【工具】Component [RC构件截面分析+应力元求解]

程序图标‍

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程序背景‍

由于课程需要编写了该程序（Component），大家可直接点击“阅读原文”下载。笔者已将Component的分析结果与OpenSees进行对比，验证了程序分析的准确性。所以如果大家需要编写截面分析程序的话，可考虑使用该工具与自编程序的分析结果进行对比，及时发现问题。‍

技术路线‍

程序基于平截面假定计算截面的弯矩曲率曲线和弯矩轴力包络曲线，并基于应力元原理以及Gauss-Lobatto积分求解构件的力位移曲线，计算时考虑重力二阶效应和非耦合的弹性剪切变形。程序基于材料应变划分构件的破坏形态，并给出与之对应的构件位移角限值。‍

应力元计算原理可见推文【OpenSees】浅析两类纤维单元：位移元与应力元，Gauss-Lobatto积分可见推文【OpenSees】浅析纤维单元的数值积分方法。‍

图1 Component主界面‍

程序介绍‍

‍‍填写必要的构件信息，包括构件长度、截面尺寸、材料强度、配筋信息和配箍信息等。点击“Run”程序开始求解。求解完成后构件名称会出现在ListBox中，点选构件再点击“Plot”，即可在“F-Disp”、“M-Phi”和“MN曲线”选项卡中分别获得构件的力位移曲线、截面的弯矩曲率曲线和MN包络曲线。所有的ListView窗口都提供了Ctrl+A和Ctrl+C的快捷键，方便用户提取数据。‍

图2 程序演示‍

“M-Phi”选项卡中的“中性轴位置”并非真正意义上的中性轴，其物理意义如图3所示。截面迭代求解时，真正意义的中性轴会位于截面外，不利于迭代求解，而图3所指的”中性轴“则可保证在截面内，方便编程迭代。

图3 ”M-Phi“选项卡中所指的中性轴位置‍

如图4所示，程序“高级设置”中共有4个自选项，分别为：批量分析接口、混凝土残余强度、钢筋硬化系数以及MN包络曲线的数据点数目。由于程序采用修正的Kent-Park约束混凝土本构，因此默认混凝土残余强度为峰值强度的20%。‍

图4 “高级设置”选项卡‍

批量分析接口需要用户先在外部创建csv文件，并按规则填写必要的构件信息再导入程序。外部CSV文件格式可点击“阅读原文”下载。批量分析接口的演示如图5所示。‍

图5 批量分析功能演示‍

分析准确性验证‍

利用 OpenSees 建立应力元纤维单元进行弹塑性分析，验证程序分析的准确性。OpenSees中采用 5 个积分点的 Gauss-Lobatto 积分，纤维截面剖分采用自编程序 FRAME（【工具】FRAME [框架辅助建模+纤维剖分]）中内嵌的截面剖分程序，约束混凝土本构利用自编程序 CC-Constitution（【工具】CC-Constitution [约束混凝土本构计算工具]）进行定义。‍