OpenSees系统识别工具箱开发及应用

OpenSees系统识别工具箱允许用户利用OpenSeesNavigator(Version 2.5)对桥梁或框架等结构建立弹性单元模型,然后导入该结构经历地震等激励信号后的某一阶或某几阶频率及其相应模态(这些模态可以从非线性模拟、试验或现场测试获取)后能够获取结构的弯曲刚度,并在此基础上,通过与无损下的截面弯曲刚度对比,计算相应的刚度动力变化指标,以便用来对结构进行健康状态的评估。本文以OpenSees标准算例为例,分析说明所开发的OpenSees系统识别工具箱如何用于弯曲型结构在经历地震和其他载荷以后的损伤评估。

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。

基于OpenSees的饱和土场地中地下结构地震反应研究

应用OpenSees有限元计算程序,选取某地铁车站结构为主要分析对象,构建了饱和土-地下结构体系地震反应运算模型,并利用该模型进行系统的地震反应计算。将现场饱和土动力反应视为饱和两相介质近场波动问题,选取时域显式数值算法进行计算,同时考虑了土体的弹塑性。研究结果显示:(1)因选取弹塑性土体本构,土体-地下结构的位移反应时程和输入地震动的位移时程体现出了显著性差异。(2)对于两层三跨地下结构,在以剪切波形式输入的地震动作用下,顶板的峰值加速度和侧向位移最大,中板次之,底板最小,场地土体对地震波具有放大效应,顶层的层间位移大于底层。(3)在地震动作用下,地下结构不同区域应力时程的改变规律存在非常显著的差异。中柱底部与底板节点处的应力峰值最大。地震动输入结束时,结构存在残余应力。

大语言模型背景下融合OpenSees的“结构力学”教学改革研究

“结构力学”作为土木工程专业的核心基础课程,其教学改革尤为重要。传统教学中存在理论与实践脱节、教学方法单一等问题,本文提出了一种融合开源有限元软件OpenSees和人工智能技术的教学改革方案,通过引入现代教育技术,优化教学内容,改进教学方法,强化实践教学,旨在提升“结构力学”课程的教学效果,激发学生的学习兴趣,培养满足社会需求的复合型、应用型人才。实际教学案例验证了改革措施的有效性,为“结构力学”教学改革提供了新的实践路径。

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。

基于OpenSees的框架填充墙变形性能分析

本文采用了OpenSees有限元软件,采用等效斜杆模型建立框架填充墙模型并对其开展变形性能分析。本文在正确建立有限元模型的基础上,计算得到荷载-位移曲线并计算性能点和延性系数,对不同参数的框架填充墙的变形能力进行详细分析。结果表明,提高砌体填充墙的厚度和强度可以有效增大框架填充墙整体的屈服极限和承载能力,但考虑成本的增大以及使用功能等因素,均不宜过大。

基于OpenSEES的填充墙钢筋混凝土框架结构地震损伤评估

近年来,地震作用下主体结构未发生倒塌,但填充墙倒塌的现象时有发生。因此,对填充墙钢筋混凝土(RC)框架结构地震损伤评估的研究非常重要。为获取表征整个结构的地震损伤值,使用加权系数对构件层次地震损伤值进行加权,从而获得楼层损伤和整体结构损伤。设计六层三跨的填充墙RC框架结构,并通过OpenSEES有限元模拟平台对填充墙RC框架结构进行地震损伤分析,通过计算结构构件损伤、楼层损伤和整体损伤值,以此来判断结构薄弱层位置和损伤状态,用以确定在结构抗震设计中是否需要对薄弱位置进行加强设计。

基于OpenSees的SC-CBF结构抗震性能分析

钢框架-中心支撑是常见的钢框架结构形式,在地震作用下容易产生变形等现象,影响结构的使用寿命,为提高钢框架-中心支撑结构的抗震性能,提高结构的使用寿命,本文提出了一种新型自复位钢框架-中心支撑的结构,根据自复位钢框架-中心支撑的结构基本原理,利用OpenSees有限元软件分析自复位钢框架-中心支撑结构的Pushover、低周往复加载和动力时程,研究结果表明:较之于传统的CBF结构,SC-CBF结构具有良好的复位功能、较小的剪力响应和较强的抗震性能。

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的钢筋混凝土桥墩拟静力试验数值分析

以4个呈弯曲破坏形态的圆形钢筋混凝土桥墩的拟静力试验结果为依据,基于OpenSees中的Beamwith Hinges Element单元,建立了相应的桥墩滞回分析纤维单元模型。由模拟结果与试验结果对比可知,所建立的纤维单元模型对桥墩的骨架曲线及滞回曲线都有良好的模拟效果,且能体现桥墩在反复加载过程中刚度、强度退化现象,表明了模型的有效性。

OpenSEES的剪力墙宏观单元的研究

重点研究三维剪力墙单元MVLEM3D的数值模型及计算原理,并采用开源非线性有限元程序OpenSEES进行剪力墙低周往复试验的数值分析,探讨不同单元划分形式对结果的影响。通过二次开发编制了基于OpenSEES的剪力墙结构分析程序SWNA,对不同弹簧个数、不同竖向及水平划分方式,建立剪力墙宏观单元模型进行分析,对比试验结果表明该数值方法能够很好地从宏观上模拟剪力墙弹塑性行为:包括中和轴移动、剪切变形影响、局部塑性状态及破坏机制等。通过单元及弹簧的划分对比,可知该单元可通过比较少的自由度模拟剪力墙结构,节省大量计算时间。对于强非线性分析,增加水平划分可以考虑局部的破坏变形,使骨架曲线下降段明显。因此该单元适用于高层建筑结构的整体弹塑性分析及基于性能的抗震评定。

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。

基于有限元软件OpenSees和OpenFresco的混合试验

为提高混合试验中数值子结构的计算精度,可以采用有限元软件进行模拟。本文将有限元软件OpenSees引入混合试验中以提高数值子结构的模拟精度。项目主要研究基于有限元软件OpenSees和接口软件OpenFresco、试验控制LabVIEW/dSPACE建立的两套混合试验系统,并通过混合试验验证所建立混合试验系统的有效性和精度。研究结果表明:数值子结构计算内核OpenSees、接口程序OpenFresco以及试验控制LabVIEW/dSPACE之间具有良好的通讯性能,能够满足混合试验的要求;两套混合试验系统具有较好的稳定性和精度。

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。

应用OpenSees计算双钢管高强砼柱的水平力—位移滞回曲线

应用OpenSees计算外方内圆复合钢管高强混凝土柱(简称双钢管高强混凝土柱)的水平力—位移滞回曲线。分析了双钢管高强混凝土柱的单元和截面纤维划分。钢管材料采用双线性模型Steel02,混凝土模型采用Concrete02,圆钢管内和钢管之间的混凝土采用Susantha模型,考虑钢管对混凝土的约束作用,计算得到的水平力—位移滞回曲线与试验结果符合较好。在此基础上,应用OpenSees对双钢管高强混凝土柱进行参数影响分析,讨论了轴压比、方钢管壁厚(宽厚比)、径宽比、径厚比对双钢管高强混凝土柱抗震性能的影响。结果表明:增大轴压比,延性降低;增大方钢管壁厚(减小宽厚比),水平承载力增大;增大圆钢管直径和壁厚,有助于提高双钢管高强混凝土柱的竖向和水平承载力能力,增大耗能能力。

基于OpenSees的FRP约束混凝土本构开发及墩柱性能分析

OpenSees的纤维单元技术成熟,非线性分析能力强,可应用于桥梁和结构工程的精细化分析,由于OpenSees的材料本构库缺乏完备的纤维增强塑料(FRP)约束混凝土本构,为了用于FRP约束混凝土墩柱分析,需要进行FRP约束混凝土本构开发。通过对部分FRP约束混凝土本构模型进行总结和分析,提出改进的Lam-Teng模型,编制程序将其嵌入OpenSees的材料本构库,成功实现对OpenSees的材料库扩充。对3组FRP约束混凝土墩柱的轴压破坏试验、1组圆形截面FRP约束混凝土墩柱的水平往复加载试验以及1组FRP加固既有损伤桥墩的加固后滞回性能试验进行了数值模拟,计算预测结果与试验结果吻合程度较好。研究工作表明,基于OpenSees进行本构模型开发的技术路线可行;改进的Lam-Teng模型能准确刻画FRP约束混凝土墩柱的受力性能,预测结果准确可靠。

基于OpenSees的钢筋混凝土桥墩抗震数值分析模型

地震荷载作用下钢筋混凝土桥墩易发生严重破坏,模拟桥墩在循环荷载作用下的非线性滞回反应是桥梁抗震研究的重要内容。以8个发生弯曲破坏的钢筋混凝土桥墩抗震拟静力试验结果为依据,基于Open Sees中的非线性梁柱单元、零长度转动弹簧单元和零长度剪切弹簧单元,建立了考虑弯曲、粘结滑移和剪切变形的桥墩抗震数值分析模型。将模拟得到的试件滞回曲线,墩顶弯曲、粘结滑移和剪切变形等成分、初始刚度和残余位移与试验结果进行了对比。结果表明,所建模型对各桥墩的滞回曲线、各变形成分、初始刚度和残余位移有较好的模拟效果。

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.

基于有限元软件OpenSEES的混合试验系统及试验验证

用混合试验研究结构在强震下的抗震性能时,仍然选择简单的线性模型对数值子结构进行模拟显然难以保证实验结果的精度。为解决该问题,将有限元软件OpenSEES引入混合试验中以提高数值子结构的模拟精度。主要研究基于有限元软件OpenSEES和接口软件OpenFresco、实验控制dSPACE建立的混合试验系统,并通过混合模拟和混合试验验证所建立混合试验系统的有效性和精度。研究结果表明:数值子结构内核OpenSEES、接口程序OpenFresco以及实验控制dSPACE之间具有良好的通讯性能,能满足混合实验的要求;试验系统具有较好的稳定性和精度。