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1 实例 27 型钢混凝土柱的静力弹塑性分析 1) 问题描述 : 本例对一型钢混凝土柱进行静力弹塑性试验分析 (PUSHOVER 分析 ) 采用重力荷载加载后再施加位移加载型钢混凝土柱的尺寸如下图所示柱高度为 3000mm 施加恒定的重力荷载 ( 点荷载重力方向 10000KN), 钢筋材料的屈服强度为 400MPa, 型钢材料的屈服强度为 360MPa, 混凝土材料内核与保护层均采用普通的混凝土材料 CONCRETE 01 模型, fc1=-27.5mpa, fc2=-10.0 MPa, ec1=-0.002,ec2= 注意 : 本例主要介绍如何建立多种材料 ( 本例有 4 种材料 ) 的型钢混凝土组合截面, 进行弹塑性分析, 在这个过程中借助了笔者开发的小程序 DINOSEC, 在 dinochen.com 可以下载通过 DINOSEC 进行复杂的组合截面建模本例的 4 种材料分别是保护层的混凝土, 核心区的混凝土钢筋材料型钢混凝土材料通过上述方法可以通过 OPENSEES 分析 : 矩型或圆形钢骨柱及钢骨柱 2) ETABS 模型建模 (1) 建立 ETABS 模型, 模型非常简单就是一个竖向的柱子, 建立梁柱混凝土截面及建立几何模型, 如下图所示梁柱截面定义时, 名字的首字母应为 N, 本实例采用基于柔度法 ( 力法 ) 的纤维单元下载网站 : dinochen1983@qq.cn 1

2 图 ETABS 建立组合梁的几何模型图 ETABS 截面定义窗口, 单元名是 NC800X800 注意 : 在 ETABS 中只建立普通的柱子即可, 不需要定义复杂的截面, 复杂的截面在 DINOSEC 小程序中去设置 (2) 选柱顶节点, 点击菜单 Assign Joint/Point loads Force, 施加单位荷载 -1000kN, 重力方向如下图所示下载网站 : dinochen1983@qq.cn 2

本算例需要建立的模型是型钢混凝土截面,( 钢骨梁柱截面 ), 截面类型选取矩形钢骨柱 2, 输入尺寸 800x800, 再输入保护层厚度 40, 定义截面划分参数 12x12 点击输入截面按钮,

3 图 ETABS 荷载定义编写 : 陈学伟 dinochen1983, OpenSEES 实例教程注意 : 荷载工况 DEAD 的自重系数需要调为 0, 不考虑结构自重 (3) 完成上述步骤后建立完 ETABS 模型注意 : 实例的 ETABS 模型存放在光盘 /EXAM27/ETABS/ 目录 3) DINOSEC 程序中操作 (1) 打开 DINOSEC 程序, 如下图所示, 初始界面即可定义复杂截面 : (2) 本算例需要建立的模型是型钢混凝土截面,( 钢骨梁柱截面 ), 截面类型选取矩形钢骨柱 2, 输入尺寸 800x800, 再输入保护层厚度 40, 定义截面划分参数 12x12 点击输入截面按钮, 即可得到截面的实时输入的形状及纤维单元划分 (3) 再输入内置钢骨及钢筋的相关参数, 如下图所示即最终得到需要输入的形状下载网站 : dinochen1983@qq.cn 3

图钢筋与型钢的布置与划分 (4) 点击混凝土本构, 在相对应的材料设置 OPENSEES 的材料编号, 以便与以后的

颜色为浅蓝色钢筋, 对应材料 #4, 颜色为红色型钢, 对应材料 #5, 颜色为蓝色注意 : 不需要在 DINOSEC

OPENSEES 命令流即可得到 OPENSEES 的关于这个截面的 TCL 命令流, 往后的操作就是把这个组合截面的命令流,

4 图钢筋与型钢的布置与划分 (4) 点击混凝土本构, 在相对应的材料设置 OPENSEES 的材料编号, 以便与以后的 OPENSEES 计算对应初始设置为 : 保护层混凝土, 对应材料 #1, 颜色为黄色非保护层混凝土, 对应材料 #2, 颜色为浅蓝色钢筋, 对应材料 #4, 颜色为红色型钢, 对应材料 #5, 颜色为蓝色注意 : 不需要在 DINOSEC 进行材料强度的设置,OPENSEES 的材料参数最终通过修改命令流去实现 (5) 点击 OPENSEES 截面代码, 点击生成 OPENSEES 命令流即可得到 OPENSEES 的关于这个截面的 TCL 命令流, 往后的操作就是把这个组合截面的命令流, 代替原来普通混凝土截面的命令流下载网站 : dinochen1983@qq.cn 4

5 4) OPENSEES 建模 (1) 打开 ETABS 模型, 导出 S2K 文件打开 ETO 程序, 导入 S2K 文件, 得到转化的 OPENSEES 模型, 如下图所示再打开转化 TCL 按扭, 将模型转化成 OPENSEES 代码, 如下图所示将代码另存为 Exam27.tcl 下载网站 : 5

6 ETO 导入 ETABS 模型编写 : 陈学伟 dinochen1983, OpenSEES 实例教程 (2) 在 ETO 程序中, 点击按钮, 可以设置结构分析工况本实例选择 OPENSEES 的分析类型为 Gravity+PushOver, 即先重力 ( 分 10 步施加 ) 后位移加载模式控制点为 2 号点, 位移自由度为 1, 水平位移推动每一步为 0.4mm, 共进行 100 步计算分析设置窗口 (3) 点击按钮, 可设置 OPENSEES 的输出命令 (Recorder), 勾选如下图所示, 需要输出位移结果 ETO 结果输出定义窗口 (4) 点击按钮生成 OPENSEES 命令流下载网站 : dinochen1983@qq.cn 6

7 (5) 以下将对 OPENSEES 命令流进行解释并修改, 最后提交运算 5) OPENSEES 命令流解读 (1) 从 ETO 程序中生成的 OPENSEES 的命令流如下所示 wipe puts "System" model basic -ndm 3 -ndf 6 puts "restraint" node E E E+000 node E E E+003 puts "rigiddiaphragm" puts "node" fix ; fix ; puts "Equal DOF" puts "material" uniaxialmaterial Elastic E+005 uniaxialmaterial Elastic E+004 uniaxialmaterial Elastic E+005 ##NC800X800 section Fiber 1 { fiber E E E fiber E E E fiber 0.000E E E } puts "transformation" geomtransf Linear puts "element" element nonlinearbeamcolumn puts "shell element" puts "SOLID element" puts "recorder" recorder Node -file node2.out -time -node 2 -dof disp puts "gravity" ## Load Case = DEAD pattern Plain 1 Linear { load E E E E E E+000 } 下载网站 : dinochen1983@qq.cn 7

8 puts "analysis" constraints Plain numberer Plain system BandGeneral test EnergyIncr 1.0e algorithm Newton integrator LoadControl 0.1 analysis Static analyze 10 loadconst 0.0 puts "pushover" ## Load Case = P1 pattern Plain 3 Linear { load E E E E E E+000 } puts "analysis" constraints Plain numberer Plain system BandGeneral test EnergyIncr 1.0e algorithm Newton integrator DisplacementControl analysis Static analyze 100 (2) ETO 生成的命令流中大部分不需要修改, 主要是修改弹性材料变成弹塑性材料及修改普通混凝土柱的截面变成复杂的型钢混凝土柱的截面自动生成的代码 uniaxialmaterial Elastic E+005 uniaxialmaterial Elastic E+004 uniaxialmaterial Elastic E+005 修改成以下的材料代码 : uniaxialmaterial Concrete uniaxialmaterial Concrete uniaxialmaterial Steel uniaxialmaterial Steel (3) 将 DINOSEC 生成的截面命令流 SECTION 01 代替原来的 SECTION 01, 下载网站 : dinochen1983@qq.cn 8

9 自动生成的代码 ##NC800X800 section Fiber 1 { fiber E E E fiber E E E fiber 0.000E E E } DINOSEC 生成的纤维截面代码 : section Fiber 1 { fiber E E E fiber E E E fiber E E E fiber E E E fiber E E E fiber E E E fiber E E E fiber E E E } (4) 分析结果记录的命令流如下所示只记录节点 2 的变形过程 : puts "recorder" recorder Node -file node2.out -time -node 2 -dof disp 该命令流用于输出位移, 即 UX,UY,UZ 的位移值 (5) 其它需要注意的细节 : 由于只对结构进行平面受力分析, 因此, 对 2 号点的自由度进行平面外的约束, 提高收敛性 fix ; 以上表明, 对于 2 号节点约束平面外 Y 方向的平动, 且对应的转动分量在进行完重力分析以后, 需要把重力荷载恒定, 需要在重力分析后加上一句 loadconst 0.0 (6) 综上所述, 完成命令流修改后, 可以提交进行分析, 修改后的文件可查看 Exam27\OpenSEES\Exam27.tcl 下载网站 : dinochen1983@qq.cn 9

10 6) OPENSEES 分析及分析结果 (1) 打开 OpenSEES 程序, 输入命令 : source exam27.tcl (2) 运行后, 提取节点 2 的变形与内力结果如下图所示 : 型钢混凝土柱的 PUSHOVER 结果经分析可知, 柱子的极限承载力为 1078kN, 换算成弯矩 M=3.0*1078=3234 knm 以下是 DINOSEC 的 PMM 分折结果,X 方向的极限变矩约为 3800kNm( 轴力为 10000kN 时 )( DINOSEC 与 OPENSEES 的混凝土本构略有不同 ) 以作参考下载网站 : dinochen1983@qq.cn 10

11 7) 知识点回顾 : (1) OPENSEES 对型钢混凝土柱的建模与分析 (2) 借用 DINOSEC 对型钢混凝土柱进行建模 (3) 对比 PUSHOVER 分析的及 PMM 曲线的数据下载网站 : dinochen1983@qq.cn 11

附件一摘要格式範例

附件一摘要格式範例 ATC-40(996) (Capacity Spectrum Method (Capacity Curve) Acceleration)(Spectral Displacement) (Performance Point) ETAB 93 2 94 7 8 ETABS (999;2000) ETABS ATC-40(996) Pushover ETAB ETABS 93 2 94 7 8 ETABS