擬靜力加載的案例
OpenSees墩柱擬靜力加載試驗(yàn)數(shù)值模擬
OpenSees墩柱擬靜力加載試驗(yàn)數(shù)值模擬
0引言
纖維模型在用于結(jié)構(gòu)彈塑性分析時(shí)，能以較低的計(jì)算成本獲得較高的求解精度，且各纖維可以采用材料單軸本構(gòu)關(guān)系，從而避免了確定多維本構(gòu)關(guān)系的困難。墩柱擬靜力加載試驗(yàn)是結(jié)構(gòu)抗震經(jīng)常會(huì)做的試驗(yàn)，本文以太平洋地震研究中心（PEER）上邊一方形柱試件擬靜力加載試驗(yàn)為例（如圖1），介紹如何在OpenSees中建立墩柱纖維模型并進(jìn)行PushOver分析，并附上詳細(xì)命令流。
ABAQUS 建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析、靜力彈塑性Pushover分析、模態(tài)分析
ABAQUS軟件
建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析、靜力彈塑性Pushover分析、模態(tài)分析
剪力墻擬靜力加載
建模及結(jié)構(gòu)后處理
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建筑抗震試驗(yàn)方法規(guī)程中明確規(guī)定擬靜力實(shí)驗(yàn)的控制包括屈服位移
鋼木組合框架柱擬靜力試驗(yàn)
最新的試驗(yàn)。
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鋼木組合框架柱擬靜力試驗(yàn)
框架柱擬靜力試驗(yàn)
Abaqus—擬靜力試驗(yàn)?zāi)M的幾個(gè)點(diǎn)
VERIFY THAT THE DEGRADATION DATA UNDER *CONCRETECOMPRESSION DAMAGE IS CORRECT
2、Step設(shè)置
2.1、加載點(diǎn)設(shè)立set，在Create Histoty Output里輸出加載點(diǎn)的位移和力，從而繪制滯回曲線。（重要！！）
操作如下：
（1）首先在低周往復(fù)加載點(diǎn)處定義RP-1，將RP-1和加載面耦合。然后將RP-1定義為一個(gè)set（我定義的set名為DD）。
（2）點(diǎn)擊Create Histoty Output，Domain里選擇set，DD。
（3）計(jì)算完成后，在Create XY Data里點(diǎn)ODB histoty output（第一個(gè)），就有力和位移的數(shù)據(jù)了。點(diǎn)擊Plot可以繪圖，然后在Operate on XY data里可以用combine（X,X）繪制滯回曲線。
（4）如果不定義加載點(diǎn)為set及不設(shè)置Create Histoty Output，在ODB field output里Unique Nodal里選RF和U繪滯回曲線圖的話，模型大的話可能會(huì)有一個(gè)漫長(zhǎng)的等待過(guò)程。
2.2、Field Output
（1）去除沒(méi)用的輸出，勾選有用的，一般選擇如下圖紅框（需要其他的自己添加）。
（2）Every n increments中n的影響。
Every n increments是指每n個(gè)增量步輸出一次結(jié)果，當(dāng)總時(shí)間較大時(shí)，可以把n設(shè)置的大一些，從而減小結(jié)果的數(shù)據(jù)量，即減小了odb文件的大小（截圖中的10可根據(jù)自己需要修改）。
2.3、Step里把幾何非線性打開(kāi)
2.4、直接輸出骨架曲線
輸出滯回曲線的同時(shí)，也可以直接輸出骨架曲線，這樣就不用再用代碼或者軟件提取骨架曲線了，方便很多，可以在下面鏈接看操作視頻。（重要！）
展開(kāi) 剪力墻擬靜力試驗(yàn)數(shù)值模擬（ABAQUS、OpenSees）
具體的建模過(guò)程不細(xì)講了，如果你剛開(kāi)始學(xué)ABAQUS，推薦你2本書，里面有擬靜力試驗(yàn)?zāi)M的詳細(xì)建模過(guò)程，看完你就會(huì)了。
①徐亞豐《高等土木工程結(jié)構(gòu)（ABAQUS模擬實(shí)驗(yàn)/實(shí)驗(yàn)室模型實(shí)驗(yàn)）》
②王玉鐲 《ABAQUS結(jié)構(gòu)工程分析及實(shí)例詳解》
2.1、混凝土本構(gòu)及損傷因子的計(jì)算（CDP模型）
混凝土損傷損傷塑性模型（CDP）包括鋼筋和混凝土的本構(gòu)及損傷因子的計(jì)算。
（1）混凝土本構(gòu)的計(jì)算方法有很多，常用的有：①10規(guī)范；②02規(guī)范（過(guò)鎮(zhèn)海模型） ；③丁發(fā)興模型等。從規(guī)范或者文獻(xiàn)中，找到相應(yīng)的公式，制作一個(gè)Excel表格，或者用Matlab寫一個(gè)代碼，不是很難的事情。（2）鋼筋本構(gòu)可選用雙折線或者三折線模型，在ABAQUS中，需要輸入真實(shí)應(yīng)力和真實(shí)應(yīng)變，所謂真實(shí)應(yīng)力即考慮了鋼筋拉斷時(shí)截面面積的縮小。試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)為名義應(yīng)力和名義應(yīng)變。轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：
（3）損傷因子的計(jì)算方法有：①圖解法 ；②能量法 ；③規(guī)范法，根據(jù)公式計(jì)算即可。為了滯回曲線出現(xiàn)下降段，注意損傷因子的長(zhǎng)度一般要大于0.95。
CDP模型課程（包含4種混凝土本構(gòu)和3種損傷因子的計(jì)算方法）以及Excel表格，可在下方鏈接觀看：
https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c14528
2.2、ABAQUS輸出滯回曲線。加載點(diǎn)設(shè)立set，在Create Histoty Output里輸出加載點(diǎn)的位移和力，從而繪制滯回曲線。操作如下：
（1）首先在低周往復(fù)加載點(diǎn)處定義RP-1，將RP-1和加載面耦合。然后將RP-1定義為一個(gè)set（我定義的set名為DD）。
（2）點(diǎn)擊Create Histoty Output，Domain里選擇set，DD。
展開(kāi) 鋼筋混凝土梁擬靜力分析及本構(gòu)比較
csc模型和rht模型比較
【個(gè)人原創(chuàng)】PFC 6.0 二維雙軸分級(jí)靜力加載與動(dòng)力擾動(dòng)巖爆模擬代碼（含4種工況） ￥69
代碼實(shí)現(xiàn)了從初始圍壓保載到分級(jí)徑向加載，再到不同波形動(dòng)力擾動(dòng)的全過(guò)程模擬，邏輯嚴(yán)密，注釋清晰。
代碼集成了四種極具科研價(jià)值的加載工況，用戶可一鍵切換：
分級(jí)靜力加載：模擬深部巖體開(kāi)挖過(guò)程中的應(yīng)力重分布。
圍壓保載+徑向分級(jí)加載：嚴(yán)格模擬實(shí)驗(yàn)室雙軸試驗(yàn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的應(yīng)力控制。
三角波（Triangle Wave）擾動(dòng)加載：模擬具有線性增減特征的動(dòng)力擾動(dòng)。
正弦波（Sine Wave）擾動(dòng)加載：模擬典型的地震波或機(jī)械振動(dòng)擾動(dòng)。
原創(chuàng)保載算法：解決了離散元模擬中應(yīng)力波動(dòng)大、難以穩(wěn)定保載的痛點(diǎn)，確保在擾動(dòng)施加前模型處于精確的平衡態(tài)。
分級(jí)擾動(dòng)機(jī)制：支持設(shè)置多個(gè)擾動(dòng)量級(jí)，觀察巖石從穩(wěn)定到非穩(wěn)定破壞的臨界狀態(tài)。
巖爆特征模擬：適用于研究巖石在動(dòng)靜組合荷載下的能量釋放、碎屑彈射及裂紋演化規(guī)律。
參數(shù)化設(shè)計(jì)：頻率、振幅、加載速率及分級(jí)梯度均可通過(guò)變量輕松調(diào)節(jié)。
展開(kāi) 
加勁肋對(duì)單管塔結(jié)構(gòu)抗震性能影響
加載方式的確定
擬靜力實(shí)驗(yàn)加載制度參照文獻(xiàn)“小野潔，藪本篤，秋山充良，大西宵平，白戸真大，西村宣男，軸圧縮力と1方向正負(fù)交番曲げを受ける スパイラル鋼管の耐震性能とその評(píng)価法[J]，土木學(xué)會(huì)論文集F Vol.66 No.2,301-318,2010.6”及《建筑抗震試驗(yàn)規(guī)程 JGJT101-2015》確定，其中結(jié)構(gòu)屈服位移按照公式下列公式計(jì)算。
將所取區(qū)段上部重力轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)上部集中軸力作用，往復(fù)荷載采用位移控制加載，結(jié)構(gòu)屈服前以0.2Δy為增量進(jìn)行逐級(jí)遞增加載，達(dá)到屈服后采用整數(shù)倍Δy進(jìn)行循環(huán)加載，加載到15Δy結(jié)束。加載方式如圖3所示。
3.計(jì)算結(jié)果
提取不同結(jié)構(gòu)頂部處反力-位移滯回曲線，如圖4所示。各結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均在達(dá)到屈服位移后開(kāi)始出現(xiàn)下降，從應(yīng)力云圖可以看出，強(qiáng)度出現(xiàn)下降時(shí)結(jié)構(gòu)開(kāi)始出現(xiàn)局部屈曲，其中未設(shè)置加勁肋的結(jié)構(gòu)其反力值下降速度明顯高于設(shè)置加勁肋的結(jié)構(gòu)，其局部屈曲位置在距離底部300~400mm處；
4.計(jì)算機(jī)硬件情況
建模及計(jì)算所用計(jì)算機(jī)硬件情況如圖5所示。
計(jì)算耗時(shí)為15min，各模型時(shí)間差別在5min以內(nèi)，且計(jì)算時(shí)間隨結(jié)構(gòu)破壞程度增加而增加。計(jì)算時(shí)應(yīng)注意打開(kāi)幾何非線性選項(xiàng)，根據(jù)計(jì)算可知打開(kāi)幾何非線性后機(jī)構(gòu)破壞情況更接近真實(shí)情況且滯回曲線有捏縮出現(xiàn)。
展開(kāi) 專業(yè)的鋼筋混凝土非線性分析軟件-VecTor2介紹分享
得益于Vector系列軟件專業(yè)的理論背景，它在模擬鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，不管是靜力、擬靜力往復(fù)加載、還是動(dòng)力加載，它能夠準(zhǔn)確模擬鋼筋混凝土單元的剪切效應(yīng)，這點(diǎn)是其他有限元軟件很難做到的。在建模中，我們無(wú)須考慮太多，如混凝土本構(gòu)、粘結(jié)滑移彈簧、鋼筋本構(gòu)等該怎么選擇、只要我們實(shí)實(shí)在在地按照實(shí)際結(jié)構(gòu)建出來(lái)，得到的模擬結(jié)果基本都能夠很好和試驗(yàn)結(jié)果吻合，并不需要為了吻合試驗(yàn)而調(diào)參數(shù)。另外如果做空間構(gòu)件分析可以下載VecTor3，其建模過(guò)程和VecTor2一樣。具體過(guò)程如下：
1、定義材料（混凝土、鋼筋、砌體等各種材料）
混凝土我們只需定義抗壓強(qiáng)度一個(gè)參數(shù)、軟件里默認(rèn)的本構(gòu)已經(jīng)足夠分析使用，其中混凝土中的箍筋是彌散在混凝土里考慮的，通過(guò)定義箍筋的體積配筋率、強(qiáng)度彌散在混凝土中；鋼筋可以定義變形鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋、只有拉鋼筋、記憶合金等等。
2、粘結(jié)滑移材料（變形鋼筋、光圓鋼筋、無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋與混凝之間的粘結(jié)滑移，包含幾種經(jīng)典的粘結(jié)滑移本構(gòu)，如下圖），只需定義約束系數(shù)，縱筋最小間距等確定好粘結(jié)滑移屬性，然后在建立模型時(shí)選擇建好的粘結(jié)滑移屬性，軟件會(huì)自動(dòng)在縱筋和混凝土單元之間幫我們插入粘結(jié)滑移彈簧。
3、繪制幾何模型（混凝土、鋼筋、支座等模型，再將混凝土、鋼筋、粘結(jié)材料賦給相應(yīng)區(qū)域、最后劃分網(wǎng)格后，模型建立完畢。如下圖）
4、定義邊界條件、加載分析步、加載時(shí)間后即可提交計(jì)算，計(jì)算速度非常快（稍遜于OpenSees和SeismoStruct等纖維梁?jiǎn)卧?/span>
展開(kāi) 可替代OpenSees的纖維梁?jiǎn)卧邢拊浖?SeismoStruct介紹
MIMK-Pinching材料（同OpenSees里的Pinching4，見(jiàn)我課程里的SeismoStruct系列梁柱節(jié)點(diǎn)建模）
MIMK-Peak材料（同OpenSees）
模擬螺栓連接節(jié)點(diǎn)的滯回材料
模擬土和結(jié)構(gòu)相互作用的SSI材料
Bouc_Wen curve 滯回材料
自復(fù)位滯回材料
還有間隙單元Gap/Hook curve 、沖擊響應(yīng)單元Impact response curve 、粘滯阻尼單元Viscous Damper (vsc_dmp) curve ，Takeda curve、 Gap/Hook curve - gap_hk、Ramberg-Osgood curve 等等這種
（4）定義節(jié)點(diǎn)、連接單元、定義分析步（可分析靜力、擬靜力、往復(fù)加載、沖擊、動(dòng)力地震、模態(tài)分析等各種分析）
（5）定義輸出的結(jié)果：輸出鋼筋、混凝土應(yīng)變、按照不同指標(biāo)定義塑性鉸
（6）后處理查看輸出的結(jié)果：
可方便查看滯回曲線、各個(gè)單元的力，纖維的應(yīng)力應(yīng)變、零長(zhǎng)度單元的響應(yīng)曲線等等。
展開(kāi) 韌性結(jié)構(gòu)概念之損傷控制結(jié)構(gòu)
四、閱讀后的較真，學(xué)會(huì)質(zhì)疑（未必嚴(yán)謹(jǐn)或者正確）
擬靜力的標(biāo)準(zhǔn)加載制度（增幅位移加載）對(duì)于評(píng)估一個(gè)新型結(jié)構(gòu)體系或者節(jié)點(diǎn)或者支撐的殘余位移角是否具有合理性？或者換一個(gè)問(wèn)法，我們從靜力的角度去評(píng)估一個(gè)新型的結(jié)構(gòu)的殘余變形是否有意義？但是Angus不得不承認(rèn)，用這種靜力的加載下所得到的殘余位移角較大概率是該結(jié)構(gòu)在動(dòng)力荷載下的上限值，但是是不是這個(gè)上限值有點(diǎn)過(guò)于大，大到不合理？？？？。本文大多數(shù)的思索可以參閱Angus 的論文，見(jiàn)參考文獻(xiàn)。歡迎大家和Angus交流學(xué)習(xí)，也歡迎轉(zhuǎn)發(fā)。
落筆于24/12/2022
Angus Zhang
【Reference】
P. Zhang, M.C.H. Yam, K. Ke, X.H. Zhou, Y.H. Chen, Steel moment resisting frames with energy-dissipation rocking columns under near-fault earthquakes: Probabilistic performance-based-plastic-design for the ultimate stage, Journal of Building Engineering, 54(2022) 104625.
展開(kāi) 