应用OpenSees模拟钢管混凝土不等跨框架抗震性能

基于一榀方钢管混凝土柱-H型钢梁不等跨平面框架的抗震性能试验,应用OpenSees有限元软件,模拟了低周反复荷载作用下框架的荷载-位移曲线,并对其抗震性能影响参数进行分析。研究结果表明:OpenSees中塑性铰纤维单元模拟栓焊连接的H型钢梁具有合理性。混凝土强度对框架的抗震性能影响较小,提高钢材强度可以有效提升框架结构的承载力和延性,其中Q345具有较高的性价比。柱截面宽厚比越小,框架承载力越高。轴压比增大会对框架抗震性能产生不利影响,工程中应避免出现高轴压比。在钢管混凝土不等跨框架结构设计中,钢梁跨度要综合考虑梁截面抗弯能力和梁柱线刚度比,其变梁异型中节点宜选择合适的梁高比。

应用OpenSEES模拟复式钢管高强混凝土短柱轴心受压性能

基于Open SEES有限元软件对复式钢管高强混凝土短柱轴心受压性能进行模拟。考虑到钢管对混凝土的强化作用,选用Mander混凝土本构模型作为混凝土强度依据,针对外方内圆的复式钢管高强混凝土进行建模。将模拟结果与试验结果进行对比分析。结果表明:文中Open SEES建模方式与模型参数选取合理,模拟结果与试验结果吻合较好,复式钢管高强混凝土柱的有限元分析可以参考文中的建模方式及本构模型进行。

应用OpenSEES模拟方钢管混凝土柱的抗震性能

应用OpenSEES有限元软件计算方钢管混凝土柱的水平力-位移滞回曲线。考虑到钢管与混凝土相互作用的机理,采用Mander混凝土本构模型,计算结果与试验结果吻合较好。在此基础上对方钢管混凝土柱进行了参数分析,讨论了纤维模型数量、单元划分数量和材料本构等因素的影响。结果表明:基于OpenSEES建模方式与模型参数选取合理;增大钢材屈服强度,可以提高方钢管混凝土柱水平承载力,混凝土强度对方钢管混凝土柱的水平承载力影响则不大。

基于OpenSees的钢筋混凝土节点数值模拟

震后调查和试验结果表明,RC节点的破坏或失效可能是结构产生较大位移或整体倒塌的重要原因。为了预测结构变形,基于OpenSees分析平台建立RC节点数值模型,模型可有效考虑弯曲变形、纵筋粘结-滑移变形和节点核心区剪切变形。RC节点拟静力试验的数值模拟结果表明,所建立模型可较准确地模拟力-位移滞回曲线响应。

轻钢龙骨式复合墙体受剪性能的OpenSees模拟及高宽比影响换算方法研究

轻钢龙骨式复合墙体是冷弯薄壁型钢结构的主要抗侧力构件,为实现复合墙体的高效有限元建模和受力性能分析,采用OpenSees有限元软件,通过基于连接件的建模方法,建立了具有代表性的墙体精细化模型。对比不同覆面板材料(纸面石膏板、OSB板、波纹钢板)、不开洞与开洞等多类墙体的足尺试验结果,模拟结果与试验数据吻合度较高,屈服荷载和峰值荷载的比值均在0.9~1.1之间,验证了建模流程和方法的正确性,同时证明了波纹钢板等效建模为正交异性平板的合理性。基于所提建模方法,分析了墙体自攻螺钉群的受力分布差异和覆面板材料的影响规律,结果表明:角部自攻螺钉连接受力较大,最先发生破坏;覆面板弹性模量与墙体变形能力呈负相关关系。考虑宽度变化和高度变化两种情况,进行参数化建模和分析,提出了不同高宽比轻钢龙骨式复合墙体的荷载-位移曲线换算方法,可用于墙体宏观等效单元的建模和力学性能计算。

OpenSees中混凝土本构模型用于模拟结构滞回性能的对比

对Open Sees软件提供的6种单轴混凝土本构模型的计算原理和参数取值进行了详细的归纳,并采用塑性铰单元和Reinforcing Steel材料模型分别与各混凝土本构模型结合建立有限元模型,对钢筋混凝土柱拟静力试验进行模拟分析。试验结果与模拟结果对比研究表明:Concrete02、Concrete03与Concrete07模型模拟结果基本一致,3种模型均可以较好地模拟钢筋混凝土柱的捏缩效应和滞回特性,能够反映钢筋混凝土柱在往复荷载作用下的受力行为,适用于钢筋混凝土结构动力非线性分析。

基于OpenSees的CFRP加固RC短柱抗震性能数值模拟

采用地震工程开源模拟软件OpenSees对CFRP加固RC短柱进行了静力Pushover分析和低周往复加载分析,并与通用有限元软件ANSYS模拟结果进行对比研究。研究结果表明:利用CFRP进行加固,不仅阻止了RC短柱的脆性剪切破坏,而且使破坏模式转化为延性弯曲破坏,增强了结构延性,进而有效地提高其抗震性能;同ANSYS相比,OpenSees可以宏观的反映CFRP与混凝土共同作用的非线性力学特征,有效地对构件和结构进行加固后的承载力及抗震性能分析。

OpenSees混合模拟试验技术发展与应用

将现代结构地震性能模拟与试验分为整体结构模拟试验和子结构模拟试验两类.在此基础之上详细讨论了混合模拟试验的基本概念背景及其应用与发展现状.结合面相对象有限元程序OpenSees的高层程序架构和并行计算程序架构,详细论述了基于OpenSees的4种混合模拟试验系统,并简要介绍了多尺度一体化混合建模的概念与应用.证明基于商业或非商业有限元软件平台开展混合模拟试验是可行的;混合模拟试验所要处理的核心问题是如何将不同的有限元软件平台以及各个试验站点的设备联系起来,并实现相互之间的协同工作.混合模拟试验在强震作用下结构连续倒塌问题的研究中具有一定的优势.指出混合模拟试验这一新技术的实质性发展离不开目前所强调的多学科之间的无缝融合.

OpenSees中Mander模型用于模拟钢筋混凝土柱滞回性能的适用性

对OpenSees软件提供的Concrete04和Concrete07两种基于Mander模型开发的混凝土本构模型的计算原理和参数取值进行详细的归纳;并建立有限元模型,对钢筋混凝土柱进行滞回性能分析.同时选取不同的塑性铰长度和等效刚度计算公式,分析其对钢筋混凝土柱滞回性能计算结果的影响.研究表明:采用Concrete07模型和中国规范给出的塑性铰长度计算公式,对钢筋混凝土柱滞回性能模拟的稳定性较好;不同的等效刚度取值对钢筋混凝土柱滞回性能计算结果的影响较小.

基于OpenSees的RPC桥墩拟静力数值模拟与参数分析

为探讨RPC桥墩在拟静力荷载作用下的延性抗震性能,本文基于OpenSees计算平台,选取Concrete02本构关系和Steel02本构关系,结合非线性梁柱单元和零长度单元,建立考虑墩底纵筋滑移的滞回分析模型。3个常轴力作用下的RPC桥墩水平反复加载滞回试验结果与数值模拟的对比分析表明:基于适当的参数取值,应用OpenSees中既有材料本构关系和单元类型能够较好模拟RPC桥墩的骨架曲线和滞回曲线,并能反映构件在反复加载过程中强度和刚度的退化。在此基础上运用OpenSees分析轴压比、纵筋率和水平荷载加载方向等参数对RPC桥墩延性抗震性能的影响。

基于OpenSees的防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架数值模拟

提出了一种既有钢筋混凝土框架结构的抗震加固方法,该法采用防屈曲支撑提高框架结构体系的水平承载力和耗能能力,利用外包钢进一步提高柱子的抗弯和抗剪承载力。采用开源有限元程序OpenSees,分别建立空钢筋混凝土框架和防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架的分析模型,对2榀钢筋混凝土框架的抗震性能进行模拟。防屈曲支撑采用了弹塑性桁架单元模型,加固框架柱混凝土考虑了外包钢的约束作用。将分析结果与拟静力试验结果进行比较,以检验分析模型的准确性,以及研究防屈曲支撑和外包钢对混凝土框架抗震性能的影响。分析结果表明,数值模拟与试验结果吻合较好,验证了基于OpenSees建立的数值模型的准确性;外包钢有效改善了框架柱的抗弯承载力和变形能力;防屈曲支撑显著提高了加固框架体系的水平刚度、水平承载力和耗能能力。

基于OpenSees平台的钢管混凝土结构力学性能数值模拟

基于非线性纤维梁-柱单元理论,以OpenSees为求解平台分别进行了钢管混凝土结构滞回曲线计算和弹塑性动力时程分析等数值模拟,计算结果与试验吻合良好。钢管内核心混凝土采用考虑钢管约束效应的应力—应变关系,钢材采用随动强化本构模型。在传统纤维模型法的基础上,通过直接在截面层次定义非线性剪切恢复力的方法建立了考虑非线性剪切效应的剪力墙结构数值模型,结果表明该模型能较好地模拟组合剪力墙的抗剪承载力、捏缩效应以及刚度退化等力学性能。对输入不同地震波下钢管混凝土框架体系的动力时程分析表明,基于OpenSees求解平台的非线性纤维模型法能够较好地模拟钢管混凝土框架结构的非线性动力特性。

基于OpenSees大应变单元的拱桥倒塌过程模拟

系统研究了基于OpenSees的圬工拱桥倒塌过程模拟,包括以下内容:①比较了小应变单元和大应变单元在桥梁倒塌模拟应用中的优劣;②通过添加质量矩阵,二次开发了TLFD8nBrick单元,并验证了其在动力计算中的正确性;③采用TLFD8nBrick单元,完成了堤溪沱江大桥倒塌过程模拟;④研究了基于OpenSees的倒塌过程有限元分析的计算结果和单元生死显示后处理技术。研究结果表明:①采用小应变单元会导致计算结果失真,无法模拟倒塌过程中的几何非线性问题;②经过二次开发后的TLFD8nBrick单元可用于结构动力计算,能实现桥梁结构的倒塌过程模拟;③用C#和VS.net 2005开发的有限元程序计算结果与Abaqus基本一致,以云图显示效率较高;④单元生死显示模块可以动态地展现桥梁倒塌过程,为事故原因分析提供技术支持。

基于OpenSees的RCS组合框架结构抗震性能模拟分析

选取已有钢筋混凝土柱—钢梁组合结构(RCS)框架的低周期反复试验数据,采用地震工程开源模拟软件OpenSees对其进行有限元模拟,对比骨架曲线与滞回曲线,试验结果与有限元结果吻合较好。随后考察弯矩放大系数(Mc/Mb=0.86、1.48、2.04)、柱轴压比(n=0.06、0.2、0.3、0.6、0.8)对抗震性能的影响,得到了各参数下框架的滞回曲线、骨架曲线和各特征阶段的荷载与位移值。分析了框架的破化过程、延性与强度退化。结果表明:RCS组合框架滞回曲线饱满,具有良好的变形及耗能能力;随着弯矩放大系数的减小、柱轴压比的增大,框架的水平极限承载力降低、屈服状态提前、位移延性降低。分析结果可供有关研究或工程应用参考。

基于OpenSees的SRC框架结构抗震性能数值模拟及参数分析

为了研究型钢混凝土(SRC)框架结构抗震性能影响因素,基于1榀两跨三层的SRC框架结构在低周往复荷载作用下的破坏性试验,利用OpenSees开放平台,建立了宏观单元分析模型。为考虑箍筋和型钢对混凝土的约束作用,将纤维截面划分为强约束区和弱约束区。通过有限元模拟,分析了轴压比、混凝土强度和型钢强度对SRC框架结构抗震性能的影响。结果表明:提高型钢强度可以有效增强SRC框架结构的承载力和延性,采用Q345钢材性价比最高,其承载力和破坏位移值分别相对增大了17.04%和7.03%;当混凝土强度等级超过C50后,其对SRC框架结构的承载力及刚度的影响较小;低周往复荷载作用下,轴压比存在不利于结构变形,当轴压比大于0.5时,结构承载力明显降低。

基于OpenSEES的装配式混凝土框架节点数值模拟方法研究

装配式混凝土框架结构是目前应用最广的装配式结构体系之一,该结构中的梁柱连接节点是核心受力部位,不仅影响着整体结构的抗震性能,也直接关系到施工的便易性与经济性。针对不同类型装配式混凝土结构梁柱节点的非线性行为特征,文中基于OpenSEES软件系统地研究了其数值模拟方法,提出适用于湿式连接节点与干式连接节点的两类分析模型,并同时考虑如键槽、预应力、耗能件等局部构造措施的影响。为验证该文提出模型的有效性与准确性,进行10个不同类型的装配式节点低周反复加载试验的数值模拟,并给出各类型的建模参数取值。计算结果表明,文中提出的模拟方法不仅可以准确地反映节点的宏观力学行为(如峰值承载力、刚度退化等),同时可以预测局部材料的微观受力状态与行为,可为今后的装配式混凝土节点建模分析提供参考。

基于OpenSEES的SRC柱低周往复加载数值模拟

为研究型钢混凝土构件在往复荷载下的弹塑性滞回性能,采用开源的地震工程模拟系统OpenSEES进行有限元数值模拟。选用基于Kent-Scott-Park混凝土本构关系和Giuffr啨-Menegotto-Pinto钢筋本构关系的纤维模型,对钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)柱试件和型钢混凝土(Steel Reinforced Concrete,SRC)柱试件建模。分析结果表明:将OpenSEES中基于纤维模型的位移型梁柱单元(Displacement-Based Beam-Column,DBBC)、零长度单元和P-Delta转换器结合使用,能体现SRC柱在不同轴压比下滞回环的特点,较好地反映型钢对混凝土柱强度与刚度的加强作用,模拟SRC柱试件在大变形下的非线性反应,可供SRC结构构件数值模拟和地震反应分析参考。

基于OpenSEES和ABAQUS有限元模型的剪力墙拟静力试验研究

为保证模拟精度并提高钢筋混凝土剪力墙有限元模型计算效率,分别采用ABAQUS软件和OpenSEES软件建立精细化和简化有限元模型,对1个足尺钢筋混凝土剪力墙试件拟静力试验进行数值模拟分析,从试验现象、破坏模式、裂缝发展趋势、应变、滞回曲线等方面进行对比验证。结果表明:在保证模拟精确度的前提下,ABAQUS精细化模型在裂缝发展、墙体损伤等方面与试验现象吻合较好,但模型计算时间较长;OpenSEES简化模型在滞回曲线方面模拟结果与试验结果吻合更好,误差在5%以内,并显著提高了计算效率。

基于OpenSees的加固震损RC柱拟静力试验数值模拟

采用基于纤维模型的OpenSees非线性有限元软件,对新型混凝土材料加固的预震损RC柱低周反复加载试验进行了数值模拟分析,采用改进的Park-Ang双参数损伤模型对构件损伤进行计算和材料性能折减,并将模拟结果同试验结果进行了比较分析。结果表明,使用考虑损伤的OpenSees模型能够有效地对构件进行加固后的承载力及受力性能分析。对于模拟中存在的一些问题,通过分析试验给出其主要原因。

基于OpenSEES的圆钢管与螺栓球组配件的抗震性能研究

空间网格结构的超低周疲劳破坏隐患直接威胁着强震时数以万计的该类建筑安全性能。基于OpenSEES有限元分析软件,针对12根两端带螺栓球节点的钢管在大位移循环加载试验下的超低周疲劳性能进行数值模拟,分析得出计及节点影响、杆件双重非线性及材料疲劳损伤对螺栓球节点的圆钢管杆件滞回性能、力学指标及耗能性能等超低周疲劳性能的影响。结果表明:加载制度对于试验构件的超低周疲劳性能有直接影响,数值模拟与试验结果相近,所采用的疲劳损伤本构能够较为准确地描述构件超低周疲劳特性。