结构三维非线性分析软件Opensees的研究及应用

论文摘要

有限元数值分析方法是了解结构抗震性能的重要方法之一。随着电脑的迅速发展和普及,许多结构有限元分析软件如Sap2000、Etabs、PKPM等迅速发展并在工程中得到了广泛的应用。这些软件均有一个相对友好的用户界面和强大的弹性反应分析功能,但非线性分析功能十分有限。Opensees和Canny99是近年发展起来的三维非线性分析软件,主要特点是用纤维单元模型较好的实现了构件的三维非线性反应分析,但它们基本没有前后处理功能,建模和结果分析均十分繁琐,距离实用还有一定距离。本文研究了目前较为先进的几种结构三维非线性分析软件中的主要分析模型,并比较了它们的优缺点。研究了柔度法形成构件单元刚度矩阵的计算原理及有限元分析过程中用柔度法形成构件单元刚度矩阵时的迭代求解过程。研究了Opensees中基于纤维模型的梁柱单元的计算原理,并将其与Canny99中的纤维模型做了详细的比较。Opensees中没有非线性剪力墙单元,本文用Opensees中的非线性梁柱单元加入剪切弹簧来模拟剪力墙。对一个三层剪力墙进行数值模拟,模拟结果与实验结果符合较好。为了简化Opensees的建模工作,作者开发了Sap2000模型向Opensees模型转换的程序,它能将Sap2000中的模型直接导入到Opensees中进行计算,大大简化Opensees的建模工作。Opensees中没有非线性剪力墙单元,程序在导入Sap2000中的剪力墙构件时,将其用加入剪切弹簧的非线性梁柱单元模拟,并将模拟剪力墙的非线性梁柱单元与其他梁柱单元用刚性梁连接起来。通过几个算例表明,所编程序能正确的将Sap2000的模型导入到Opensees中,且程序中对剪力墙的处理方式能较好的模拟实际剪力墙结构的反应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 钢筋混凝土结构三维非线性分析的研究现状
• 1.2 几种三维非线性分析软件中主要模型的介绍
• 1.2.1 纤维模型介绍
• 1.2.2 PERFORM-3中分析模型的介绍
• 1.2.3 Midas中分析模型介绍
• 1.2.4 Canny99中分析模型介绍
• 1.2.5 Opensees中分析模型介绍
• 1.2.6 分层壳剪力墙模型
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 各章主要研究内容及安排
• 第二章 柔度法形成构件的单元刚度矩阵
• 2.1 引言
• 2.2 纤维模型非线性梁柱构件端点位移的计算原理
• 2.3 柔度法形成梁柱构件的刚度矩阵及其与刚度法的比较
• 2.4 柔度法形成构件单元刚度矩阵吋的迭代求解过
• 2.5 小结
• 第三章 Opensees中纤维模型的研究
• 3.1 引言
• 3.2 Opensees和Canny99中梁柱模型计算原理介绍
• 3.2.1 Canny99中的多轴弹簧模型
• 3.2.2 Canny99中的纤维模型
• 3.2.3 Canny99对剪切变形的模拟
• 3.2.4 Opensees中的NonlinearBeam-Column模型
• 3.2.5 Opensees中的两端塑性铰模型
• 3.3 数值模拟
• 3.3.1 钢筋混凝土柱模型
• 3.3.2 钢筋混凝土剪力墙模型
• 3.4 小结
• 第四章 Sap2000—Opensees模型转换程序说明
• 4.1 引言
• 4.2 程序功能及使用范围
• 4.2.1 程序功能
• 4.2.2 程序使用范围
• 4.3 程序的使用过程
• 4.4 程序对剪力墙的处理方式
• 4.4.1 剪力墙开洞的处理
• 4.5 平面无限刚的处理方式
• 4.6 小结
• 第五章 几个算例
• 5.1 引言
• 5.2 平面框架—剪力墙Pushover反应分析
• 5.3 平面钢架动力时程分析
• 5.4 三维钢结构在地震波作用下的反应分析
• 5.5 平面剪力墙结构动力反应分析
• 5.6 三维框架—剪力墙结构动力反应分析
• 5.7 小结
• 第六章 结语
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 下一步工作的展望
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介