STKO助力OpenSEES系列：平面多层多跨混凝土框架静力循环pushover分析

OpenSEES抗震笔记 2022年1月9日浏览：2820 评论：14 收藏：5

划重点：通过阅读本文，可以领略STKO快速实现Opensees几何模型的搭建。通过STKO根据规范内嵌的约束混凝土模型自动生成约束混凝土本构，按照和abaqus一样的操作指定好材料，截面，单元属性，赋予给几何模型形成数值模型，无需修改和处理任何tcl 代码，提交计算，直接进入友好的后处理模块，检查变形，应力云图，动画，提取各种力位移曲线，也可查看单元积分点处纤维的应力和应变。如果你想进一步了解建模细节，可见（https://www.jishulink.com/college/video/c174829 ）。

（本文由心尘轩博士执笔，就读于香港理工大学，如果各位对STKO 有兴趣，可加入群752746704，相互交流学习）

1. 前言：

作者曾执笔《无需TCL编程能力，STKO带你轻松玩转OpenSEES》，《从编程角度阐述有限元最佳入门方法：以Abaqus 和OpenSees 为例》以及《STKO助力OpenSEES系列：自复位支撑钢框架静力循环pushover 分析》，如果有兴趣可以点击下面连接查看

(https://www.jishulink.com/content/post/1848287 )，（https://www.jishulink.com/content/post/1849254 ），

（https://www.jishulink.com/content/post/1850232 ）。

作者在上述文章中详细论述了OpenSees混合编程（Tcl+CPP）的本质，以及对于CAE 使用者友好的GUI界面的重要性和在STKO中如何利用零长度单元实现铰接以及旗帜型滞回规则支撑的实现，今天的推文将以一个混凝土框架的具体的案例阐述下STKO在分析混凝土结构领域的便利性。

2. 正文：案例信息

STKO助力OpenSEES系列：平面多层多跨混凝土框架静力循环pushover分析的图1

图1案例信息

案例信息如上图所示，在XY平面上建立钢筋混凝土框架结构，在X方向为四跨，结构有6层，层高为3m,跨度也是3m,为简化建模时间，取所有楼层梁柱截面为一致，均为400*400mm（注意，这是个不合理的结构设计，这里仅仅论述模型操作，这样的有限元模型因为设计的不合理，会在某些楼层形成软弱层，对收敛性不利，在实际中，我们一定要按照规范或者自己所提的设计方法，进行合理设计梁柱截面）。非约束混凝土材料用concrete01实现（-30，-0.002，-10，-0.0033）。结构的分析分为两步，第一：重力分析；第二步：在此基础上，做倒三角的循环pushover 分析。

如果通过编写Tcl命令流，我们很容易在三维纤维截面的划分，梁柱单元的geomtransf的方向，甚至单元编号上犯错，当这些因无意识犯的错误，因为没有可视化的提示，通过逐行校核代码是很困难了，而STKO则轻松的解决了上述问题，通过可视化很容易帮助我们看单元有没有赋予错，单元的geomtranf有没放放置错，如果放错，可以通过建立local axis 坐标，很快进行更正，通过和abaqus 建模一致的方式迅速搭建模型，如下图所示，这个过程可以规避掉很多因不细心导致模型不能算的局限。

STKO助力OpenSEES系列：平面多层多跨混凝土框架静力循环pushover分析的图2

图2 建模过程

上述建模过程和结果输出中几处要点：

• 约束混凝土本构的自动生成：

STKO 根据现有的几种成熟的约束混凝土模型，通过使用户提供的箍筋信息，包括直径，数目，间距等，自动计算约束混凝土区域的本构模型。从而避免了以往要对fibre 截面不同约束混凝土区域赋予不同的混凝土模型。

STKO助力OpenSEES系列：平面多层多跨混凝土框架静力循环pushover分析的图3

图3 约束混凝土本构

• 纤维截面抗剪和抗扭刚度的在STKO中的实现：

OpenSEES默认的纤维单元是不考虑剪切变形的，因为OS中的纤维单元相当于是一个伯努利梁，也即抗剪刚度是无穷大，这对一般的细长梁分析是没有问题的，但在有些问题中，比如深梁，或者较粗柱子，或者剪力墙中，我们就需考虑剪切刚度，因为在这些分析中剪切变形的影响是不可忽视的。在Tcl 命令流中，是通过section aggregator 来进行截面刚度的组装，当然这在STKO中是一致的，我们首先创立对应的抗剪刚度和抗扭刚度的标准弹性材料，最后通过aggregator option 组装。如下图。