劃重點：通過閱讀本文，可以領(lǐng)略STKO快速實現(xiàn)Opensees幾何模型的搭建。通過STKO根據(jù)規(guī)范內(nèi)嵌的約束混凝土模型自動生成約束混凝土本構(gòu)，按照和abaqus一樣的操作指定好材料，截面，單元屬性，賦予給幾何模型形成數(shù)值模型，無需修改和處理任何tcl 代碼，提交計算，直接進(jìn)入友好的后處理模塊，檢查變形，應(yīng)力云圖，動畫，提取各種力位移曲線，也可查看單元積分點處纖維的應(yīng)力和應(yīng)變。如果你想進(jìn)一步了解建模細(xì)節(jié)，可見（https://www.jishulink.com/college/video/c174829）。

（本文由心塵軒博士執(zhí)筆，就讀于香港理工大學(xué)，如果各位對STKO 有興趣，可加入群752746704，相互交流學(xué)習(xí)）

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1.? 前言：

作者曾執(zhí)筆《無需TCL編程能力，STKO帶你輕松玩轉(zhuǎn)OpenSEES》，《從編程角度闡述有限元最佳入門方法：以Abaqus 和OpenSees 為例》以及《STKO助力OpenSEES系列：自復(fù)位支撐鋼框架靜力循環(huán)pushover 分析》，如果有興趣可以點擊下面連接查看

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

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

作者在上述文章中詳細(xì)論述了OpenSees混合編程（Tcl+CPP）的本質(zhì)，以及對于CAE 使用者友好的GUI界面的重要性和在STKO中如何利用零長度單元實現(xiàn)鉸接以及旗幟型滯回規(guī)則支撐的實現(xiàn)，今天的推文將以一個混凝土框架的具體的案例闡述下STKO在分析混凝土結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的便利性。

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2.? 正文：案例信息

案例信息如上圖所示，在XY平面上建立鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，在X方向為四跨，結(jié)構(gòu)有6層，層高為3m,跨度也是3m,為簡化建模時間，取所有樓層梁柱截面為一致，均為400*400mm（注意，這是個不合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，這里僅僅論述模型操作，這樣的有限元模型因為設(shè)計的不合理，會在某些樓層形成軟弱層，對收斂性不利，在實際中，我們一定要按照規(guī)范或者自己所提的設(shè)計方法，進(jìn)行合理設(shè)計梁柱截面）。非約束混凝土材料用concrete01實現(xiàn)（-30，-0.002，-10，-0.0033）。結(jié)構(gòu)的分析分為兩步，第一：重力分析；第二步：在此基礎(chǔ)上，做倒三角的循環(huán)pushover 分析。

如果通過編寫Tcl命令流，我們很容易在三維纖維截面的劃分，梁柱單元的geomtransf的方向，甚至單元編號上犯錯，當(dāng)這些因無意識犯的錯誤，因為沒有可視化的提示，通過逐行校核代碼是很困難了，而STKO則輕松的解決了上述問題，通過可視化很容易幫助我們看單元有沒有賦予錯，單元的geomtranf有沒放放置錯，如果放錯，可以通過建立local axis 坐標(biāo)，很快進(jìn)行更正，通過和abaqus 建模一致的方式迅速搭建模型，如下圖所示，這個過程可以規(guī)避掉很多因不細(xì)心導(dǎo)致模型不能算的局限。

上述建模過程和結(jié)果輸出中幾處要點：

l? 約束混凝土本構(gòu)的自動生成：

STKO 根據(jù)現(xiàn)有的幾種成熟的約束混凝土模型，通過使用戶提供的箍筋信息，包括直徑，數(shù)目，間距等，自動計算約束混凝土區(qū)域的本構(gòu)模型。從而避免了以往要對fibre 截面不同約束混凝土區(qū)域賦予不同的混凝土模型。

l? 纖維截面抗剪和抗扭剛度的在STKO中的實現(xiàn)：

OpenSEES默認(rèn)的纖維單元是不考慮剪切變形的，因為OS中的纖維單元相當(dāng)于是一個伯努利梁，也即抗剪剛度是無窮大，這對一般的細(xì)長梁分析是沒有問題的，但在有些問題中，比如深梁，或者較粗柱子，或者剪力墻中，我們就需考慮剪切剛度，因為在這些分析中剪切變形的影響是不可忽視的。在Tcl 命令流中，是通過section aggregator 來進(jìn)行截面剛度的組裝，當(dāng)然這在STKO中是一致的，我們首先創(chuàng)立對應(yīng)的抗剪剛度和抗扭剛度的標(biāo)準(zhǔn)彈性材料，最后通過aggregator option 組裝。如下圖。

l? Cyclic荷載的創(chuàng)建

在OpenSEES分析中，我們通常施加側(cè)向力的分布模式，然后通過位移控制來施加靜力循環(huán)荷載。在STKO中，循環(huán)加載制度通過在definition中通過path施加。如下圖所示。

l? 結(jié)果輸出是STKO 的一大亮點，強(qiáng)大的輸出庫，和abaqus輸出設(shè)置一致，只需要勾選想要的結(jié)構(gòu)即可。

最終，建好模型提交計算后，即可查看計算結(jié)果，可以通過友好的GUI查看我們所需要的結(jié)果，比如，變形云圖，應(yīng)力應(yīng)變云圖，滯回曲線，軸力云圖，彎矩云圖，并提取數(shù)據(jù)。如下圖所示，這就大大方便我們在論文中插入我們想要的云圖來佐證我們想要表達(dá)的觀點。

結(jié)語：

對于模型的收斂性的一點建議，一個合理的有限元模型是模型收斂性的前提，所以在遇到收斂性問題，先去思考，自己的模型是不是合理，模型合理后，再去考慮是邊界約束，算法，數(shù)值不穩(wěn)定導(dǎo)致的，這是可以選擇嘗試不同的算法，增加計算量減少步長等方式調(diào)試自己的模型，調(diào)試模型收斂性的本質(zhì)是使用者對有限元理論的認(rèn)識深度。

由上可見，基于STKO的Opensees的使用潛力將被很大程度挖掘，我們將可以輕易使用它的強(qiáng)大的材料庫，單元庫，算法，以及高效的求解過程，所以，作者也希冀助力STKO 搭載Opensees 能夠擴(kuò)大opensees 在中國的影響的進(jìn)程。

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