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编写：陈学伟 dinochen1983, OpenSEES 实例教程 - 本例仍采用实例

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实例6 框架结构弹性时程分析1)问题描述：本例仍采用实例4（实例5）的框架结构，为了方便对比，改采用弹性截面，主要进行弹性时程分析，材料为弹性，时程分析即动力分析。

结构荷载情况与实例4相同（侧向力荷载不需要施加，实际侧向力为地面加速度）。

计算结构在地震作用下的响应（主要提取位移结果）。

（重力荷载代表值组合为1.0×DEAD+0.5×LIVE）。

注意：上述实例讲到了质量矩阵（质量源）的定义，刚度矩阵通过结构几何与材料属性得到，那么接下来只需要定义了结构阻尼，就可以进行结构动力分析，即时程分析。

2)ETABS模型建模（1） 结构模型与实例5相同，相关建模细节请看实例5。

图 ETABS建立框架的几何模型（2） 为了对比OPENSEES弹性时程的分析结果，在ETABS模型同样进行弹性时程分析。

为了进行弹性时程分析，需要输入地震波，（本例只进行单向地震分析）。

（3） 地震波数据导入：（实例的地震波放在光盘“/EXAM06/ETABS/”目录）本算例采用的为单向地震波，地震波文件为：GM1X.txt，通过EXCEL图表画出整个地震波时程曲线如下图所示。

(该时程的时间间隔为0.02 sec)图时程曲线GM1X从时程曲线可知，曲线最大值为3621（该值为无单位数）。

【Define】→【Time History Functions】，如下窗口所示。

选取【Function from File】点击【Add New Functions】，弹出以下窗口。

图 GM1X时程曲线定义窗口（4） 弹性时程分析工况定义，点击【Define】→【Time History Cases】，如下窗口所示。

按窗口的内容填写数据，点击【Modal Damping】右边的按钮【Modify/Show】，可以看到阻尼比的填写框，由于是混凝土结构，阻尼比为0.05。

图时程分析工况内容窗口中输入的内容简介如下：荷载步数为2000步，每步代表0.02s，即总分析时间长度为40s，主轴1方向的地震波时程数据为 GM1X，其放大倍数为0.138（单位为mm/s2），也就是说整个地震波的最大地面加速度为3621×0.138=500 mm/s2，即50gal，属于小震量级。

（5） 完成上述步骤后建立完ETABS模型。

注意：实例的ETABS模型存放在光盘“/EXAM06/ETABS/”目录。

3)ETABS弹性时程分析结果（1） 完成ETABS模型后，运行分析。

分析完成后，点击菜单中的【Display】→【Show Time History Trace】，选取顶层的4号节点，显示其水平位移的时程，如下图所示。

最大位移为7.217mm。

图选取结点位移窗口图顶部结点（4号结点）位移时程曲线4)OPENSEES建模（1） 打开ETABS模型，导出S2K文件。

打开ETO程序，导入S2K文件，得到转化的OPENSEES模型，如下图所示。

再打开转化TCL按扭，将模型转化成OPENSEES 代码，如下图所示。

将代码另存为“Exam06.tcl”。

ETO导入ETABS模型（2） 在ETO程序中，点击按钮，可以设置结构分析工况。

本实例选择OPENSEES 的分析类型为【Time History Analysis】，即单工况的时程分析。

分析设置窗口（3） 点击按钮，可设置OPENSEES的输出命令（Recorder），勾选如下图所示。

ETO结果输出定义窗口（4） 点击按钮生成OPENSEES命令流。

（5） 以下将对OPENSEES命令流进行解释并修改，最后提交运算。

5)OPENSEES命令流解读（1） 从ETO程序中生成的OPENSEES的命令流如下所示。

wipeputs "System"model basic -ndm 3 -ndf 6puts "restraint"node 1 4.500E+003 5.000E+003 1.050E+004………………node 28 9.000E+003 5.000E+003 0.000E+000puts "rigidDiaphragm"puts "mass"mass 1 8.604E+000 8.604E+000 8.604E+000 0.000E+000 0.000E+000 0.000E+000 ………………mass 22 4.302E+000 4.302E+000 4.302E+000 0.000E+000 0.000E+000 0.000E+000puts "node"fix 23 1 1 1 1 1 1;………………fix 28 1 1 1 1 1 1;puts "material"uniaxialMaterial Elastic 1 1.999E+005uniaxialMaterial Elastic 2 2.680E+004uniaxialMaterial Elastic 3 1.999E+005puts "transformation"geomTransf Linear 1 1.000 0.000 0.000………………geomTransf Linear 47 0.000 0.000 1.000puts "element"element elasticBeamColumn 1 1 2 1.600E+005 2.680E+004 1.117E+004 3.605E+009 2.133E+009 2.133E+009 1………………element elasticBeamColumn 47 19 20 1.800E+005 2.680E+004 1.117E+004 3.708E+009 5.400E+009 1.350E+009 47puts "recorder"recorder Node -file node0.out -time -nodeRange 1 28 -dof 1 2 3 disprecorder Element -file ele0.out -time -eleRange 1 47 localForceset xDamp 0.05;set nEigenI 1;set nEigenJ 2;set lambdaN [eigen [expr $nEigenJ]];set lambdaI [lindex $lambdaN [expr $nEigenI-1]];set lambdaJ [lindex $lambdaN [expr $nEigenJ-1]];set omegaI [expr pow($lambdaI,0.5)];set omegaJ [expr pow($lambdaJ,0.5)];set alphaM [expr $xDamp*(2*$omegaI*$omegaJ)/($omegaI+$omegaJ)];set betaKcurr [expr 2.*$xDamp/($omegaI+$omegaJ)];rayleigh $alphaM $betaKcurr 0 0set IDloadTag 1001;set iGMfile "GMX.txt";set iGMdirection "1";set iGMfact "0.1";set dt 0.02;foreach GMdirection $iGMdirection GMfile $iGMfile GMfact $iGMfact {incr IDloadTag;set GMfatt [expr 1*$GMfact];set AccelSeries "Series -dt $dt -filePath $iGMfile -factor $GMfatt";pattern UniformExcitation $IDloadTag $GMdirection -accel $AccelSeries;}constraints Transformation;numberer Plain;system UmfPack;test EnergyIncr 1.0e-4 200;algorithm Newtonintegrator Newmark 0.5 0.25 analysis Transient analyze 1000 0.02（2） 实例6与实例5的结构模型基本上一样，采用了弹性模型，大部分命令流一样，其它方面的命令流看上述的实例。

（3） 弹性时程分析需要定义结构阻尼比，在ETABS 中阻尼比定义比较简单，只需要输入一个参数，在OPENSEES 中，结构采用瑞利（Rayleigh ）阻尼，即阻尼矩阵的大小与结构的质量矩阵，刚度矩阵都相关，瑞利阻尼的计算公式如下，阻尼与刚度质量的关系如下图所示。

瑞利阻尼与频率、质量、刚度的关系01[][][]c a m a k =+0121m nm n a a ωωξωω⎛⎞⎛⎞=⎜⎟⎜⎟+⎝⎠⎝⎠ 式中，ξ为阻尼比，0a 为质量相关系数，1a 为刚度相关系数，[]c 为阻尼矩阵，[]m 为质量矩阵，[]k 为刚度矩阵，,m n ωω为结构两个主振型的圆频率，由于OPENSEES 能够直接求解振型的特征值，那么特征值与圆频率的关系如下式所示。

ω=命令流的解读如下：set xDamp 0.05;————设置阻尼比为0.05 set nEigenI 1; ————主振型1为第1振型 set nEigenJ 2; ————主振型2为第2振型set lambdaN [eigen [expr $nEigenJ]]; ————求解两阶振型即可set lambdaI [lindex $lambdaN [expr $nEigenI-1]]; ————提取第1阶特征值 set lambdaJ [lindex $lambdaN [expr $nEigenJ-1]]; ————提取第2阶特征值set omegaI [expr pow($lambdaI,0.5)]; ————从特征值求圆频率 set omegaJ [expr pow($lambdaJ,0.5)]; ————从特征值求圆频率set alphaM [expr $xDamp*(2*$omegaI*$omegaJ)/($omegaI+$omegaJ)]; ————alphaM 为0a ，即质量相关系数set betaKcurr [expr 2.*$xDamp/($omegaI+$omegaJ)]; ————betaKcurr 为1a ，即刚度相关系数 rayleigh $alphaM $betaKcurr 0 0————定义瑞利阻尼，只需要填写0a ，1a ，其它值为0（4） 单向地震波数据设置的命令流如下：set IDloadTag 1001; ————地震波工况号为1001set iGMfile "GM1X.txt"; ————地震波数据文件名为GM1X.txt ，需要与TCL 文件放在同一个目录下。

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opensees解题技巧窍门

opensees解题技巧窍门

OpenSEES解题一般规律、技巧总结单位OpenSEES中是可以用公制单位（N,m）的（而并不是像某些文章中说的“OpenSees默认为英制单位”）。

实际上我认为OpenSEES中并没有什么默认单位，只要编程者自己保持单位一致就行；这点类似于SAP2000的风格。

建模顺序做事要讲究顺序，OpenSEES建模亦如是：必须先定义材料才能离散截面（因为离散截面时要对所划分的截面指定材料属性）。

与之类似的，必须先定义（离散）截面，才能定义非线性梁柱单元（因为定义非线性梁柱单元时要指定单元截面）。

关于BandSPD求解方式官网关于BandSPD方程形式的评价："This is a good choice for most small size models. "并且后面紧跟了一句："The equations have to be numbered so the widely used RCM (Reverse Cuthill-McKee) numberer is used. "可见numberer 类型不是随便选，而是要根据方程类型来决定的！（不过直到作业做完，我对numberer, system, test, algorithm, analysis（还包括geomTransf, constraints）等求解控制命令还是一知半解！我觉得要想弄明白这些命令——得先回头好好翻翻有限元和数值分析的书了！）OpenSEES中默认的计算精度比较高！“0.1000000000000001≠0.1”：（自行总结，未找到官方说明）这是一个真实的故事：我曾在程序中自以为是的将一连串相邻均只有0.1左右的数的差强行赋值为0.1，而没有采用循环命令将两数作差并将结果赋给新变量——其中即有这样的强行截断！我以为小数点后都n位了，即使我带着它最后也会被系统截断，还不如我直接预处理来得清爽！没想到这样做直接导致计算不收敛！真是失之毫厘谬以千里！可见在OpenSEES中默认的计算精度比较高！后来我还在老师给的一份范例程序（Silvia Mazzoni & Frank McKenna, 2006）中发现了这么一段：……set Ubig 1.e10; # a really large numberset Usmall [expr 1/$Ubig]; # a really small number……可见系统并未认为Usmall=0 ！再一次印证了这一点！划分纤维截面时角点坐标输入的门道划分纤维截面时角点坐标输入非常有讲究！为了说的直白，我把要点放到下面这张图中了：数据文件处理OpenSEES运行中是可以生成并读写txt文档的！注意我说是“读写”哦！（生成txt文档的好处是方便运行完后双击生成的数据文件读取数据，你懂的。

OpenSEES知识学习记录文本

OpenSEES知识学习记录文本

1、利用零长单元模拟阻尼，uniaxialMaterial Elastic 1 6.8098e6;uniaxialMaterial Viscous 2 3.24e5 1;uniaxialMaterial Parallel 3 3 5;element zeroLength 1 $iNode $jNode -mat 3 -dir 1;通常有两种方式：（1）truss element and viscous material.（桁架单元和阻尼材料）（2）force-based beam-column element and Maxwell material（基于力的梁柱单元和Maxwell材料）。

－、如何运行OpenSEES有三种方法可以执行OpenSees/Tcl命令：1、interactive 交互式直接将命令输入Prompt。

2、执行文件输入这种方法是最常用的一种，以source inputfile.tcl方式执行已写好的外部命令文件。

3、Batch模式即以Opensees inputFile.tcl方式在MS－DOS/Unix promt中运行。

二、定义单位和常数在编写一个较大的Opensees命令时。

最好先定义好单位及常数。

在Opensees中，编译器不能自行转换单位。

所以一开始就要先定义好。

单位定义包括两部分：首先定义基本单位；再定义合成单位。

其中基本单位要相互独立。

同时，在定义单位时，既可以按国际公制单位，也可以按私制单位。

因些在单位定义文件中可能是混合的。

我个人建议，还是采用国际公制单位较好。

像国外常用英制单位。

很不习惯。

对于一些常数，如 和g等常数要事先定义好。

在定义这些单位时所用的命令是“set”。

三、生成Matlab命令Matlab是后处理最常用的工具，通过Tcl脚本语言可以得到Matlab命令文件。

同时保证相同的分析参数。

如下例：四、定义Tcl命令的方法这种方法是从Tcl语言获得的工具，他是一种广义上的函数或者子程序协议。

opensees命令解释

opensees命令解释

1、定义梁柱单元局部坐标轴的命令流为：geomTransf Linear $transfTag $vecxzX $vecxzY $vecxzZ其中，$transfTag 代表局部坐标轴矢量的编号，$vecxzX $vecxzY $vecxzZ 表示局部坐标轴的方向矢量值。

2、OPENSEES 的刚性隔板假定命令流格式为：rigidDiaphragm $perpDirn $masterNodeTag $slaveNodeTag1 $slaveNodeTag2 ...其中，$perpDirn 表示刚性隔板的方法，如实例中楼板的刚性隔板的平移方向为U1（X 方向）与U2（Y 方向），即1-2 平面，该值应为3。

$masterNodeTag 为主结点，$slaveNodeTag1 为从结点。

主结点一般为刚性隔板刚心。

实例中：rigidDiaphragm 3 35 2，表示刚性隔板平动方向为1-2 平面，刚心主节点为35 点，2号结点为从结点。

3、弹性梁柱单元的命令流：element elasticBeamColumn $eleTag $iNode $jNode $A $E $G $J $Iy $Iz $transfTag 需要提供截面的截面积A、截面Y 轴惯性矩Iy，截面Z 轴惯性矩Iz，截面扭转矩，截面材料的弹性模量E 及剪切模量G。

其中：$transfTag与$eleTag是一致的，表示一个单元有自已特定的坐标轴向量，为了编程的方便4、非线性材料模型的定义(1)uniaxialMaterial Steel01 1 335 200000 0.00001表示，钢筋的屈服强度为335MPa，弹性模量为200000MPa，硬化系数为0.00001，即屈服平台基本上为水平段。

将混凝土材料本构C40 改为非线性混凝土本构【Concrete01】，命令流如下：(2)uniaxialMaterial Concrete01 2 -26.8 -0.002 -10 -0.0033材料参数意见参考图所示。

陈学伟-OpenSEES前后处理程序ETO及实例教程

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OpenSEES前后处理程序ETO及实例教程WSP HONG KONG LTDPrinciple EngineerDr. Chen Xuewei主要内容(Main Content)⏹ETO 简介及开发思路⏹ETO 主要功能介绍⏹OpenSEES 实例教程15分钟简单介绍ETO简介及开发思路ETO 是一款具有与ETABS交互接口的OpenSees 前后处理程序。

节点信息质量源信息截面信息单元几何信息约束信息荷载信息线性材料信息单元定义（如：纤维截面、Transformation ）变形显示分析参数设置（如：分析类型、控制参数）记录设置（如：节点位移、单元内力、截面变形、模态）Tcl 脚本文件针对实际问题进行适当修改即可提交运算读取.OUT 结果文件当前操作状态菜单栏快捷按钮工具栏三维可视化界面导入ETABS生成的S2K文件ETO主要功能介绍ETO主要功能介绍单元定义单元类型包括Elastic BeamColumn,Nolinear BeamColumn, DispBeamColumn, Beam with Hinge,Truss。

界面类型包括工字型界面、矩形截面。

材料选择。

GeoTransf包括Linear, P-Delta,Corotational。

截面配筋。

纤维划分定义。

分析类型包括Single Load Control,Single Displacement Control,Gravity+Pushover, Modal Analysis,Time History Analysis, D+L TimeHist Analysis。

控制工况包括荷载控制、位移控制。

材料选择。

非线性设置包括梁柱单元积分点数、钢筋材料序号。

截面组装。

模态数量。

记录设置所有节点位移。

所有框架单元内力。

非线性梁柱单元截面变形。

非线性梁柱单元截面应力-应变关系。

振型特征值。

ETO主要功能介绍显示单元编号显示单元局部坐标轴ETO主要功能介绍显示节点荷载或单元荷载生成Tcl 脚本文件ETO 主要功能介绍节点变形显示实例1 桁架桥结构静力分析6.5e-018 -0.378 -1.653主要介绍从ETABS 建模、ETO 修改模型到生成OpenSees 命令流的流程，并解释命令流中节点建模、节点约束、弹性材料、桁架单元、节点单元输出设置、点荷载设置及分析工况设置等部分的命令，最后对比了ETABS 和OpenSees 的计算结果。