纤维模型【动力分析软件OPENSEES中纤维模型的应用介绍】.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑，页眉双击删除即可纤维模型【动力分析软件OPENSEES中纤维模型的应用介绍】纤维 模型 动力 分析 【摘 要】本文具体介绍了建筑结构常用的OPENSEES软件中各种纤维梁柱模型的计算原理，并用OPENSEES中的纤维模型模拟了一个钢筋混凝土柱试件通过计算结果与试验结果的对比，显示此模型能够比较精确的模拟钢筋混凝土柱构件在大变形下的非线性反应 　　 【关键词】软件；非线性反应；数值分析； 纤维模型　　　　 引言　　 如何较可靠的模拟结构在强震作用下的非线性反应是结构抗震领域的重要课题人们已经很好的解决了结构的弹性分析问题，而对结构的非线性反应分析却始终没有很好的解决方案解决结构的非线性反应分析问题首先要解决构件非线性分析模型问题纤维模型是近来引起广泛关注的构件非线性分析模型，此模型在另一个结构动力分析软件CANNY中已有运用，但为了简化计算该程序作了较多假设，因此对计算精度有肯定的影响OPENSEES中的梁柱纤维模型在算法上更接近实际，能很好地模拟实际构件的反应本文具体探讨了OPENSEES中纤维梁柱模型的计算原理，并用OPENSEES中基于纤维模型的Nonlinear Beam-Column模型建模，对一个钢筋混凝土柱试件进行数值模拟。

数值计算结果与试验结果的比较说明OPENSEES中的Nonlinear Beam-Column模型能很好的模拟各构件的在大变形时的非线性反应　　 1 OPENSEES中各梁柱模型计算原理介绍　　 1.1 概述　　 OPENSEES中的梁柱模型包括弹性梁柱模型、非线性梁柱模型、两端塑性铰模型弹性梁柱模型比较简洁，本文就不过多表达了　　 非线性梁柱模型、两端塑性铰模型主要基于纤维模型纤维模型是指将纤维截面给予梁柱构件〔即定义构件的每一截面为纤维截面〕，纤维截面是将构件截面划分成许多小纤维〔包括钢筋纤维和混凝土纤维〕对每一根纤维只考虑它的轴向本构关系，且各个纤维可以定义不同的本构关系纤维模型假定构件的截面在变形过程中始终保持为平面，这样只要知道构件截面的弯曲应变和轴向应变就可以得到截面每一根纤维的应变，从而可以计算得到截面的刚度因纤维进入非线性后会产生不平衡力，因此纤维截面的刚度是在构件变形过程中迭代计算得到的纤维模型能很好的模拟构件的弯曲变形和轴向变形，但不能模拟构件的剪切非线性和扭曲非线性下面具体介绍OPENSEES中各种梁柱模型的计算原理　　 1.2 OPENSEES中的Nonlinear Beam- Column模型：　　 OPENSEES中的Nonlinear Beam-Column模型是基于纤维模型的，它在计算构件的柔度矩阵时接受高斯数值积分方法，每个积分点位置的截面都用纤维截面模拟，这样每个积分点处截面的柔度与实际截面得柔度特别接近，且积分点的个数可以由使用者任意确定。

如取构件两端两个积分点计算则与用线性插值法计算的结果一样，如取两端和中间三个积分点则比用抛物线插值法计算所得结果更为精确在中间节点选得多的状况下相当用高次曲线〔也不能太高一般取5个积分点〕来拟合构件截面的柔度这种模型不仅适用范围较广在OPENSEES中还有特地的零长度构件可以用来模拟构件节点处的变形例如可以给予这种零长度构件BARSLIP Material(这种材料的本构关系可以精确模拟循环加载时在构件节点处由于钢筋的滑移和混凝土的开裂所引起的构件的刚度退化和强度退化现象)来模拟构件节点处的变形，另外用Bond_SP01 Material可以模拟节点处钢筋的应力渗透现象〔节点处钢筋还没有整体滑移〕所引起的构件的强度和刚度改变假如将Nonlinear Beam-Column构件与零长度构件一起使用可以到达精确模拟梁柱构件实际变形的目的　　 1.3 OPENSEES中的两端塑性铰模型：　　 它是由两端的塑性铰构件和中间的弹性杆构件构成〔如图1所示〕如给予两端的塑性铰构件纤维截面则每个塑性铰构件就相当于一个小型Nonlinear Beam-Column构件，需要用高斯积分方法来求解其柔度矩阵。

因塑性铰的长度小积分点只用取两个〔两端〕就很精确了，将三个构件的柔度叠加即得到整个构件的柔度　　　　 2 数值模拟　　 下面接受OPENSEES中的纤维模型对一个试验模型进行了数值模拟，并与试验结果作了对比　　 钢筋混凝土柱模型：　　 试验结果取自第 3 页 共 3 页。