基于OpenSees的小跨高比连梁滞回特性预测方法及存储介质技术

本发明专利技术涉及一种基于OpenSees的小跨高比连梁滞回特性预测方法及存储介质，基于非线性有限元计算软件OpenSees平台，构建用于模拟实际小跨高比连梁的连梁模型，对所述连梁模型进行低周反复加载，获得滞回特性预测结果；所述连梁模型包括纤维梁单元和位于所述纤维梁单元两端的零长度非线性剪切

【技术实现步骤摘要】
基于OpenSees的小跨高比连梁滞回特性预测方法及存储介质


[0001]本专利技术涉及结构抗震
，尤其是涉及一种基于OpenSees的小跨高比连梁滞回特性预测方法及存储介质。

技术介绍

[0002]钢筋混凝土联肢剪力墙结构由于其整体性能好，抗侧刚度大，竖向承载力高，因此被广泛应用于高层建筑结构中。实际的地震检验和试验结果均表明连梁构件本身的承载力、延性以及耗能能力对整个联肢剪力墙结构的抗震性能有着很大的影响。因此在高层建筑结构分析设计时，如何在有限元模型中准确考虑连梁的非线性滞回特征尤为关键。
[0003]作为建筑门窗洞口位置处的结构构件，混凝土连梁一般跨高比都较小(小于2.5)。国内外大量钢筋混凝土连梁抗震试验的结果表明，由于剪跨比较小，连梁的性能受到剪切作用的显著影响，表现出明显的强度与刚度退化和显著的捏拢现象。这种复杂的特征使得对其滞回过程的数值模拟具有相当的难度。连梁抗震试验结果显示，连梁在反复荷载作用下的变形主要由以下三部分组成：(1)弯曲变形；(2)剪切变形；(3)连梁与墙肢界面滑移变形。采用常规的纤维截面模拟忽略了非线性剪切变形和界面滑移变形，对跨高比大的框架梁是合适的，而对跨高比较小的连梁而言误差较大。
[0004]国内外不少学者对剪切非线性关系有过研究，按作用对象分类，钢筋混凝土构件考虑剪切非线性有3种途径：(1)材料层次；(2)截面层次；(3)单元层次。理论上直接从材料层次考虑剪切非线性效应是最本质和精确的，但混凝土多维本构关系正处于研究阶段，能否可靠地模拟结构的实际弹塑性反应需要进一步的论证。而当采用混凝土单轴应力
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应变关系建立精细化模型分析时模拟出的钢筋混凝土梁单调加载效果较好，但模拟出的循环往复加载结果通常与试验相差较大。此外从材料层次考虑非线性还面临计算时间长、计算不易收敛的问题。从单元层次考虑剪切非线性原理简单、计算量小，但由于限定了剪切弹簧的位置，模拟不够精确。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种准确模拟小跨高比连梁滞回过程的基于OpenSees的小跨高比连梁滞回特性预测方法及存储介质。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种基于OpenSees的小跨高比连梁滞回特性预测方法，包括以下步骤：
[0008]基于OpenSees分析平台构建用于模拟实际小跨高比连梁的连梁模型，对所述连梁模型进行低周反复加载，记录一端的剪力和另一端的位移，得到连梁模型的荷载
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位移滞回曲线，获得滞回特性预测结果；
[0009]其中，所述连梁模型包括纤维梁单元和位于所述纤维梁单元两端的零长度非线性剪切
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滑移拉伸弹簧单元，以具有一非线性剪切
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滑移弹簧刚度的由OpenSees分析平台提供的ZeroLength Element单元形成所述零长度非线性剪切
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滑移拉伸弹簧单元，以具有一截
面整体刚度矩阵的基于力插值的纤维单元形成所述纤维梁单元，所述截面整体刚度矩阵由截面层次的非线性剪切刚度与纤维截面的轴向、弯曲刚度组合而成。
[0010]进一步地，所述基于力插值的纤维单元包括连梁纤维截面，该连梁纤维截面的截面非线性剪切本构通过OpenSees分析平台提供的Hysteretic Material材料本构定义。
[0011]进一步地，所述连梁纤维截面中，连梁混凝土采用Concrete02本构，连梁钢筋采用Steel02本构。
[0012]进一步地，所述连梁纤维截面根据连梁截面尺寸、钢筋布置以及材料强度等级参数确定。
[0013]进一步地，所述Hysteretic Material材料本构的骨架曲线为三折线模型。
[0014]进一步地，所述Hysteretic Material材料本构的关键参数包括开裂点荷载及应变、峰值点荷载及应变和卸载段刚度。
[0015]进一步地，所述零长度非线性剪切
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滑移拉伸弹簧单元采用Hysteretic Material材料本构定义。
[0016]进一步地，所述Hysteretic Material材料本构的骨架曲线为二折线模型，关键参数包括峰值点荷载及位移和卸载段刚度。
[0017]进一步地，所述滞回特性包括连梁初始刚度、峰值荷载、刚度退化、捏缩效应以及滞回耗能。
[0018]另一方面，本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，包括供电子设备的一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如上所述基于OpenSees的小跨高比连梁滞回特性预测方法的指令
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0020]1、本专利技术基于OpenSees分析平台构建了一种钢筋混凝土连梁模型，该连梁模型由带非线性剪切本构的纤维单元和两端零长度非线性剪切
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滑移拉伸弹簧单元组成，既能利用纤维截面考虑轴力和弯曲耦合，精确高效反映构件压弯特性的优点，又能考虑小跨高比连梁非线性剪切变形和连梁与墙肢界面滑移变形，使得本专利技术能准确预测小跨高比连梁初始刚度、峰值荷载、刚度退化、捏缩效应以及滞回耗能等滞回特性。
[0021]2、本专利技术将截面层次的非线性剪切刚度与纤维截面的轴向、弯曲刚度组合得到截面整体刚度矩阵，实现能同时考虑轴剪弯作用的纤维截面，提高模拟准确度。
[0022]3、本专利技术基于OpenSees分析平台实现，方法简单可靠。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的方法实施流程示意图；
[0024]图2为本专利技术构建的连梁模型示意图；
[0025]图3为本专利技术单轴混凝土材料应力应变关系示意图；
[0026]图4为本专利技术单轴钢筋材料应力应变关系示意图；
[0027]图5为本专利技术非线性剪切本构关系示意图；
[0028]图6为本专利技术非线性剪切
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滑移拉伸关系示意图；
[0029]图7为本专利技术单轴Hysteretic Material材料滞回规则示意图；
[0030]图8为本专利技术Section Aggregator命令示意图；
[0031]图9为本专利技术连梁纤维截面划分示意图；
[0032]图10为本专利技术模拟分析时的加载制度示意图；
[0033]图11为利用本专利技术模拟分析得出的荷载
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位移滞回曲线与真实试验的荷载
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位移曲线的对比图。
具体实施方式
[0034]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0035]本实施例提供一种基于OpenSees的小跨高比连梁滞回特性预测方法，包括以下步骤：基于OpenSees分析平台构建用于模拟实际小跨高比连梁的连梁模型，对所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于OpenSees的小跨高比连梁滞回特性预测方法，其特征在于，包括以下步骤：基于OpenSees分析平台构建用于模拟实际小跨高比连梁的连梁模型，对所述连梁模型进行低周反复加载，记录一端的剪力和另一端的位移，得到连梁模型的荷载
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位移滞回曲线，获得滞回特性预测结果；其中，所述连梁模型包括纤维梁单元和位于所述纤维梁单元两端的零长度非线性剪切
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滑移拉伸弹簧单元，以具有一非线性剪切
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滑移弹簧刚度的由OpenSees分析平台提供的ZeroLength Element单元形成所述零长度非线性剪切
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滑移拉伸弹簧单元，以具有一截面整体刚度矩阵的基于力插值的纤维单元形成所述纤维梁单元，所述截面整体刚度矩阵由截面层次的非线性剪切刚度与纤维截面的轴向、弯曲刚度组合而成。2.根据权利要求1所述的基于OpenSees的小跨高比连梁滞回特性预测方法，其特征在于，所述基于力插值的纤维单元包括连梁纤维截面，该连梁纤维截面的截面非线性剪切本构通过OpenSees分析平台提供的Hysteretic Material材料本构定义。3.根据权利要求2所述的基于OpenSees的小跨高比连梁滞回特性预测方法，其特征在于，所述连梁纤维截面中，连梁混凝土采用Concrete02本构，连梁钢筋采用Steel02本构。4.根据权利要求2所述的基于OpenSees的小跨高比连梁滞回特性预...

【专利技术属性】
技术研发人员：虞终军，王建峰，段炼，
申请(专利权)人：同济大学建筑设计研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：