钢筋混凝土圆柱抗震性能试验和有限元模拟

柱截面弯矩-曲率关系的分析与梁相似（柱存在轴力）压弯构件荷载-挠度单调曲线的非线性全过程分析主要区别：pN12nPNmL０二次矩分层法压弯构件荷载-挠度单调曲线非线性全过程分析框图下降段的处理塑性铰的处理卸载加载P反向加载反向卸载压弯构件荷载-挠度滞回曲线模拟的目的试验滞回曲线滞回规则滞回规则+骨架曲线=恢复力滞回模型Clough恢复力模型Clough模型是双线性模型，在这一模型中，构件刚度不受混凝土裂缝对其带来的影响，当所加荷载超过构件屈服强度后，在卸载过程中，发生刚度降低的现象，这一模型构成简单，便于理解，在初期钢筋混凝土结构弹塑性分析中，经常被使用。武藤恢复力模型武藤模型是三线性模型，以此来考虑构件发生混凝土开裂、钢筋屈服等现象，模型体现的变化规律比较简单。此模型特点是卸载刚度恒定，卸载刚度不随塑性变形增大而发生变化，所以不能准确地模拟较大程度的刚度降低现象。武田恢复力模型武田模型是三线性模型，能够较为精确地模拟钢筋混凝土构件在反复荷载作用下的弹塑性反应，现阶段在钢筋混凝土结构弹塑性反应分析中，这一模型得到了非常广泛的应用。在该模型中屈服前的卸载方向不指向原点，而是指向相反方向的开裂点。屈服后卸载，刚度发生降低。带软化段的恢复力骨架曲线模型的提出根据影响荷载－挠度关系的影响参数，如：混凝土强度、纵筋配筋率、体积配箍率、轴压比、剪跨比等参数的大量计算结果多元回归分析得到。特征参数回归系数1.9790.8621.0681.9862.096-0.0630.1892.275-0.4852.092-0.2042.0912.070-0.2150.1192.2220.0221.298-0.0971.2801.454-0.008-0.1121.1603.919-0.7563.125-1.0463.3540.1610.3053.8484.657-1.9003.559-3.7754.6210.3330.0560.765三折线恢复力骨架曲线模型的验证三折线恢复力滞回模型的验证第一次程序大作业自己查找柱构件伪静力试验的文献(方柱、圆柱、组合柱)针对试验构件建立分析模型在OpenSees中进行滞回曲线的模拟完成研究报告（包括试验介绍，分析步骤，分析结果的讨论——Word文件）准备PPT最终上交文档内容（PPT，Word文件及纸质研究报告一份）时间：下周四（讨论）钢筋混凝土圆柱抗震性能试验和有限元模拟为研究钢筋混凝土圆柱的抗震性能，对轴压比为0.45的钢筋混凝土圆柱进行了伪静力实验。基于OpenSEES的纤维模型，对柱水平力--位移曲线进行了有限元模拟。1.1试验工况及材料的力学性能1.试验研究试验工况砼强度fc（Mpa)轴压比材料性能箍筋纵筋H-156.20.45屈服/抗拉强度（MPa)402353.4H-272.90.45弹性模量（MPa)2.01×10^52.01×10^51.2试件尺寸及配筋圆柱高为1260mm，直径为180mm。具体尺寸和配筋参数如图所示。1.3加载方案建研式加载装置示意先将竖向轴力加至预定轴压比,然后开始水平加载试验,试验过程中随时调整油压以保持轴力的稳定。水平加载制度:模型柱受拉纵筋屈服前,采用力控制加载,每级荷载循环一次;纵筋受拉屈服后改为位移控制加载,每级加载位移为屈服位移的0.5倍,各级位移下循环两次以考察模型柱承载力及刚度的退化情况。当试件承载力下降到极限承载力的80%以下时,认为试件已丧失承载能力而结束试验。1.4试验结果H-1的水平力和位移滞回曲线H-2的水平力和位移滞回曲线2.OpenSEES有限元分析2.1OpenSEES分析介绍建模要求先将所分析的对象划分结点和单元，再定义荷载，施加约束，建模命令包括：结点(node)、质量(mass)、材料(material)、截面(section)、约束(constraints)、单元(element)、荷载(loadpattern)等。通过这些命令建立所分析对象的结点位置、约束形式、材料特性、截面恢复力模型、外加荷载等。2.1.1OpenSEES建立模型2.1.2非线性分析建模完成后，程序进入非线性工作阶段。OpenSEES有丰富的模块设置并完成非线性分析过程。这些模块包括：非线性方程组的约束处理方式(constraints)、结点自由度编号优化(numberer)、非线性方程存取计算方法(system)、积分法则(integrator)、迭代准则(algorithm)、容差判敛精度(test)等。每个模块又包含了多种选项供用户灵活调用。2.1.3结果输出

在结果记录和输出阶段，OpenSEES程序主要提供的是Recorder模块。可选的输出、记录选项包括：非线性时程分析过程中各时刻结点的位移、速度、加速度、位移增量；时程分析过程中各时刻单元的杆端力、杆端变形，截面抗力、变形和刚度的变化情况。2.2OpenSEESTCL语言编程

基于OpenSEES中的纤维模型，对所介绍的试验进行了OpenSEES的有限元模拟，具体的编程介绍如下。2.2.1定义量纲(units)OpenSEES中的量纲定义分为基本量纲和其它量纲。例：setNT1.0;#基本量纲力NT

setkN[expr1000*$NT];#其它量纲kN=1000NT定义的量纲或参数若为表达式，则用[expr$x*$y]表示。expr=expression注意:编程中#后语句起解释说明作用，为不执行语句，相当于Matlab中的%；所有定义的参数如在编程中引用，前面须加$号；除特殊说

明，例子均为有限元分析中的语句

。2.2岛.2建立模峡型wip顶e;晨#清除之杏前定义淡的所有塔模型1.定义模爽型的维弹度和自心由度mod喇el字Bas凯icB泻uil旅d–nd接m$营ndm赠<-颜ndf仇$n胁df>例：mod巡寿el圈Bas倡icB毛uil山d–n载dm拌2单–懂nd晴f被3;#模型为2维3个自县由度2.定义底结点nod赞e$n胖od乖eT据ag俊(维nd把m火$c黑oo壶rd轮s)例：no饲de10促0;稿#定义奔结点1的坐标x、y为(0些,0姿)3.定义际结点紫质量mas潮s$no焰deT古ag兵(nd俭f$少mas搜sVa态lus眯)例：ma改ss1论2债0;梦#定义结匪点1的x方向质耍量为2豆(此命令蕉在此程补序中未泄应用)当进行搁时程反茶应分析已时需要何指定质快量。4.定义摔约束亲（边壤界条返件）fi底x$no箭deT斤ag栽(nd逗f$雷Con晚stV沿alu缸es)例：fix1滚1匠1睡1;学#定义谜结点1的x、y、z三向约第束，即旅为固定咸端。0表示尘未约伍束，1表示咬约束。5.定义译材料气的应秤力-应变饼关系uni炕axi串alM迟ate富ria田lC驳omm完and钢筋混副凝土纤追维模型协示意图纤维赶模型恩须分数别定惠义截呜面各坑部分代的本捡构关跟系：(1碑)、箍筋约违束砼的寨本构关庆系；(2)、保护睬层素惰砼的渠本构债关系；(3射)、钢筋距的本姨构关狮系。箍筋嚼约束啦混凝须土采司用Man堂der模型式中各沃参数含遵义请查诞阅Ma主nd倚er贺1掠99去8原始赴文献井。Con住cre航te山01单调塔与滞蚀回本描构关嘱系un扔ia爷xi穗al屑Ma率te厌ri侵al让C典on壮cr机et宜e0舅1$m婶at害Ta幻玉g质$f梁pc规$负ep葵sc喝0萌$f制pc劲u骂$e熔ps庸u逝$l访am范bd引a顺$f顶t乓$E胁ts单调守应力-应变曲炉线滞回习应力-应变嗽曲线(1)定义箍议筋约束锻混凝土利的应力-应变关球系un宇ia杨xi唉al版Ma犯te锹ri感al绑C么on原cr乓et防e0翻1$ma君tTa者g$秋fpc享$e管psc纽奉0$麦fpc器u$帐eps拼u$绪lam攻bda$f张t地$E合tsse裙tID疲re冻in沉f2;#约束混哗凝土区春编号se燥tfc1丝式f[e黎xp事r订–(仁$f沾c0俊*(剖-1慨.2峰45热+2竖.2渡45碍*s米qr震t(培1+宋7.金94军*$小y2愉/$豆fc通0)我-2呆*$哈y2部/$室fc掌0]吓;#峰值记应力se思teps自1f[ex猛pr清2.0销*$f中c1f熔/$E群c]惜;#峰值聋应变se迹teps灵2f[ex柜pr岗3.0络*$e磨ps1暖f]杂;#极限应遇变setfc2绵f[ex两pr背($f卵c1f陕*($愿eps桂2f/猴$ep箱s1f啄)*$甚R)/仗($R框-1+充pow添($e沾ps2慈f/$山eps应1f,贵$R)倒];#极限应快力setlam镰bda0.1清5;#极限应纺变的卸项载斜率便和初始拥斜率比setft岸u[e秒xp邻r昆-$狗fc粥1u例/1呢0.惩0]贯;#抗拉夕强度se康tEt街s[ex嗽pr板-$E义c/2较];#抗拉软令化刚度un兄ia缓xi愚al轧Ma颜te棕ri典al织C任on赔cr朵et极e0携2$ID聚rei耕nf斯2$另fc1层f$狼eps谢1f适$fp姿2f摊$ep践s2f键$l滨amb次da$ft酱u$慎Ets叠;注意：泉模型中贞的各参距数设置稻需按照腿命令格极式中的风顺序，少而参数释符号可你自行定丽义。实校际上是库主程序译与子程兽序之间尽的实参始虚参调用(2侮)定义延未约任束混肺凝土拴的应低力-应变柜关系uni租axi毒alM困ate挂ria再lC至onc执ret买e01$ma毒tTa寸g$闯fpc貌$e迟psc非0$俘fpc胜u$虫eps做u$耕lam闲bda$f刷t寄$E自ts畏;setIDc美onc貌u1;#未约泄束砼欣编号setfc1驰u$fc盲;#峰值毯应力se错teps准1u-0.伟002选;#峰值载应变se招tfc营2u[e尚xp孔r全0.肤2*拌$f昆c]践;#极限应滨力seteps袍2u-0.落005猫;#极限应去变un阵ia究xi止al饼Ma森te兴ri稍al幸Co聋nc蜘re绸te屈01$ID过con蜘cu题$fc海1u通$ep家s1u蚀$f烘c2u咳$e集ps2忽u$帅lam耳bda慨$f烛t$加Ets喉;Ste旺el尿02单调与蜂滞回本纳构关系uni狠axi超alM尿ate花ria且lS查tee绒l02$ma朱tTa烧g$颈Fy僵$E臂$b疾$R0贿$c层R1垂$cR国2$售a$今b$鸟c$帖d;St绪ee理l淋02单调贤应力-应变班曲线Ste受el皆02滞回应导力-应变沸曲线(3迎)定义彼钢筋彩的应筛力-应变畅关系uni私axi弄alM舌ate以ria条lS椅tee袖l02$m揭at队Ta旦g描$F塔y猾$E廊$谢b虫$R优0序$c彩R1铁$傻cR反2画$a聚$扭b弦$c等$纱d;se鸽tIDs散tee奔l3;#钢筋区扬编号setFy[ex哈pr耳353聚.4*爆$MP恼a];#钢筋屈叼服应力se馆tEs[ex思pr偷2.0训e5*趴$MP坑a];#初始趋弹性便模量setBs缝0定.0暮00档85;#应变强胸化比se栏tR018念.5带;se踩tcR咐10.9石25;se糊tcR20.赌15定;#R0、cR辈1、cR烤2是钢筋递由弹性有阶段向世塑性阶上段的控辉制点6.纤维截教面单元限的划分sec滨tio攀nF拥ibe勉r$s畜ec椒Ta拢g刺;pa缴tc星h议ci怖rc$ma挺tTa浊g$伙num龄Sub骂div小Cir紧c$亏num津Sub虹div察Rad碌$y强Cen孩ter雁$z轰Cen辉ter兄$i查ntR斤ad轧$ex收tRa缓d<主$st其art遇Ang极$e前ndA攀ng>捆;la猛ye甲r横ci偶rc$m暑at摘Ta健g弃$n冈um漠Ba掌r层$a拍re奖aB捎ar瞧$识yC轨en偷te硬r讽$z蒙Ce过nt拆er姑$第ra削di苹us捡<典$s害ta雪rt助An酬g浅$e铜nd仍An摄g>窗;砼截面励单元划贷分示意茫图钢筋嘱单元待分布城示意哥图纤维单堡元的划糟分sec容tio宗nF宴ibe诉r$Co怠lSe居cTa笋g;喉#纤维串截面pat昆ch气cir验c$m微at秋Ta驱g迫$n懒um减Su脆bd编iv风Ci稿rc辽$荐nu匀mS盖ub丛di吹vR从ad皱$报yC策en耻te将r过$z骡Ce思nt巾er幻玉$床in检tR颠ad杰$来ex列tR谅ad握<载$s铺ta肉rt姐An桂g歼$e俊nd大An少g>台;setnf煌co宽re忽C框25钥;#核心砼烂沿周长扎方向的员纤维数se朱tnf晶co锋re牵R竟21虽;#核心蛋砼沿押半径辉方向奏的纤笨维数setnf瞎co煌ve厕rC嫌2梯5;#保护层吹砼沿周喂长方向盈的纤维絮数se贞tnfc莫ove树rR嘉2;#保护亦层砼士沿半碌径方苍向的沙纤维该数pa杰tc泻h侮ci轨rc$ID疯con驴cu皇$nf肥cov扁erC葬$n灶fco惭ver穿R0惯.0塞.$畜Rco叹re职$Rc相ol蓝0.币360梳.;#对未巧约束筝砼区铺进行野纤维止元划孝分pat刊ch苹cir我c$I妹dr蛋ei餐nf振$存nf竿co滨re柴C胜$n险fc轰or锹eR项0悼.拨0.拨0演.膨$R誓co言re草0属.讽36袋0.腰;#对约详束砼推区进芝行纤隐维元圣划分lay举er吼cir原c$I尘Ds肝te什el觉$殃nu促mB粗ar撑sC陵ol冰$能Ab糟ar乞0音.炸0.疼$甩Rc求or蚁e根0.扰[恳ex狭pr亲3听60泼-3仿60监/$扣nu乡丰mB饲ar鉴sC艺ol钻];#箍筋消单元填划分7.几何鸦坐标腐转换geo粥mTr诱ans东f潮PDl郊ter$tr食ans诉fTa伤g<萄-jn照tOf毯fse句t$恳dXi待$d吵Yi框$dX努j$珍dYj椅>;setCo非lT察ra宜ns蹦fT哑ag1利;#坐标转庸换编号geo详mTr伴ans食f表PDl效ter$C陪ol辽Tr累an包sf喝Ta桃g;荣#考虑P-掩Dl寨te潜r效应的已坐标转串换8.定义肯单元般模型ele酿men纹tn挥onl陕ine至arB恐eam惕Col帽umn$el趣eTa黑g$脏iNo苗de疗$jN放ode界$n需umI问ntg留rPt欠s$务sec优Tag静$t介ran训sfT晚ag召<-m摇ass惩$m猪ass兆Den镰s>生<-i发ter捆$m需ass谱Ite香rs上$to退l>;setnum低Int钢grP颠ts5;副#取5个积励分点el格em蚕en展t极no申nl曾in势ea伪rB曾ea榜mC慕ol伶um携n1肃1泥2$n眉um继In嫩tg赔rP筝ts阅$说Co菜lS桌ec葱Ta博g吧$C哭ol盾Tr朴an站sf绪Ta鼓g;裳#截面圆单元救为非赛线性驼梁柱镜单元9.结果栏输出re顽co械rd出er停N闷od摄e<-齿fi捞le址$王fi果le梅na乖me羊>经<-旧ti饼me念>关<-奥no馋de流(需$n效od嘱e1凝$造no欠de瓜2喂…)妥><-n祥ode株Ran旺ge犬$st叠art止Nod趁e$插end艇Nod只e>贼<-r腾egi艰on颠$Re佩gio航nTa桐g>此<no队de中all俩>-驼dof控($支dof朵1$坚dof派2盗…)线$re龙spT警ype;rec骨ord颜erNod饰e-f德il兼e捕$d把at斜aD棵ir援/N连od济e2笼.d访at批-仰ti始me泪-粮no讨de惧2撇-甩do习f占1杠di首sp;#记录2结点x方向病的位吊移10未.竖向轴次力的加过载pat挎ter镰nP伤lai盒n$p临at雷te终rn趴Ta省g旁(T虽im腥eS术er辟ie益sT地yp撕e书ar加gu俯me酷nt牲s)泉{loa碍d(鲁loa蔑d-c萝omm膛and般ar们gum的ent怀s)}se蔑tZY沸B$n;木#轴压乱比为nse革tFN[ex折pr淡$ZY红B*$华fc*梅$PI昂*po披w($府RCo外l,替2)*增$kN帆/10价00]养;#轴压比n的竖线向轴索力pat疫ter络nP莲lai住n1Lin旧ear敏{lo久ad$ID浸ctr恒lNo逢de0$F废N0};供#在控肿制节达点逐射步增弱加竖己向轴爹力至液轴压告比n下的盛轴力11.轴向境力的尸分析巧参量——力控绘制se钱tTol1.殊0e附-8阳;蹄#收敛录精度co帽ns决tr袭ai喷nt羞s梁Pl疤ai效n;仍#非线性乒方程组攀的约束坚处理方基式nu两mb欺er甜er映P惧la侧in;傻#节点自牵由度编熄号优化sy碗st均em来B领an焦dG雄en懂er鉴al;际#非线性塑存取计喘算方法tes藏tN窄orm锣Dis疼pIn茶cr$To松l60遣;棕#容差搜判敛阅精度alg闷ori是thmNe晒wt合on;华#牛顿忙迭代过准则setNst劝e