$st其art遇Ang極$e前ndA攀ng>捆;la猛ye甲r橫ci偶rc$m暑at摘Ta健g棄$n岡um漠Ba掌r層$a拍re獎(jiǎng)aB捎ar瞧$識(shí)yC軌en偷te硬r諷$z蒙Ce過nt拆er姑$第ra削di蘋us撿<典$s害ta雪rt助An酬g淺$e銅nd仍An攝g>窗;砼截面勵(lì)單元?jiǎng)澷J分示意茫圖鋼筋囑單元待分布城示意哥圖纖維單堡元的劃糟分sec容tio宗nF宴ibe訴r$Co怠lSe居cTa筍g;喉#纖維串截面pat昆ch氣cir驗(yàn)c$m微at秋Ta驅(qū)g迫$n懶um減Su脆bd編iv風(fēng)Ci稿rc遼$薦nu勻mS蓋ub叢di吹vR從ad皺$報(bào)yC策en恥te將r過$z騾Ce思nt巾er幻玉$床in檢tR顛ad杰$來ex列tR諒ad握<載$s鋪ta肉rt姐An桂g殲$e俊nd大An少g>臺(tái);setnf煌co寬re忽C框25鑰;#核心砼爛沿周長(zhǎng)扎方向的員纖維數(shù)se朱tnf晶co鋒re牽R竟21雖;#核心蛋砼沿押半徑輝方向奏的纖笨維數(shù)setnf瞎co煌ve廁rC嫌2梯5;#保護(hù)層吹砼沿周喂長(zhǎng)方向盈的纖維絮數(shù)se貞tnfc莫ove樹rR嘉2;#保護(hù)亦層砼士沿半碌徑方蒼向的沙纖維該數(shù)pa杰tc瀉h侮ci軌rc$ID瘋con驢cu皇$nf肥cov扁erC葬$n灶fco慚ver穿R0慣.0塞.$畜Rco嘆re職$Rc相ol藍(lán)0.幣360梳.;#對(duì)未巧約束箏砼區(qū)鋪進(jìn)行野纖維止元?jiǎng)澬⒎謕at刊ch蘋cir我c$I妹dr蛋ei餐nf振$存nf竿co濱re柴C勝$n險(xiǎn)fc轟or鍬eR項(xiàng)0悼.撥0.撥0演.膨$R誓co言re草0屬.諷36袋0.腰;#對(duì)約詳束砼推區(qū)進(jìn)芝行纖隱維元圣劃分lay舉er吼cir原c$I塵Ds肝te什el覺$殃nu促mB粗ar撐sC陵ol冰$能Ab糟ar乞0音.炸0.疼$甩Rc求or蟻e根0.擾[懇ex狹pr親3聽60潑-3仿60監(jiān)/$扣nu鄉(xiāng)豐mB飼ar鑒sC藝ol鉆];#箍筋消單元填劃分7.幾何鴉坐標(biāo)腐轉(zhuǎn)換geo粥mTr誘ans東f潮PDl郊ter$tr食ans訴fTa傷g<萄-jn照tOf毯fse句t$懇dXi待$d吵Yi框$dX努j$珍dYj椅>;setCo非lT察ra宜ns蹦fT啞ag1利;#坐標(biāo)轉(zhuǎn)庸換編號(hào)geo詳mTr伴ans食f表PDl效ter$C陪ol遼Tr累an包sf喝Ta桃g;榮#考慮P-掩Dl寨te潛r效應(yīng)的已坐標(biāo)轉(zhuǎn)串換8.定義肯單元般模型ele釀men紋tn揮onl陜ine至arB恐eam惕Col帽umn$el趣eTa黑g$臟iNo苗de療$jN放ode界$n需umI問ntg留rPt欠s$務(wù)sec優(yōu)Tag靜$t介ran訓(xùn)sfT晚ag召<-m搖ass懲$m豬ass兆Den鐮s>生<-i發(fā)ter捆$m需ass譜Ite香rs上$to退l>;setnum低Int鋼grP顛ts5;副#取5個(gè)積勵(lì)分點(diǎn)el格em蠶en展t極no申nl曾in勢(shì)ea偽rB曾ea榜mC慕ol伶um攜n1肅1泥2$n眉um繼In嫩tg賠rP箏ts閱$說Co菜lS桌ec蔥Ta博g吧$C哭ol盾Tr樸an站sf緒Ta鼓g;裳#截面圓單元救為非賽線性駝梁柱鏡單元9.結(jié)果欄輸出re頑co械rd出er停N悶od攝e<-齒fi撈le址$王fi果le梅na乖me羊>經(jīng)<-舊ti餅me念>關(guān)<-奧no饞de流(需$n效od囑e1凝$造no欠de瓜2喂…)妥><-n祥ode株Ran旺ge犬$st疊art止Nod趁e$插e(cuò)nd艇Nod只e>賊<-r騰egi艱on顛$Re佩gio航nTa桐g>此<no隊(duì)de中all倆>-駝dof控($支dof朵1$堅(jiān)dof派2盜…)線$re龍spT警ype;rec骨ord顏erNod飾e-f德il兼e捕$d把a(bǔ)t斜aD棵ir援/N連od濟(jì)e2籠.d訪at批-仰ti始me淚-糧no討de懼2撇-甩do習(xí)f占1杠di首sp;#記錄2結(jié)點(diǎn)x方向病的位吊移10未.豎向軸次力的加過載pat挎ter鐮nP傷lai盒n$p臨at雷te終rn趴Ta省g旁(T雖im腥eS術(shù)er辟ie益sT地yp撕e書ar加gu俯me酷nt牲s)泉{loa礙d(魯loa蔑d-c蘿omm膛and般ar們gum的ent懷s)}se蔑tZY沸B$n;木#軸壓亂比為nse革tFN[ex折pr淡$ZY紅B*$華fc*梅$PI昂*po披w($府RCo外l,替2)*增$kN帆/10價(jià)00]養(yǎng);#軸壓比n的豎線向軸索力pat疫ter絡(luò)nP蓮lai住n1Lin舊ear敏{lo久ad$ID浸ctr恒lNo逢de0$F廢N0};供#在控腫制節(jié)達(dá)點(diǎn)逐射步增弱加豎己向軸爹力至液軸壓告比n下的盛軸力11.軸向境力的尸分析巧參量——力控繪制se錢tTol1.殊0e附-8陽(yáng);蹄#收斂錄精度co帽ns決tr襲ai噴nt羞s梁Pl疤ai效n;仍#非線性乒方程組攀的約束堅(jiān)處理方基式nu兩mb欺er甜er映P懼la側(cè)in;傻#節(jié)點(diǎn)自牽由度編熄號(hào)優(yōu)化sy碗st均em來B領(lǐng)an焦dG雄en懂er鑒al;際#非線性塑存取計(jì)喘算方法tes藏tN窄orm鑼Dis疼pIn茶cr$To松l60遣;棕#容差搜判斂閱精度alg悶ori是thmNe曬wt合on;華#牛頓忙迭代過準(zhǔn)則setNst勸e