提要：本文對(duì)OpenSees程序進(jìn)行簡(jiǎn)介，同時(shí)運(yùn)用OpenSees程序基于多垂直桿單元模型單元（MVLEM）對(duì)剪力墻構(gòu)件進(jìn)行數(shù)值模擬，準(zhǔn)確的宏觀模擬剪力墻非線性性能，從而驗(yàn)證程序的優(yōu)越性。
　　關(guān)鍵詞：OpenSees；多垂直桿單元模型；剪力墻
　　一、引言
　　隨著結(jié)構(gòu)分析理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，結(jié)構(gòu)計(jì)算分析在工程應(yīng)用和研究中正占有越來(lái)越重要的地位，結(jié)構(gòu)計(jì)算分析技術(shù)也取得了相當(dāng)大的進(jìn)展。本文對(duì)OpenSees程序進(jìn)行簡(jiǎn)介，同時(shí)運(yùn)用OpenSees程序基于多垂直桿單元模型單元（MVLEM）對(duì)剪力墻構(gòu)件進(jìn)行數(shù)值模擬，準(zhǔn)確的宏觀模擬剪力墻非線性性能，從而驗(yàn)證程序的優(yōu)越性。
　　二、OpenSees程序簡(jiǎn)介
　　OpenSees是新近出現(xiàn)的一款優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)分析軟件，它具備豐富的分析選項(xiàng)和強(qiáng)大的求解功能，反映了當(dāng)今結(jié)構(gòu)工程前沿領(lǐng)域許多嶄新的研究成果，在眾多實(shí)際工程和試驗(yàn)中得到驗(yàn)證[1][2]。目前在國(guó)內(nèi)有少數(shù)學(xué)校開展了一些初步的學(xué)習(xí)和相關(guān)的研究工作。
　　作為國(guó)外具有一定影響的分析程序和開發(fā)平臺(tái)，OpenSees還具有以下一些突出特點(diǎn)：便于改進(jìn)，易于協(xié)同開發(fā)，保持國(guó)際同步。利用程序面向?qū)ο缶幊毯蛢?nèi)部源碼開放的特點(diǎn)，使用者可以根據(jù)實(shí)際情況，改進(jìn)材料的本構(gòu)關(guān)系，加入新的單元類型，或者設(shè)計(jì)和使用更為高效的迭代方法等等。由于采用了統(tǒng)一的對(duì)象分類方法，編程過(guò)程將類似采用標(biāo)準(zhǔn)部件組裝設(shè)備一樣，由對(duì)象拼裝成完整的程序，編程人員可通過(guò)繼承方式派生出新的對(duì)象類，在新對(duì)象類中添加新的操作功能，建立滿足自己特定需要的程序，從而使結(jié)構(gòu)分析程序的開發(fā)難度大為降低。同時(shí)，作為開放式的結(jié)構(gòu)動(dòng)力非線性分析程序，OpenSees在開發(fā)人員和世界各地越來(lái)越多使用者的共同努力下，不斷發(fā)展、提高和完善。通過(guò)追蹤相關(guān)的互聯(lián)網(wǎng)站點(diǎn)，使用者可以與其他國(guó)家的人們交流程序的使用經(jīng)驗(yàn)、技巧和體會(huì)，適時(shí)了解程序的改進(jìn)和提高，甚至有可能為程序的進(jìn)一步發(fā)展做出自己的貢獻(xiàn)。
　　三、分析模型的簡(jiǎn)介
　　分析剪力墻構(gòu)件受力性能的計(jì)算模型有宏觀模型和微觀模型。已有的大部分模型有兩點(diǎn)不足：一是不考慮邊緣構(gòu)件對(duì)剪力墻受力性能的影響；二是即使計(jì)及邊緣構(gòu)件的影響，但不能計(jì)算剪力墻達(dá)到峰值承載力后的受力性能，不能得到剪力墻在水平力作用下的力—位移關(guān)系全曲線，即有下降段的能力曲線，也不能得到剪力墻的極限變形能力或位移延性。目前常用的宏觀模型有三垂直桿元模型、四彈簧模型和多垂直桿單元模型等。
　　
　　圖1三垂直桿元模型圖圖2四彈簧模型圖3多垂直桿單元模型
　　三垂直桿元模型（見圖1）中三個(gè)垂直桿元通過(guò)代表上下樓板的剛性梁連接，兩個(gè)外邊桿元代表剪力墻兩邊柱的軸向剛度k1和k2，中心桿元由具有剛度kv、kh和kR的豎向彈簧、水平彈簧和轉(zhuǎn)動(dòng)彈簧組成的單分量模型。該模型認(rèn)為剪力墻的轉(zhuǎn)動(dòng)中心位于下部剛梁cL處(c為無(wú)量綱參數(shù)，L為剪力墻高度)。通過(guò)c的不同取值，可以模擬不同的曲率分布。該模型可以模擬剪力墻橫截面中性軸的移動(dòng)，但模型中的轉(zhuǎn)動(dòng)彈簧剛度的確定采用經(jīng)驗(yàn)公式，降低了準(zhǔn)確性。
　　與三垂直桿元模型相比，四彈簧模型（見圖2）忽略了三垂直桿元模型的中央彈簧組件中的轉(zhuǎn)動(dòng)彈簧，墻的抗彎能力由單元兩側(cè)的兩根非線性彈簧k1、k2來(lái)代替模型，墻的抗剪能力由中央彈簧組件中的水平非線性彈簧kh模擬，仍認(rèn)為墻體的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)中心位于距底部剛梁cL高處，而墻的軸向剛度則由單元兩側(cè)的兩非線性彈簧k1、k2和中央彈簧組件中的豎向線性彈簧kv三者共同來(lái)模擬。該模型能較好地反映剪力墻在彎曲受力時(shí)左右墻端受力的不對(duì)稱性，但是該模型參數(shù)c的取值（c=0.2～0.8）范圍很寬，使得該模型的可靠性大大降低。
　　多垂直桿單元模型（見圖3）既克服了等效梁模型不能反映剪力墻橫截面中性軸向受壓端移動(dòng)的致命缺點(diǎn)，能較好地模擬墻體豎向鋼筋逐步屈服的過(guò)程，又解決了三垂直桿單元模型中間的彎曲彈簧與兩邊柱桿元的變形協(xié)調(diào)問(wèn)題，其滯回特性只需用剪切彈簧和軸向受力桿的滯回特性來(lái)描述，避免了使用彎曲彈簧時(shí)確定彎曲滯變特性的困難，能方便地考慮墻體的軸力對(duì)其抗彎性能的影響，力學(xué)概念清晰、直觀，計(jì)算量不大，而且能夠保證計(jì)算精度，因而是目前較為理想的一種剪力墻宏觀模型。本文將在OpenSees的平臺(tái)上基于MVLEM單元對(duì)剪力墻進(jìn)行模擬。
　　四、基于OpenSees的剪力墻數(shù)值模擬與分析
　　4.1模型建立
　　本文運(yùn)用OpenSees程序基于多垂直桿單元模型對(duì)剪力墻試驗(yàn)中的一個(gè)試件進(jìn)行數(shù)值模擬，分析時(shí)，豎向高度范圍內(nèi)分為二個(gè)單元模型，如圖4所示；彈簧單元?jiǎng)澐秩鐖D5所示。
　　
　　圖4模型豎向劃分簡(jiǎn)圖圖5彈簧劃分簡(jiǎn)圖
　　OpenSees程序是高效非線性有限元分析程序，但是現(xiàn)階段沒(méi)有可視化操作界面，多垂直桿單元模型中的每根彈簧的位置與本構(gòu)屬性都需要文本輸入，前處理工作量大。由于篇幅有限，這里不再贅述。根據(jù)材料的力學(xué)性質(zhì)、單元截面的幾何屬性迭代得出豎向彈簧和剪切彈簧的恢復(fù)力模型參數(shù)[3][4][5]。
　　4.2結(jié)果分析
　　本文利用OpenSees非線性分析程序剪力墻試件進(jìn)行了擬靜力模擬分析，下面從試件的滯回曲線、骨架曲線進(jìn)行對(duì)比。
　　
　　圖6模型豎向劃分簡(jiǎn)圖圖7模型豎向劃分簡(jiǎn)圖
　　從圖6、圖7中可以看出該程序?qū)�混凝土剪力墻滯回曲線的模擬是比較準(zhǔn)確的，較好的模擬了墻體在反復(fù)荷載作用下受力的變化、裂縫的開閉、鋼筋的屈服和強(qiáng)化、粘結(jié)退化和滑移、局部混凝土的酥裂脫落，以至被破壞等因素，概括了墻體的承載力、延性和剛度等力學(xué)特征。
　　五、結(jié)論
　　本文運(yùn)用OpenSees程序基于多垂直桿單元模型單元對(duì)剪力墻試件進(jìn)行數(shù)值模擬，得出以下結(jié)論：（1）通過(guò)結(jié)果的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)程序基于MVLEM單元能較準(zhǔn)確的宏觀模擬剪力墻非線性性能。（2）模型能夠計(jì)算出剪力墻達(dá)到峰值承載力后的受力性能，得到了剪力墻在水平力作用下的力—位移關(guān)系全曲線，即有下降段的能力曲線，較為準(zhǔn)確的得到剪力墻的極限變形能力或位移延性。
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