1-OpenSees安装及使用

OpenSEES（OpenSystemforEarthquakeEngineeringSimulation）由美国国家自然科学基金（NSF）资助、西部大学联盟“太平洋地震工程研究中心”（PacificEarthquakeEngineeringResearchCenter,PEER）主导、以加州大学伯克利分校为主研发而成的、用于结构和岩土方面地震反应模拟的一个较为全面且不断发展的开放式模拟平台。OpenSees程序自1999年正式推出以来，已广泛应用于太平洋地震工程研究中心和美国其它一些大学及科研机构的科研项目中，较好地模拟了包括钢筋混凝土结构、桥梁、岩土工程在内的实际工程和振动台试验项目。2004年，OpenSees被美国“地震工程模拟网络”（NetworkforEarthquakeEngineeringSimulation，NEES）所采用，作为NEES计划的虚拟仿真平台，证明其具有较好的非线性数值模拟精度。OpenSees的安装的安装OpenSees的安装首先安装TCL/Tk语言支持文件EditTCLlanguageToolbarRunTCLEditorSoftware外部支持软件InstallationguideforOpenSeesNavigator1.Unzipandsavedthefiletoanydirectory.2.SetMATLABpathtotheOpenSeesNavigatorfolder(addwithSubfolders).4.TypeOpenSeesNavigatorintheMATLABcommandwindow.5.NowyouareofficiallyanOpenSeesNavigatoruser!Remembertoregistertotheuserlisttoreceivefutureupdates.外部支持软件OpenSees的帮助文件OpenSees的帮助文件—例题解决研究中的实际问题钢筋混凝土柱抗震性能的模拟为什么要研究柱的抗震性能？什么是伪静力试验？拟动力试验？振动台试验？构件的伪静力试验要得到什么试验结果？构件伪静力试验的主要影响因素？轴压比、剪跨比、纵筋配筋率、体积配箍率等等效刚度（effectivestiffness）的概念-10-8-6-4-202468100.20.40.60.81.01.2GroupIGroupIIGroupIIINormalizedeffectivestiffness(Keff/Ke)DriftAngle(%)等效刚度（effectivestiffness）的概念Whatisdriftangle?卸载刚度（Unloadingstiffness）的概念0.000.020.040.060.080.100.30.60.91.21.5y=0.1129x-0.3927R2=0.8898GropI:UnconfinedGropII:FRPconfinedGropIII:DamagedRegression(GroupII)Regression(GroupIII)Drift(/H)y=0.1457x-0.3391R2=0.8669可以考察试件的刚度退化(Stiffnessdegradation)0.000.020.040.060.080.10306090120150H-2C-1-1NC-1-2NC-1-3NCumulativeEnergy(kN·m)Drift(/H)累积能量（Cumulativeenergy）的概念可以考察试件的耗散能量，进而判断构件的抗震性能。TestofReinforcedConcrete(RC)columns试验的关键问题：轴力的随动我院四连杆机构压弯构件试验装置我院四连杆机构压弯构件试验装置OPENSEES中纤维模型（FiberModel）的应用及原理单元划分较细，结构总刚矩阵维数偏大，对硬件的要求较高；对于分离式模型，由于引入的单元种类较多，分析的收敛性更加不好控制，只适于局部应力状态分析；较细的单元网格有时仍不一定能较好地解释钢筋混凝土结构构件受力时的某些力学特性，如塑性铰的出现和扩展，梁柱截面及节点区域处的不连续转角等。采用常规有限元（实体有限元）的局限性把构件纵向分为多个微段，把构件截面划分为平面网格，每一网格的中心为数值积分点，网格的纵向微段即定义为Fiber（纤维）。纤维模型的基本原理首先通过“有限条带法（分层法）”来介绍纤维模型的基本原理利用分层法进行梁M-单调曲线的分析分层法（纤维模型的特例）梁M-曲线的特点MyMu0fMMuMyfyfur增加yuff曲率延性系数一、基本假定(BasicAssumptions)平截面假定（Thesectionremainingplanesection）；钢筋与混凝土充分粘结，无相对滑移，变形协调；构件的剪跨比远大于3，可以忽略剪切变形；忽略构件翘曲和扭转的影响。yfE2/2/hhdyybM平衡条件：几何关系：物理关系：曲率应变应力弯矩二、分析思路sEcrf'cf,,,截面ciyiribih,,混凝土层sjysjEyjfpjsjA,,,钢筋单元svyf0cy三、截面的条带划分及应变分布四、材料的本构关系在分层模型中，截面被划分成若干有限条带，每个条带内只考虑一维应力状态。syf'sEsE0yhsssEE01.0'yh10钢筋应力-应变关系表达式我国《混凝土结构设计规范》（GBJ50010-2002）的表达式当n大于2.0时取2.0。时，取大于；当时，取小于当0033.00033.0002.0002.00cu式中:曲线考虑了混凝土在受压时峰值应变与极限压应变的变化情况，它由抛物线的上升段和水平段两部分组成，应用简便，但是没有考虑混凝土下降段。上升段：下降段：ccfcu0ncccf01102)50(6012,kcufn00.0010.0020.0030.00410203040506070C80C60C40C20Hongnestad建议在理论分析时取cu=0.0038，在设计中cu=0.003，并建议0=20/E0，E0为混凝土的受压初始弹性模量，0建议取为0.85fc’(混凝土圆柱体抗压强度)。美国学者Hongnestad提出的表达式是目前世界上应用最广泛的普通混凝土应力－应变曲线之一。但峰值点处存在尖点，其导数不连续，给数值求解带来一定的困难；uuccff000020015.0102201E日本学者Desayi和Krishnan提出的表达式该公式开创了用统一式子表达上升段和下降段，很多学者在此基础上进行修正和完善。DesayiandKrishnanModel00cucf1964年Saenz等人的表达式2000021sEEE32DCBA线模量。为应力达到峰值时的割为初始弹性模量；000sEEElwi和Murray对Saenz表达式进行修正根据下列5个控制条件确定A、B、C、D四个参数；＝时，极限点：；时，峰值点：；＝时，峰值点：；时，原点处：；＝时，原点处：00000cucu0000kddEdd32DCBA自然满足求解A、B、C、D四个常数30200001221RREEREs02000111cucucusEER00)85.0~80.0(004.0~003.0002.0cucu；；分析时可取：模型参数确定这一公式在有限元分析中应用很广，采用统一式子表达上升段和下降段，在ADINA中基本采用此应力－应变本构模型。1971年Sargin对Saenz表达式进行修正200200321)1(DADAfkcsEEA0线模量；为应力达到峰值时的割为初始弹性模量；000sEE混凝土；适合于无侧向约束的素＝响，为侧向约束对强度的影1303kfσkc。数，对上升段影响很小为主要影响下降段的参D适合用来描述各种标号混凝土及箍筋约束混凝土的本构关系，被CEB-FIPMC90欧洲规范采用。若采用无量纲坐标x=/0，y=/fc，则混凝土应力-应变全曲线的几何特征必须满足:清华大学过镇海提出的应力-应变全曲线表达式00.0020.0040.0060.0080.01204060(MPa)C20C40C60C80a为下降段参数，一般应有1.5≤a≤3；1)1(10)2()23()(232xxxxxxAxAAxxya过镇海等人建议的表达式考虑的影响因素更加全面，体现了应力－应变曲线的几何特点，峰值点处导数连续，是一种精细型的本构关系，适用于普通混凝土和高强混凝土，在我国得到广泛认可。双参数模型cfA029.077.242109.11cfacucff833.0cf400008.00028.00ccfy0cx过镇海箍筋约束高强混凝土双参数本构模型1)1(10)2()23()(232xxxxxxAxAxAxyvvvvacccfy0ccxcyvvvff/r为箍筋屈服强度yvfvr为体积配箍率vcvfA5.31029.077.2452101036.29.11vcvfacvccfbsf109.110016.31bsvcS为箍筋间距；b为矩形截面的短边长度cccfccf00素混凝土箍筋约束混凝土0c从加载直到最终破坏，分析截面应力分布、弯矩与曲率的关系具体分析步骤如下：⑴给定一截面曲率f（由小到大）；⑵假定受压边缘混凝土应变值c；⑶由平截面假定，确定截面应变分布和钢筋应变s；⑷利用物理关系，确定C和yc、Tc和yt、Ts；⑸验算是否满足轴力平衡条件，如满足，进行⑹；如不满足，修正c后，重新分析⑶~⑸；⑹由弯矩平衡条件，计算截面弯矩。四、分析步骤建议采用“二分法”作为力平衡的收敛条件破坏弯矩通常指极限弯矩的85％对应的弯矩值开始假设截面受压区边缘压应变εc由平截面假定计算各条带应变εi由各条带εi求σi记录当前弯矩、曲率收敛性检查结束条带轴力、弯矩汇集输入构件截面、材料及荷载信息置初值φ=0φ=φ+Δφ调整边缘压应变εc弯矩是否下降到极限弯矩的80％pNN12nPNmL０PNM00MPLN式中L为半柱高；为悬臂柱顶端的位移。上式中第一项为水平力P引起的弯矩，第二项为轴力N引起的附加弯矩，即二次矩。N压弯构件荷载-挠度单调曲线的非线性全过程分析