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[OpenSEES]实例36_任意截面构件的低周往复分析

作者:dinochen1983 日期:2021-08-30

字体大小: 小 中 大
[OpenSEES]实例36_任意截面构件的低周往复分析

附件下载:

ETE-SEC软件下载:http://dinochen.com/article.asp?id=387
分析代码: 基于OPENSEES的任意截面构件低周往复分析算例

OpenSEES版本号:OpenSEES 2.3.1

(要把计算结果对得上,必须采用同一版本OPENSEES)

借助ETE-SEC与AUTOCAD可以对规则截面与任意截面进行建模,ETE-SEC目前的功能能求解截面的PMM曲线,即得到构件的极限承载力,但有时候我们需要研究构件的变形性能及耗能情况,一般可以借助OPENSEES的纤维单元对构件进行低周往复的荷载分析,即在固定轴力的情况下,对构件施加顶部水平位移控制,通地低周往复运动,来模拟构件在地震作用下的耗能情况。本文以不规范截面算例为例,基于OPENSEES对该构件进行构件低周往复分析。
PS:如果你有一部电脑,它就是最好的结构试验仪器,通过有限元软件,你就能通过数值试验了解构件的力学性能。
     
  
图:截面形状与配筋, 构件的三维图


一般学术论文出现的经典低周往复试验的装置图


软件程序实例操作过程:(代码与图纸在附件可以下载)

(1) 采用AUTOCAD对截面进行建模,如下图所示,截面中间的空洞如下图处理。

 
通过AUTOCAD建立截面形状,图层名一定要对

(2) 打开ETE-SEC程序,对截面进行PM分析,并进行截面的纤维划分,其纤维划分的数据可用于OPENSESS的截面分析当中。(纤维划分的网格控制为50mm)
 
 
打开ETE-SEC进行纤维单元的划分

进行构件的PM曲线分析,了解构件在不同轴力下的极限承载力

(3) 在ETE-SEC打开Export Data功能,如下图所示,选择导出Mesh的数据(即纤维划分的数据),将纤维划分导成CSV格式,在EXCEL进行处理,处理以后,得到以下格式,另存名字为section_fiber.tcl文件。

ETE-SEC中的导出纤维截面划分的功能,EXPORT DATA




通过文本编辑器修改FIBER的命令注,只需要在前面加上fiber后面的123代表材料编号
 
(4) 编辑Opensees的命令流文件,该文件在附件可以下载,通过修改关键信息,可用于不同截面的低周往复分析当中,建议收藏。其中混凝土本构与钢筋本构的参数如下所示:
uniaxialMaterial ,Concrete01 ,1 ,-26.8, -0.002 ,-15 ,-0.008
uniaxialMaterial ,Steel01, 3 ,400 ,200000, 0.001
构件单元采用dispbeamcolumn单元,采用纤维截面,构件划分为5个单元。如下图所示。详细的每步荷载代码解说如下所示。

 
wipe
##节点坐标
model basic -ndm 3 -ndf 6
node 1 6.000E+003 6.000E+003 0
……
node 100 6.000E+003 6.000E+003 3000
##支座条件
fix 1 1 1 1 1 1 1;
fix 100 0 1 0 0 0 0;
##弹塑性材料属性,混凝土与钢筋
uniaxialMaterial Concrete01 1 -26.8 -0.002 -15 -0.008
uniaxialMaterial Steel01 3 400 200000 0.001 
##抗剪与抗扭属性,无限大
uniaxialMaterial Elastic 201 2.155E+015
uniaxialMaterial Elastic 301 2.155E+015
uniaxialMaterial Elastic 401 9.103E+015
##引入纤维划分的文档(代码看附件)
source section_fiber.tcl
##组装截面与抗剪抗扭
section Aggregator 1001 201 Vy 301 Vz 401 T -section 1
##构件局部主轴定位
geomTransf Linear 1 1.000 0.000 0.000 
……
geomTransf Linear 5 1.000 0.000 0.000 
##纤维单元
element dispBeamColumn 1 1 2 3 1001 1
……
element dispBeamColumn 5 5 100 3 1001 5
##恒定重力荷载
pattern Plain 1 Linear {
load 100 0.0 0.0 -625000.00 0E+000 0.000E+000 0.000E+000
}
##分十步加载
constraints Plain
……
integrator LoadControl 0.1
analysis Static
analyze 10
loadConst 0.0
##记录顶点坐标,输出文件
recorder Node -file node2.out -time -node 100 -dof 1 disp
##水平位移加载(低周往复荷载代码)
pattern Plain 2 Linear {
load 100 1.000E+005 0.000E+000 0.000E+000 0.000E+000 0.000E+000 0.000E+000
}
constraints Plain
numberer Plain
system BandGeneral
test EnergyIncr 1.0e-3 1000
algorithm Newton
analysis Static
##低周往复加载的TCL代码,可以修改位移往复加载时程
array set kdisps {
0 0.1
……
10 1.1
}
for {set i 0} {$i < 10} {incr i} {
  integrator DisplacementControl 100 1 [expr $kdisps($i)*0.5]
  analyze 100
}

(5) 基于OPENSEES对不规则截面分析所得整理后如下图所示,不同的轴力水平下的构件的低周往复结果,三个情况分别是低轴力,中等轴力,及大轴力情况下构件的滞回反应,可以看出以下的特点:
 
通过ETE-SEC分析所得构件PM曲线图

(a) 构件在轴力轴小的情况,构件完全没有捏缩,耗能情况好,由于轴力太小抗弯承载力低,在PM曲线的下方位置。
(b) 构件在中等轴力的,抗弯承载力变大,但是捏缩较大,耗能情况变差,每次滞回后的刚度都会有退化。
(c) 构件在大轴力的情况构,虽然承载力比无轴力的情况要在,但是耗能情况非常差,没有几次往复加载,构件就破坏了。
从PM曲线,只能了解到构件的承载力的极限情况,至于构件的滞回分析,可以了解构件的耗能情况,特别在大震的情况下,到底构件能构承受多少次滞回。构件在不同轴力的情况下的耗能情况相差很大,为了避免构件出现大轴力情况下的破坏,这也就是规范为什么严格控制轴压比的原因了。
 
构件通过OPENSEES分析所得不同轴力下的滞加曲线

====本篇完====
ETE-SEC软件下载:http://dinochen.com/article.asp?id=387
分析代码: 基于OPENSEES的任意截面构件低周往复分析算例

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[本日志由 dinochen1983 于 2021-10-26 05:58 PM 编辑]
文章来自: 本站原创
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Tags: 截面分析截面分析 openseesopensees ETEETE
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