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。

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。

基于OpenSEES的FRP加固装配式梁柱节点抗震性能研究

为研究FRP加固对装配式梁柱节点及整体框架结构抗震性能的影响,本文基于OpenSEES有限元程序,建立了某装配式梁柱节点的有限元计算模型,以相关试验为基础,比较验证了所建有限元模型的可靠性。同时选用合适的FRP约束混凝土本构关系来表征FRP对混凝土性能的提升作用,设计3种装配式梁柱节点FRP加固方案,并通过有限元数值模拟,分析比较了节点承载力、滞回曲线和位移延性的差异,考察了FRP包裹层数等因素对节点承载力的影响。随后对装配式框架结构设计了3种FRP加固方式,并选取3条地震波进行结构动力时程分析以考察结构抗震性能。结果表明:FRP环向包裹加固及纵向加固能分别有效提高节点的延性能力和承载能力;FRP加固的装配式框架结构具有更好的延性及耗能能力,能有效增强结构的整体抗震性能,为装配式结构FRP加固设计提供参考。

硬化土模型在OpenSees中的实现

为了更好地描述不同岩土的力学行为,将硬化土模型集成于OpenSees中,从刚度参数、屈服函数及塑性势函数3个方面概述了硬化土本构模型理论。基于模型理论,根据隐式积分算法推导出硬化土模型的有限元算法格式并给出实现流程,该算法考虑了屈服面交汇处角区域应力更新问题。结合程序流程和OpenSees接口,将模型在软件中进行了实现,并从理论解及试验对比验证了模型开发的正确性。结果表明:算法推导及程序实现正确。硬化土模型在OpenSees中的实现,弥补了OpenSees三维岩土材料的不足,扩大了OpenSees的应用范围。

基于OpenSees的某超高层建筑结构地震响应分析研究

超高层已成为城市发展中的重要建筑型式,而超高层结构体系的抗震性能是当前重要的关注之一。以某实际工程为例,通过“基于性能”地震分析计算平台OpenSees,建立相应的复杂超高层建筑结构有限元模型,并通过基于现场微振动检测技术的动力特性参数识别验证所建立模型的合理可靠性。进而,开展地震作用下结构动力响应分析,主要从基底剪力、层间位移角、结构顶点位移以及损伤破坏等方面进行探讨。研究成果可为复杂超高层建筑结构的抗震设计提供技术支持。

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 Navigator的子结构混合仿真试验系统及其验证

将有限元软件OpenSees Navigator应用于子结构混合仿真试验,介绍了基于OpenSees Navigator的子结构混合仿真试验方法的试验原理、试验系统组成和误差控制方法,并通过八层实腹式SRC异形柱框架子结构混合仿真试验结果和有限元软件OpenSees Navigator的数值模拟结果来验证该试验系统及方法的有效性和准确性。研究结果表明,试验预加载得到的命令位移和反馈位移时程曲线吻合程度较好,验证了该试验系统的有效性;模型结构的加速度反应、位移反应和层间剪力试验结果和模拟结果较为接近,表明该子结构混合仿真试验系统和试验方法能够较好地反映SRC异形柱框架结构在地震作用下的动力反应,将该试验系统应用于工程结构的抗震性能研究能够取得良好的效果。

基于OpenSees的实时混合模拟试验技术的研究进展

实时混合模拟试验技术既可以控制实验成本与规模,又可保证试验数据的准确性,在地震工程中具有良好的发展前景。其中,OpenSees软件具有灵活高效、材料全面等优势,被广泛作为实时混合模拟试验的数值子结构分析平台。首先,探讨了实时混合模拟试验技术发展历程,梳理了国内外发展重要时间节点;其次,对实时混合模拟理论基础,即实时演算的迭代积分算法的分类与作用进行阐述说明;然后,探究以OpenSees软件为数值子结构模拟分析平台,通过OpenFresco搭载TCP/IP协议实现数值子结构与物理子结构数据交互的混合模拟试验,并依次介绍了国内外重要研究进展;最后,归纳了当前实时混合模拟试验在数值计算与伺服作动器加载方法中存在的问题,并总结现有的实验精度补偿方法。

剪力墙构件恢复力模型在OpenSees中的应用

提出了钢筋混凝土(RC)剪力墙弯矩-转角三折线骨架模型,给出了关键点的计算方法。计算了105片RC剪力墙的截面有效刚度和峰值转角,并与试验值对比,验证了模型的准确性。采用OpenSees软件中可以考虑强度与刚度退化的修正的Ibarra-Medina-Krawinkler(ModIMK)滞回材料定义滞回规则,对钢筋混凝土剪力墙低周往复试验进行数值模拟与分析,模拟结果和试验非常吻合。与可以考虑弯剪耦合效应(shear-flexure interaction model,SFI)的模型的时程分析对比结果表明滞回模型可以有效预测框架剪力墙在地震作用下的响应。增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)表明滞回模型可以有效预测剪力墙在地震作用下的倒塌行为,倒塌时的层间位移角比纤维模型小。

基于OpenSees的场地条件对RC框架结构易损性影响初探

目前对于结构易损性的研究主要倾向于考虑结构模型的多样化、精细化,而忽略或者简化场地土层条件的影响。基于OpenSees平台建立基岩和土层上两跨两层、两跨六层的RC框架结构的简化模型,选取54条峰值加速度大于0.8m/s^(2)地震动记录作为输入,通过数值模拟得到结构的易损性曲线。通过易损性曲线对比分析,结果显示:1)轻微破坏性能水准下,不同场地条件及结构层数工况得到的易损性曲线基本一致;2)除轻微破坏外各破坏性能水准下,土层的存在明显降低了结构破坏的概率;3)不严重破坏性能水准下,场地条件为基岩时,层数越高,越易破坏;场地条件为土层时,层数越低,越易破坏;4)严重破坏性能水准下,土层场地上结构未发生严重破坏;基岩场地的结构在输入峰值加速度大于0.4g时出现严重破坏,且六层结构的易损性曲线略高于两层结构。

基于OpenSees的钢筋混凝土柱数值模拟分析

为深入研究钢筋混凝土柱的抗震性能,基于已有该类试验基础上,通过改变轴压比、体积配箍率、剪跨比3个参数变化,运用OpenSees有限元软件对单根钢筋混凝土柱进行低周往复加载。由滞回曲线绘制出骨架曲线,研究分析不同参数下试件的延性变化及刚度退化规律;研究结果表明,在低周往复加载下,轴压比越大,柱的延性越小,刚度退化越大;配箍率越大,柱的延性越大,刚度退化越小,变形能力增大;剪跨比越大,柱的延性越大,刚度退化越小,但承载力变小。

基于OpenSees的锈蚀钢筋混凝土梁精细化模拟研究

为研究锈蚀钢筋混凝土梁力学性能退化的影响因素,基于OpenSees有限元软件建立精细化模型。锈蚀模型考虑钢筋力学性能退化,受压区混凝土强度降低以及钢筋与混凝土间粘结退化,与现有试验的荷载-挠度曲线吻合良好。研究结果表明:考虑粘结滑移的钢筋混凝土梁模型与试验裂缝发展趋势吻合;受拉钢筋锈蚀后的屈服强度决定锈蚀梁的承载力;粘结滑移导致梁的延性变差,较早发生承载力陡降;随着锈蚀率成比例的增加,锈蚀梁的承载力成比例降低,提前发生破坏。

基于OpenSees的空心板桥加固后承载能力分析

本文通过模拟两座跨径分别为8m、13m的空心板桥加固前后的单片梁承载能力数值,采用位移加载控制方式,分别在三分之一及三分之二跨径处布设加载点,以受压区上部混凝土达到抗压极限应变为承载能力极限状态。结果显示,单纯采用碳纤维板粘贴加固不足以使两座桥跨中截面承载能力达到目标要求,跨径8m空心板在粘贴数量较大时会发生超筋破坏,跨径13m空心板则受制于碳板粘贴需预留一定间距的空间要求,无法进一步提高承载能力。对两座桥均进一步采用受压区受拉区双侧加固的方法,取得了良好效果。

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。