RC圆柱截面曲率极限状态快速分析方法与流程

本发明属于建筑或桥梁结构工程抗震分析领域，具体涉及一种土木工程专业中的rc圆柱截面曲率极限状态快速分析方法。
背景技术：
：柱子是建筑和桥梁结构承受竖向荷载和抗侧向力的主要构件，在发生地震时，防止结构倒塌起着关键的作用。在基于性能的结构抗震设计方法中，对构件的变形进行量化是确定结构系统性能水平的依据，用材料应变极限状态和截面曲率极限状态作为构件弹塑性变形的量化指标得到了广泛认可。材料应变的极限状态由于受力复杂，难以检测，而截面曲率相对稳定，因此材料应变极限状态对应的截面曲率得到了更为普遍的应用。截面曲率极限状态的大小受截面设计参数的影响，故明确轴压比、箍筋率和纵筋率对截面曲率极限状态的作用，是准确量化构件变形量的前提。传统技术存在以下技术问题：目前计算截面曲率的方法包括手算和电算两种。手算：科研工作者在大量试验数据的基础上，通过线性回归总结出计算截面屈服曲率的经验公式，截面屈服曲率表示构件处于弹性状态，而地震作用下的构件大多进入了塑形发展阶段，截面屈服曲率已无法量化构件的变形，此外计算出的截面屈服曲率与材料应变也无法形成连续的关系。电算即分析软件，如：opensees、xtrct和usc_rc分析软件，这三种软件可以根据使用者输入的轴压比、箍筋率和纵筋率等参数进行截面曲率分析，并可以实时输出材料应变和与之对应的截面曲率。但如果要研究某一变量对截面曲率极限状态的影响，需要手工记录上一次的分析数据，然后重新输入新的截面设计参数，再进行分析，以此类推。在此指出，opensees软件不可视化，分析数据不能自行呈现图表，进一步限制其应用范围。如果研究的变量多，每次变动得幅度小，像这样机械化操作，效率低下，消耗大量的时间和精力，根本无法大规模的进行分析，无法总结出每一变量对截面曲率极限状态的影响，更无法对实际的工程作出优化。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是提供一种rc圆柱截面曲率极限状态快速分析方法。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种rc圆柱截面曲率极限状态快速分析方法，包括：根据截面设计参数，建立opensees截面曲率有限元分析模型；定义opensees软件输出的数据文件名称；编写opensees计算不收敛的处理方案；通过matlab软件，读取opensees软件输出的数据文件，并把数据写入到excel表格中的指定位置。在其中一个实施例中，“根据截面设计参数，建立opensees截面曲率有限元分析模型；”具体包括：将截面设计参数，轴向荷载、箍筋间距、纵筋直径形成各自的参数列表；混凝土材料分为保护层混凝土和箍筋约束后的核心混凝土两种，有限元模型中采用concrete02单轴材料；箍筋约束混凝土本构关系采用mander模型，在opensees命令流中编写mander模型方程计算式，根据输入的截面设计参数，自动计算并输出箍筋约束后的混凝土本构参数；有限元模型中钢筋材料采用考虑低周疲劳损伤的reinforcingsteel单轴材料，疲劳参数采用opensees官网推荐参数；zerolengthsection单元建立截面曲率分析模型。在其中一个实施例中，“定义opensees软件输出的数据文件名称；”具体包括：截面极限状态由边缘混凝土受压应变或纵筋受拉应变决定，opensees计算结果输出文件包括，截面曲率、边缘混凝土受压应变和纵筋受拉应变输出文件；计算结果输出文件由输入的截面设计参数命名，即轴压比-箍筋率-纵筋率。在其中一个实施例中，“编写opensees计算不收敛的处理方案；”具体包括：“编写opensees计算不收敛的处理方案；”具体包括：计算不收敛时自动切换积分方法：(krylovnewton)-(newton)-(newton-initial)-(broyden)-(newtonlinesearch)-(modifiednewton)-(linear)；如切换积分方法仍不收敛时，增大判断收敛的容差：(1.0e-8)-(1.0e-4)；在上述步骤改变的情况下仍不收敛时，改变判断收敛的条件，由位移增量判断收敛，改成能量增量判断收敛：(testnormdispincr)-(testenergyincr)；在执行上述方案的情况下，仍不收敛，退出计算程序，检查模型。在其中一个实施例中，“通过matlab软件，读取opensees软件输出的数据文件，并把数据写入到excel表格中的指定位置。”具体包括：建立excel表格，确定每列将要写入的数据内容；建立matlab软件脚本，sprintf命令读取opensees计算结果输出文件中的数据，放入计算机内存中，index命令寻找给定的截面曲率极限状态时的混凝土受压应变或钢筋受拉应变的位置，即行数，然后通过xlswrite命令将所在行数位置的曲率，写入到excel表格中的指定位置。一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现任一项所述方法的步骤。一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现任一项所述方法的步骤。一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行任一项所述的方法。本发明的有益效果：本发明提出了一种rc圆柱截面曲率极限状态快速分析方法，克服了在截面设计参数，如轴压比、箍筋率和纵筋率改变的情况下，需手动更改设计参数，无法批量进行曲率分析的难题，极大提高了计算效率，使科研人员把更多的精力花在参数分析上。建立了matlab软件数据后处理脚本，可自行读取opensees计算结果输出文件中的数据，自动寻找给定的截面曲率极限状态时的混凝土受压应变或钢筋受拉应变的位置，即行数，然后将所在行数位置的曲率，写入到excel表格中的指定位置。在此充分实现了批量计算，无需人工干预的优点；另外随着软件、测量仪器精度的增加，结构性能水平所对应的材料应变极限状态已有变化，本方法可以灵活定义材料应变极限状态，提取与之对应的截面曲率极限状态，可对既有的截面曲率极限状态公式做进一步的修正提供极大的便利。附图说明图1rc圆柱截面曲率极限状态快速分析方法的流程图。图2opensees截面曲率有限元分析模型。图3保护层未约束混凝土与mander箍筋约束混凝土本构关系。图4材料骨架曲线：(a)concrete02单轴材料；(b)reinforcingsteel单轴材料。图5matlab读写输出数据流程图。图6混凝土受压应变0.004时的截面曲率极限状态分析图：(a)纵筋率为变量；(b)轴压比为变量。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。一种rc圆柱截面曲率极限状态快速分析方法，包括：步骤1，根据截面设计参数，建立opensees截面曲率有限元分析模型；步骤2，定义opensees软件输出的数据文件名称；步骤3，编写opensees计算不收敛的处理方案；步骤4，通过matlab软件，读取opensees软件输出的数据文件，并把数据写入到excel表格中的指定位置；本发明的有益效果在于：本发明提出了一种rc圆柱截面曲率极限状态快速分析方法，克服了在截面设计参数，如轴压比、箍筋率和纵筋率改变的情况下，需手动更改设计参数，无法批量进行曲率分析的难题，极大提高了计算效率，使科研人员把更多的精力花在参数分析上。建立了matlab软件数据后处理脚本，可自行读取opensees计算结果输出文件中的数据，自动寻找给定的截面曲率极限状态时的混凝土受压应变或钢筋受拉应变的位置，即行数，然后将所在行数位置的曲率，写入到excel表格中的指定位置。在此充分实现了批量计算，无需人工干预的优点；另外随着软件、测量仪器精度的增加，结构性能水平所对应的材料应变极限状态已有变化，本方法可以灵活定义材料应变极限状态，提取与之对应的截面曲率极限状态，可对既有的截面曲率极限状态公式做进一步的修正提供极大的便利。在另外的一个实施例中，建立opensees截面曲率有限元分析模型，具体过程包括：步骤1：将截面设计参数，轴向荷载、箍筋间距、纵筋直径形成各自的参数列表；步骤2：混凝土材料分为保护层混凝土和箍筋约束后的核心混凝土两种，有限元模型中采用concrete02单轴材料；步骤3：箍筋约束混凝土本构关系采用mander模型，在opensees命令流中编写mander模型方程计算式，根据输入的截面设计参数，自动计算并输出箍筋约束后的混凝土本构参数；步骤4：有限元模型中钢筋材料采用考虑低周疲劳损伤的reinforcingsteel单轴材料，疲劳参数采用opensees官网推荐参数；步骤5：zerolengthsection单元建立截面曲率分析模型。在另外的一个实施例中，定义opensees软件输出的数据文件名称，具体过程包括：步骤1：截面极限状态由边缘混凝土受压应变或纵筋受拉应变决定，opensees计算结果输出文件包括，截面曲率、边缘混凝土受压应变和纵筋受拉应变输出文件；步骤2：计算结果输出文件由输入的截面设计参数命名，即轴压比-箍筋率-纵筋率。在另外的一个实施例中，编写opensees计算不收敛的处理方案，具体过程包括：步骤1：计算不收敛时自动切换积分方法：(krylovnewton)-(newton)-(newton-initial)-(broyden)-(newtonlinesearch)-(modifiednewton)-(linear)；步骤2：如切换积分方法仍不收敛时，增大判断收敛的容差：(1.0e-8)-(1.0e-4)；步骤3：在步骤1和2改变的情况下仍不收敛时，改变判断收敛的条件，由位移增量判断收敛，改成能量增量判断收敛：(testnormdispincr)-(testenergyincr)；在执行上述方案的情况下，仍不收敛，退出计算程序，检查模型。在另外的一个实施例中，通过matlab软件，读取opensees软件输出的数据文件，并写入到excel表格中，即数据后处理，具体过程包括：步骤1：建立excel表格，确定每列将要写入的数据内容；步骤2：建立matlab软件脚本，sprintf命令读取opensees计算结果输出文件中的数据，放入计算机内存中，index命令寻找给定的截面曲率极限状态时的混凝土受压应变或钢筋受拉应变的位置，即行数，然后通过xlswrite命令将所在行数位置的曲率，写入到excel表格中的指定位置。下面介绍一个具体的应用场景：图1显示了本发明的具体实施步骤。分析截面曲率极限状态与轴压比、箍筋率和纵筋率的关系，首先把截面设计参数即不同的轴向荷载、箍筋间距和纵筋直径分别形成一个列表，利用foreach命令进行遍历搜索，箍筋约束混凝土本构关系由mander模型计算，其计算方程表达式写入.tcl命令流中，根据输入截面设计参数，自动计算箍筋约束后的混凝土应力应变关系。每一循环结束后，清除模型，释放内存，再根据下一循环的截面设计参数信息重新建立模型，直至foreach语句结束，中间不需人工干预，自动切换。建立第一个列表：轴向荷载列表，简称aa建立第二个列表：箍筋间距列表，简称bb建立第三个列表：纵筋直径列表，简称cc开始foreach语句foreach轴压比aa{foreach箍筋率bb{foreach纵筋率cc{opensees截面曲率模型图1}}}例如：aa中包含a1、a2、a3参数例如：bb中包含b1、b2、b3参数例如：cc中包含c1、c2、c3参数计算循序如下：第1次循环：a1、b1、c1参数输给模型进行计算第2次循环：a1、b1、c2参数输给模型进行计算第3次循环：a1、b1、c3参数输给模型进行计算第4次循环：a1、b2、c1参数输给模型进行计算第5次循环：a1、b2、c2参数输给模型进行计算第6次循环：a1、b2、c3参数输给模型进行计算第7次循环：a1、b3、c1参数输给模型进行计算第8次循环：a1、b3、c2参数输给模型进行计算第9次循环：a1、b3、c3参数输给模型进行计算第10次循环：a2、b1、c1参数输给模型进行计算......自动计算27个模型，直至27个循环结束，大大提高效率，节省时间。opensees计算结果数据是以文本格式的形式输出，使用者可以定义输出内容和文件的名称。这里利用变量替换的命令，用此时的轴压比，纵筋率和箍筋率来给输出文件命名，见图1，代码：$aa--$bb-$cc.disp.out。例如，此时的轴压比是a1，箍筋率是b1，纵筋率是c1，则生成a1-b1-c1的文件名，这样便于识别此时的工况，也方便接下来的matlab读写数据。opensees输出了大量的数据，接下来需要整理数据，提取有用的数据，以便于参数分析，实现流程图如图5所示。举例：把所有模型的边缘混凝土受压应变0.004时的曲率全部提取出，并且按照轴压比、箍筋率、纵筋率和曲率的顺序排列，如表1所示：表1轴压比箍筋率纵筋率曲率a1b1c1曲率1a1b1c2曲率2a1b1c3曲率3…………这样就可以研究c变量即纵筋率对曲率的影响，如图6(a)所示。研究不同的变量对截面曲率极限状态的影响，以此类推如图6(b)所示。由上可知，本发明方法能够在不停机的情况下，不需人工修改轴压比、纵筋率、箍筋率，自动根据截面设计参数进行截面曲率分析；可以根据分析的需求，自定义材料应变的极限状态，通过matlab从海量的数据中提取指定的截面曲率极限状态的数据，按照分析需求将截面曲率极限状态的数据写到excel表格中，极大方便分析数据，研究截面设计参数对截面曲率的影响。提高了分析效率，解决了数据后处理的问题，充分实现了电算过程，避免了人工更改参数，书写错误的发生，使科研人员把更多的精力花在研究参数分析上。本发明提出了一种rc圆柱截面曲率极限状态快速分析方法，克服了在截面设计参数，如轴压比、箍筋率和纵筋率改变的情况下，需手动更改设计参数，无法批量进行曲率分析的难题，极大提高了计算效率。随着软件、测量仪器精度的增加，结构性能水平所对应的材料应变极限状态已有变化，本方法可以灵活定义材料应变极限状态，提取与之对应的截面曲率极限状态，可对既有的截面曲率极限状态公式做进一步的修正提供极大的便利。以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本
技术领域：
的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。当前第1页12