需要注意的是在定义钢筋材料时还有些可选的参数,具体含义可见OpenSees的Document。 (2)截面
依次键入Define-Section-Line Section,在Add Section中选择Fiber:
定义一个混凝土结构的截面可以分为三步:定义保护层、核心混凝土、钢筋。
定义保护层混凝土可选择Add Patch,它的基本意思是定义一个连续的截面区域,并对其化分为各束纤维。选择Add Patch-Box 则可以定义一个箱形的截面:
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在确定纤维数目时需要综合考虑计算效率与计算精度,由于本次计算结构简单,可以对单元化分得细致些。但过于精细的单元化分是没有太大意义的。定义核心混凝土时选择Add Patch-Quadrilateral表示定义一任意四边形区域:
点的输入时坐标系按图四选择。
最后一步定义钢筋,以定义柱截面钢筋为例,选择Add-Layer:
上述表示定义了柱最下面一排的三根钢筋,其它位置钢筋可通过同样的方式定义。 (3)单元
键入Define-Element-Line Element,这里可以选择许多种单元类型,不同的单元类型主要决定着不同的积分方式可根据实际情况选择,本次计算选择基本刚度法的DisBeamCloumn,对于梁柱分别选择所对应的截面:
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这里有两点要注意,一是积分点数,它决定了计算的精度以及计算量,一般结构取5-10个左右的点就足够了。另一个是质量密度,这个密度是指线密度,理论上讲需要根据第一节计算的等效质量来取定,但为了后面观察非线性现象更明显这里把线质量加倍加在梁上。 3.2.2Assign
这一步需要将事先定义好的各截面赋在单元上,以及对结构旋加约束等。 (1)施加约束
该单跨简单支梁左右柱端均为完全固结,键入Assign-Node-SP Constraints:
(2)单元赋值
这一步主两个工作,一是将截面类型赋予单元,另一个是将几何转换赋予单元,起到由局部坐标系到整体坐标系转换的作用,由于后面要进行结构在强震作用下的变形分析因此需要考虑结构的P??效应,这里定义的坐标变换为:
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通过以上步骤则完成了基本的模型建立,但现在的数据格式还是Mat格式,要通过OpenSees Navigator转化成OpenSees可以识别的TCL语言才能进行计算。
建立好结构模型以后要进行结构的各类分析,分析步骤可分为:
模态分析—>静力分析—>动力分析
3.3模态分析
模态分析是指分析结构的振型模态,通过模态分析第一可以大体上判断模型的正确性,第二知道了结构的自振频率则可以计算瑞利阻尼,这在动力计算中是非常有用的。
键入Analyze-Write OpenSees Input Files,并选择EigenDefaultCase 这是Navigator自己定义的分析Case,省去了我们大量的工作。这一步的作用就是将mat的数据文件写成Tcl格式的文件,这样OpenSees就可以做运算了。点击标题栏上的红色箭头运行TCL文件:
运行成功后点击绿色箭头加载计算结果:
然后我们就可以看到结构的各阶模态以及自振周期:
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图3.5 振型模态
Navigator还可以作出结构自振的动态图像。结构振动周期如表2:
表3.3 结构自振周期
阶数 周期(s)
1 0.1749
2 0.0973
3 0.0374
由于纤维单元建模过程中有诸多容易犯错的细节,模态分析一方面是检验模型正确与否的关键步骤,另一方面模态分析的大量参数是Navigator默认定义好的,因些从事这一步是非常简单的。在水平地震作用下,主要激发出结构的一阶模态。
3.4自重加载分析
由于结构的自重是一直加在其上面的,因些在做完模态分析后还应进行自重作用下的静力分析。进行静力分析首先要定义静力荷载:Assign-Element-Loads:
以上就定义了梁上的恒载,在柱顶点加集中荷载可以通过相似的方法。这里注意到荷载模式这一栏显示的是Plain Default,这也是Navigator自己为我们定义好的静力加载荷载模式,也省去我们一定的工作量。定义好荷载之后在分析选项中写静力分析的TCL语言,则可以进行静力分析了。可以作出结构在自重下跨中挠度随着荷载的变化规律:
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