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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

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[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。