0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看威廉希尔官方网站 视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

如何在OpenSees中建立墩柱纤维模型并进行PushOver分析

8XCt_sim_ol 来源:仿真秀App 作者: HGW XX 13 2022-08-31 11:27 次阅读

导读:纤维模型在用于结构弹塑性分析时,能以较低的计算成本获得较高的求解精度,且各纤维可以采用材料单轴本构关系,从而避免了确定多维本构关系的困难。墩柱拟静力加载试验是结构抗震经常会做的试验,本文以太平洋地震研究中心(PEER)上边一方形柱试件拟静力加载试验为例(如图1),介绍如何在OpenSees中建立墩柱纤维模型并进行PushOver分析,并附上详细命令流。推荐大家关注我上新精品课《OpenSees从入门到精通21讲:获得OpenSees有限元建模和抗震分析能力》。

2584f182-2848-11ed-ba43-dac502259ad0.png

图1试件尺寸及配筋

一、节点、约束及坐标转换


		

# 建模基本命令model BasicBuilder -ndm 3 -ndf 6; # 以平行纸面水平向右为x轴,以竖直向上为y轴,以垂直纸面向外为z轴 file mkdir output; # 建立输出文件夹source LibUnits.tcl; # 定义基本单位及各单位间的换算# 定义节点与约束:node 1 0 0 0; # 以桥墩轴线方向为y轴node 2 0 0 0; # 零长度单元node 3 0 $LCol1 0;node 4 0 $LCol 0;fix 1 1 1 1 1 1 1; # 墩底约束equalDOF 1 2 1 3 5; # 约束横向和沿y轴方向的旋转# 坐标转换 set ColTransfTag 1; # 坐标转换编号set ColTransfType PDelta; # 坐标转换类型,PDelta与Linear的区别就在于考虑了二阶P-Delta效应geomTransf $ColTransfType $ColTransfTag 0 0 -1; # 向量(0,0,-1)是全局坐标的(而此时整体坐标系就是x右y上z垂直纸面向外),其与x'叉乘(右手规则)得y',进而得z'。所以y'是水平向右的,z'是垂直纸面向内的。

2599a05a-2848-11ed-ba43-dac502259ad0.png图2 单元划分

二、材料本构

采用可以interwetten与威廉的赔率体系 纵筋屈曲和低周疲劳的Reinforcing Steel模拟钢筋材料,采用可以计及混凝土抗拉强度的Concrete02模拟混凝土材料,采用Bond_Slip01模拟钢筋与混凝土之间的粘结滑移。
# 材料编号 set IDconc 1;         # 核心混凝土set IDconcU 2;        # 保护层混凝土set IDreinf 3;        # 考虑屈曲的纵筋set IDreinf1 4;       # 不考虑屈曲的纵筋set IDBond 5;         # 粘结-滑移材料

1、Reinforcing Steel材料模型

Reinforcing Steel[1]材料模型可以考虑纵筋屈曲和循环加载导致的强度退化效应,其本构关系由四部分组成,如图3-a)。由于Reinforcing Steel模型考虑了钢筋的初始屈服流幅、包辛格效应、应变软化和刚度退化等力学特征,因此能较好的模拟钢筋在循环加载下的滞回曲线,如图3-b)。25acf2c2-2848-11ed-ba43-dac502259ad0.png图3 Reinforcing Steel 材料模型
#先后定义考虑屈曲和不考虑屈曲两种钢筋材料uniaxialMaterial ReinforcingSteel $IDreinf $Fy $Fu $Es $Esh $esh $eult -GABuck   $lsr   $beta   $r   $gama -CMFatigue $Cf $alpha $Cd;uniaxialMaterial ReinforcingSteel $IDreinf1 $Fy $Fu $Es $Esh $esh $eult -GABuck   $lsr_1   $beta   $r_1   $gama_1 -CMFatigue $Cf_1 $alpha $Cd_1;

2、Concrete02材料模型

Concrete02材料模型基于修正的Kent-Park模型[2],可以考虑混凝土的抗拉性能和卸载时的剩余刚度,其本构关系如图4所示。箍筋对混凝土的约束作用通过J. B. Mander约束混凝土模型[3]加以考虑。

25be0594-2848-11ed-ba43-dac502259ad0.png

图4 Concrete02本构曲线
# 先后定义了核心混凝土和保护层混凝土材料 uniaxialMaterial Concrete02  $IDconc  $fpc  $epsc0   $fpcu  $epsu  $lambda  $ft  $Et ;uniaxialMaterial Concrete02  $IDconcU  $fpc1  $epsc01  $fpcu1  $epsu1  $lambda  $ft1  $Et1 ;

3、Bond-SP01材料模型

当桥墩试件的钢筋在平台底部锚固长度不长时,应变渗透效应会在墩底一定长度范围内导致桥墩纵筋发生粘结滑移变形,故在该区段附加一个单独的零长度单元,其纵筋采用Bond-SP01[4]材料模型模拟。Bond-SP01材料模型的应力-滑移骨架曲线与滞回曲线如图5所示,其中和分别为钢筋屈服强度和极限强度,为钢筋应力达到屈服强度时钢筋与混凝土界面处的钢筋滑移值,为钢筋应力达到极限强度时钢筋与混凝土界面处的钢筋滑移值。

25d4ef52-2848-11ed-ba43-dac502259ad0.png图5 Bond_SP01材料模型
uniaxialMaterial Bond_SP01 $IDBond $Fy $Sy $Fu $Su $b $R;

三、纤维截面划分

桥墩截面划分为保护层混凝土、核心混凝土和纵向钢筋三种纤维,如下图6:

25e8e46c-2848-11ed-ba43-dac502259ad0.png

图6 纤维截面划分

# 截面编号set ColSecTagFiber 1;     # 钢混段截面编号set ColSecTagFiberBond  2;   # 粘结滑移段截面编号注意:最新的OpenSEES要求定义纤维截面时即指定扭转刚度,否则会报错!section Fiber $ColSecTagFiber -GJ [expr 1.7E08*$Pa*$m4] {# 核心混凝土patch rect       $IDconc      $nfY          $nfZ       -$coreY  -$coreZ  $coreY  $coreZ   # 保护层混凝土(划分纤维的时候边界点顺序先后无妨,y、z坐标都是从小到大,从大到小均可,但定义单元的时候得注意顺序)patch rect  $IDconcU  [expr $nfY+4]  2  -$coverY  -$coverZ  $coverY  -$coreZ   patch rect  $IDconcU  [expr $nfY+4]  2  -$coverY  $coreZ  $coverY  $coverZpatch rect  $IDconcU  2  $nfZ  -$coverY  -$coreZ  -$coreY  $coreZpatch rect  $IDconcU  2  $nfZ  $coreY   -$coreZ  $coverY   $coreZ#定义了墩柱绕z轴弯曲转动时,受压排考虑屈曲和绕y轴弯曲不考虑两种钢筋layer  straight  $IDreinf $numbarColZ  $barAreaCol -$coreYBar $coreZBar -$coreYBar -$coreZBarlayer  straight  $IDreinf $numbarColZ  $barAreaCol  $coreYBar $coreZBar  $coreYBar -$coreZBarlayer  straight  $IDreinf1$numbarColY  $barAreaCol -$coreYBar1   -$coreZBar  $coreYBar1-$coreZBarlayer  straight  $IDreinf1$numbarColY  $barAreaCol -$coreYBar1$coreZBar  $coreYBar1 $coreZBar}
粘结滑移段截面纤维划分与钢混段相同,只是采用的钢筋本构不同,不再赘述。

四、单元定义

1、柔度法单元

与刚度法单元相比,柔度法单元在任意状态下单元力平衡方程都不会产生有限元离散误差,且在相同精度要求下,柔度法需要更少的单元和结构总自由度。采用柔度法单元时,整个桥墩可只采用一个单元,单元内使用4个截面积分点;但为防止应变集中,本文采取Calabrese[5]和Kashani[6]的建议增加一个长度为3倍钢筋屈曲长度的纤维梁柱单元,且单元内使用3个截面积分点,如图3。
# 定义非线性柔度法梁柱单元 ------------------------------------element nonlinearBeamColumn    2      2      3     $numIntgrPts1     $ColSecTagFiber     $ColTransfTag   -iter $maxIters $Tol;   element nonlinearBeamColumn    3      3      4     $numIntgrPts2     $ColSecTagFiber     $ColTransfTag   -iter $maxIters $Tol;

2、零长度单元

顾名思义,零长度单元与普通单元的区别就在于两节点的坐标相同,故长度为零。值得指出的是,两个节点的坐标只是初始相同,受力分析过程中也会有相对位移。
#(由全局坐标系的向量($x1 $x2 $x3)定义局部坐标系的x轴),同理,由全局坐标系的向量($yp1 $yp2 $yp3)定义局部坐标系y轴 ,element zeroLengthSection  1  1  2  $ColSecTagFiberBond  -orient  0 1 0 1 0 0;  # 通过此处定义后,零长度单元的局部坐标系与柱单元完全相同了
五、PushOver分析
# 施加轴向力 set IDctrlNode 4;                      # 在结点4上加载;set PCol [expr 968*$kN];              #此处按轴压比=0.1施加轴向力;pattern Plain 1 Linear {load $IDctrlNode 0 -$PCol 0 0 0 0 ;};constraints Transformation ;           # 多点约束,不能用Plainnumberer RCM;system BandGeneral;  set Tol 1.0e-6;                       # 精度(绝对误差)set maxNumIter 200;                  # 最大迭代数set printFlag 1;                      # 计算过程在DOS屏幕上输出信息test NormDispIncr  $Tol  maxNumIter  printFlag; algorithm Newton;set NstepGravity 10;  # number of load stepsset DGravity [expr 1./$NstepGravity];integrator LoadControl $DGravity;analysis Static;analyze $NstepGravity;loadConst -time 0.0;  # 保持(重力)荷载不变,拟时间重置为零# 拟静力加载 (篇幅所限,此处仅为示意,实际需循环往复作用多次)pattern Plain 2 Linear {load $IDctrlNode 1 0 0 0 0 0;};integrator DisplacementControl  $IDctrlNode  1  0.001analyze 2000;

六、记录输出文件

采用Recorder命令提取墩顶位移和墩底反力:
recorder Node  -file output/disp4.out  -node  4  -dof  1 2 3  disp;  # 记录4号节点X、Y、Z方向的位移recorder Node  -file output/reaction2.out  -node  2  -dof  1 2 3  reaction;  # 记录2号节点X、Y、Z方向的反力
值得指出的是,需将recorder命令放在分析命令之前,才能记录到分析结果。最终得到的数值模拟与试验结果的滞回曲线比较如图7所示,可见数值模拟结果与试验符合较好。

25f8d41c-2848-11ed-ba43-dac502259ad0.png

图7 数值模拟与试验滞回曲线比较

七、OpenSees从入门到精通

本文完整命令流及其他案例视频讲解可至仿真秀官网本人主页,我的原创精品课《OpenSees从入门到精通21讲》查看笔者针对OpenSEES学习资料匮乏、上手难的问题,本课程逐行详细讲解如何采用OpenSEES建模与计算分析。课程内容包括命令解释、案例演示以及使用OpenSees进行抗震分析的一些感悟,本课程将持续更新,附件里有全部建模代码和课件,也欢迎感兴趣的朋友加入仿真秀OpenSees软件用户交流讨论(在本公众号对话框回复OpenSees扫码进群交流)。
审核编辑:汤梓红

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 材料
    +关注

    关注

    3

    文章

    1225

    浏览量

    27281
  • 模型
    +关注

    关注

    1

    文章

    3238

    浏览量

    48824

原文标题:教你从零开始学OpenSees有限元建模和抗震分析能力

文章出处:【微信号:sim_ol,微信公众号:模拟在线】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    关于multisim仿真模型建立

    ADA4084和ADA4096一样是双运放,因此在建立仿真模型时,复制了ADA4096的元件符号(分为A和B两个单运放), 之后在进行节点匹配时,在cir文件中看到了如下: 在上面的cir文件
    发表于 08-29 10:33

    如何应用pspice模型进行分析呢?求助建模资料

    很多教科书里边都是讲如何应用pspice模型进行分析,但如何进行模型建立,没有太多的介绍,谁有这
    发表于 07-01 11:30

    简单的模型进行流固耦合的模态分析

    复杂的结构模型,例如车身车室的声腔模型,我们一般会采用Hypermesh的一个专门划分声腔网格的小功能“AcousticCavityMesh”进行
    发表于 07-07 17:15

    电机的热阻网络模型该怎么建立

    前言这篇详细的介绍了电机的热阻网络模型该怎么建立,虽然是以某一个特定的永磁同步电机为例子,但是把它的思路给领会到了,在刻画其他模型的时候就是举一反三的事。再次感谢《基于热阻网络法的电
    发表于 08-30 07:42

    何在Matlab建立四旋翼飞行模型

    本文将详细展示如何在Matlab建立四旋翼飞行模型,能正确对飞行器在力和力矩作下的线运动、角运动进行6DOF仿真。
    发表于 09-15 07:46

    请问如何在MATLAB建立合适的控制模型

    何在MATLAB建立合适的控制模型
    发表于 10-13 08:04

    如何建立交流电机模型并进行仿真?

    如何建立交流电机模型并进行仿真?
    发表于 10-18 09:41

    何在MDK5上进行STM32设计跑马灯程序并进行编译及仿真?

    何在MDK5上进行STM32设计跑马灯程序并进行编译及仿真?
    发表于 11-10 07:57

    如何去开发一种基于HAL库的模型并进行仿真呢

    STM32为什么使用Matlab/Simulink呢?如何去开发一种基于HAL库的模型并进行仿真呢?
    发表于 11-18 07:56

    如何使用MDK去建立一个工程并进行STM32调试呢

    如何使用MDK去建立一个工程并进行STM32调试呢?如何对其程序进行仿真?
    发表于 11-25 08:03

    何在STM32单片机上实现Printf函数打印串口信息并进行代码调试?

    何在STM32单片机上实现Printf函数打印串口信息并进行代码调试?
    发表于 12-02 07:35

    教大家用HarmonyOS-JAVA程序来绘制一个冰

    效果演示实现思路1 建立坐标系工欲善其事,必先利其器,有的好的工具,冰也好,飞机坦克大炮都能绘制出来;计算出中心点的问题,这里细节在于中线点和辅助线对齐保证美观初始化坐标系onDraw方法
    发表于 03-25 14:21

    实例:如何建立一个线性分类器并进行优化

    如何建立一个线性分类器并进行优化. 在这个任务,我们将实现一个线性分类器,并用numpy和随机梯度下降算法对它进行训练。
    的头像 发表于 12-22 11:44 7201次阅读

    纤维绕固体火箭发动机壳体的性能分析及优化设计

    利用网格理论计算纤维缠绕固体火箭发动机壳体的基本尺寸,建立有限元模型,施加边界条件,在壳体承受内压的情况下,分析应力应变结果云图,研究容易发生失效的部位;采用有限元优化设计软件
    发表于 04-30 11:44 12次下载
    <b class='flag-5'>纤维</b>绕固体火箭发动机壳体的性能<b class='flag-5'>分析</b>及优化设计

    何在JMAG-Designer创建JMAG-RT模型并进行控制仿真

    。该模型可与控制系统在JMAG中进行控制仿真,从而有效评估系统性能。 本文介绍如何在JMAG-Designer创建JMAG-RT模型,并使
    的头像 发表于 12-21 09:38 7017次阅读