OpenSees混凝土单轴本构关系二次开发

由于其强大的非线性分析功能,OpenSees越来越广泛地被应用于结构的非线性分析当中。混凝土本构模型是钢筋混凝土结构非线性分析的基础。详细介绍了在OpenSees中添加新单轴材料本构的基本原理。Mander模型是应用最为广泛的箍筋约束混凝土本构模型之一,但OpenSees中尚未集成Mander模型。以Mander模型为例,介绍了箍筋约束混凝土单轴滞回本构关系的开发过程,并成功地将其集成到OpenSees中。最后用三个算例验证了新添加本构关系的实用性。     

基于OPENSEES的新单轴材料模型的实现

在介绍OpenSees软件及其材料库框架结构的特点的基础上,搭建了一个添加新的单轴材料的接口,并以多垂直杆剪力墙非线性单元模型中的剪切弹簧恢复力模型为例,讲解了向OpenSees软件添加新的单轴材料的具体实现方法。     

Study of a new type of self‐centering beam‐column joint in steel frame structures

A new type of self‐centering beam‐column joint with installed steel arc plates is proposed in this study. First, mechanical behavior of the self‐centering joint using prestressed steel strands to provide the centering force is theoretically analyzed in detail, followed by experimental validation. New joints with different arc plate parameters are designed and tested under cyclic loading. Test results show that the hysteretic curve of the new joint exhibits typical characteristic of self‐centering capacity. By parametric analysis of five design parameters of the arc plate, it is found that vector height has the greatest influence on the joint's moment‐rotation skeleton curve, which is consistent with experimental findings. A simplified model of the joint is built in OpenSees to simulate its hysteretic behavior, which agrees well with the tested results. To demonstrate the effectiveness of the new joint to improve the seismic performance of the overall structure, a series of nonlinear time history analysis on a steel frame structure with the new joint under earthquakes are conducted, which show that the joint is particularly effective in reducing the residual interstory drift response.     

偏心支撑框架空间子结构混合试验边界条件模拟方法

数值子结构的建模精度和子结构的边界条件模拟是子结构混合试验中的两个关键问题。为进一步研究这种新型结构试验方法对于空间框架结构的适用性,基于高强钢组合Y形偏心支撑框架模型展开研究。首先建立了一套由OpenSees, OpenFresco试验平台以及MTS加载系统组成的混合试验系统。然后分别针对2层、3层和4层3跨高强钢组合Y形偏心支撑框架,取底层带有偏心支撑的框架部分作为试验子结构,其余部分作为数值子结构在OpenSees中进行模拟。在混合试验之前,利用已有单榀试件拟静力试验结果对数值子结构的建模方法进行了数值模拟验证。最后选取El Centro波作为原始输入地震波,针对试验子结构的平动模拟和竖向荷载作用进行了一系列空间子结构混合试验。结果表明:通过数值模拟验证拟静力试验结果的方式,可以为混合试验中数值子结构的建模提供参考依据;采用双作动器水平加载来实现试验子结构的平动,可以有效考虑数值子结构对试验子结构的边界约束;竖向荷载的考虑,可以更真实的模拟试验子结构的重力二阶效应。     

基于OpenSees的二维黏弹性边界单元开发及应用

基于有限元开源软件OpenSees开发了二维黏弹性边界单元VS2D2Bar,采用数值算例验证了该二维黏弹性边界单元在程序实现上的正确性,并将其应用于重力坝地震响应分析。重力坝算例分析结果表明:与固定边界无质量地基模型相比,采用黏弹性边界单元分析得到的坝体动力响应峰值大幅度减小,在重力坝的地震响应分析中必须考虑无限地基辐射阻尼效应的影响;OpenSees适用于重力坝地震响应分析,编程开发和调试工作量较小,易于在复杂水工结构的静动力分析研究中推广应用。     

基于OpenSees的钢筋混凝土框架节点抗震性能影响因素分析

为了研究低周反复循环荷载作用下混凝土框架节点的抗震性能,本文采用有限元软件OpenSees对其进行数值模拟分析.主要研究了节点核心区混凝土非线性抗剪切性能、核心区梁柱纵筋锚固滑移性能、梁柱混凝土强度等级三方面因素对节点抗震性能的影响.通过对比分析,得出核心区梁柱纵筋锚固滑移性能对节点抗震性能影响最大;节点核心区混凝土应具有足够的抗剪切强度,但盲目的靠提高剪切性能寻求较好的节点抗震性能是没有意义的.核心区抗剪性能的提高应该和粘结强度提高及混凝土强度等级提高等其它因素结合起来,才能很好地提高混凝土框架节点的抗震性能;同时得出梁柱混凝土强度等级对节点抗震性能影响很小的结论.     

大应变FRP加固连续梁桥地震易损性分析

为评估地震作用下大应变纤维增强聚合物(large rupture strain fiber reinforced polymer, LRS FRP)加固桥梁的抗震性能,以一典型三跨连续梁桥为例进行了研究。目前关于LRS FRP约束混凝土往复轴压模型的研究较少,限制了LRS FRP加固桥梁的抗震分析。因此介绍了作者课题组提出的简化LRS FRP约束混凝土往复轴压模型,根据此模型并结合地震易损性分析理论,基于OpenSees平台,采用增量动力分析(incremental dynamic analysis, IDA)方法,对三跨连续梁桥在LRS FRP加固前后的地震易损性进行了分析。结果表明：轻微损伤和中等损伤状态下桥梁墩柱基本处于未受损坏的线弹性阶段,LRS FRP加固对其地震易损性影响不大;严重破坏和完全倒塌状态下,未加固桥梁的损坏超越概率明显大于LRS FRP加固的桥梁。提出的简化LRS FRP约束混凝土往复轴压模型可为LRS FRP加固桥梁的抗震分析提供参考。     

基于改进直接刚度法的加州某桥梁结构损伤评估研究

利用OpenSees有限元软件对美国加州地区的Truckee-I80/Truckee River Bridge (TRB)桥梁结构进行了数值模拟。然后应用改进的直接刚度法对该模型进行了有无测量误差下的单处、多处损伤评估;同时对该桥进行了相应的推覆分析以及地震动输入下的非线性损伤评估。评估结果表明:改进的直接刚度法对以弯曲变形为主的桥梁结构的损伤评估是有效和可行的。     

循环荷载下钢筋混凝土柱滞回性能数值模拟

基于OpenSees平台,分别采用梁柱纤维单元和带塑性铰梁柱纤维单元建立了钢筋混凝土单柱的纤维模型和纤维铰模型,对循环荷载下的钢筋混凝土单柱非线性滞回反应进行了数值模拟.通过与试验结果的对比,验证了两种模型的模拟效果,并对模拟结果进行了分析讨论.研究表明,采用纤维模型可以较真实地模拟循环荷载下钢筋混凝土柱的非线性滞回性能,模拟结果能够较好地反映钢筋混凝土柱在反复加载过程中刚度和强度退化及捏拢现象,材料本构参数、积分点数目及纤维铰模型中的塑性铰长度对模拟效果有着重要的影响.     

基于下部支承分离式设计的大跨度网壳结构抗震性能研究

大跨空间结构的历次震害表明,上部屋盖和下部混凝土支承连接处的破坏是其主要震害类型之一,为了降低该种震害的可能性,提出了将下部支承结构分为可承受屋盖水平及竖向荷载的部分和只承受屋盖竖向荷载部分的分离式设计方法,前一部分下部支承宜采用弹性变形较大的钢结构,后一部分下部支承和屋盖通过水平滑动支座相连,由于水平剪力的释放而使该部分支座震害可能性降低。基于该设计思路建立了典型的单层网壳及下部支承模型,基于现行规范对其进行了小震和大震下的计算分析。结果表明:网壳及承担网壳水平和竖向荷载的下部支承部分可独立于只承受屋盖竖向荷载的下部支承部分单独计算,其计算结果和包含所有下部支承的整体模型结果相同;结构的温度应力可有效得到释放,小震及大震下抗震性能良好,用钢量较低。