摘要：OpenSEES（Open System for Earthquake Engineering Simulation）又称地震工程模拟的开放体系。是由美国国家自然科学基金（NSF）资助、西部大学联盟"太平洋地震工程研究中心"（Pacific Earthquake Engineering Research Center，简称PEER）主导、加州大学伯克利分校为主研发而成的、用于结构和岩土方面地震反应模拟的一个较为全面且不断发展的开放的程序软件体系。
Abstract：OpenSEEES for Open System for Earthquake Engineering Simulation is also known as the open system of seismic engineering simulation. It is funded by the National Natural Science Foundation of China（NSF），the Western Earthquake Engineering Research Center（PEER），and the University of California at Berkeley. It is used for structures and rocks. A more comprehensive and evolving open program software system for seismic response simulation in soil.
一、绪论
据统计，地球上每年约发生500多万次地震，即每天要发生上万次的地震。其中绝大多数太小或太远，以至于人们感觉不到；真正能对人类造成严重危害的地震大约有十几二十次；能造成特别严重灾害的地震大约有一两次。人们感觉不到的地震，必须用地震仪才能记录下来；不同类型的地震仪能记录不同强度、不同远近的地震。世界上运转着数以千计的各种地震仪器日夜监测着地震的动向。
普通混凝土作为一种广泛使用的建筑材料本身也存在许多问题，如脆性大、抗拉强度低等严重影响着结构耐久性。工程中不得不通过提高配筋率来改善这些问题，但密集的钢筋又给施工带来了一定的困难。而且混凝土构件在使用中极易产生细微裂缝，大部分混凝土构件均是带裂缝工作，由于裂缝的存在，空气中的水分、二氧化碳、氯离子等有害物质进入混凝土，引起混凝土碳化及钢筋锈蚀等问题，进而影响结构的安全性和耐久性[1]。为了解决这些问题，90年代美国密歇根大学的Li在水泥基中加入纤维制成ECC（Engineered Cementitious Composites）[2]，纤维的体积含量不超过2%，ECC材料的极限抗拉应变却可达到3%以上，是普通混凝土的数十倍乃至数百倍[3]，极大的提高了混凝土的抗拉强度，降低结构本身的自重和内部裂缝，改善了混凝土的耐久性和安全性问题[4]。
作为国外具有一定影响的分析程序和开发平台，OpenSees还具有以下一些突出特点：便于改进，易于协同开发，保持国际同步。OpenSees主要用于结构和岩土方面的地震反应模拟。可以实现的分析包括：简单的静力线弹性分析，静力非线性分析，截面分析，模态分析，pushover拟动力分析，动力线弹性分析和复杂的动力非线性分析等；还可用于结构和岩土体系在地震作用下的可靠度及灵敏度的分析。自从1999年推出以来，该软件不断进行升级和提高，加入了许多新的材料和单元，引入了许多业已成熟的Fortran库文件为己所用（如FEAP、FEDEAS材料），更新了高效实用的运算法则和判敛准则，允许多点输入地震波纪录，并不断提高运算中的内存管理水平和计算效率，允许用户在脚本层面上对分析进行更多控制。
二、OpenSEES中的单元
BeamColumn Nonlinear：基于有限单元柔度法理论。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆允许刚度沿杆长变化，通过确定单元控制截面各自的截面抗力和截面刚度矩阵，按照Gauss-Lobatto积分方法沿杆长积分计算出整个单元的抗力与切线刚度矩阵。NonlinearBeamColumn单元对于截面软化行为，构件反应由单元积分点数控制，为保证不同积分点数下构件反应的一致性，可以通过修正材料的应力-应变关系来实现，但同时会造成截面层次反应的不一致，因此需要在截面层次进行二次修正。一根构件不需要单元划分，使用1个单元即可，建议单元内使用4个截面积分点，截面上使用6*6的纤维积分点。
BeamColumn Based – Displacement：基于有限单元刚度法理论。允许刚度沿杆长变化，按照-Legendre Gauss积分方法沿杆长积分计算出整个单元的抗力与切线刚度矩阵。Column BasedBeam- - Displacement单元对于截面软化行为，构件反应由遭受软化行为的单元长度控制，为保证计算结果的精确性，一般需要将构件离散为更多的单元，而截面层次的反应与构件的单元离散数无关，可以较为准确地反应截面的软化行为。建议一根构件划分为5个单元，单元内使用4个截面积分点，截面上使用6*6的纤维积分点。
三、OpenSEES的应用
OpenSees具有先进的建模功能，并包含大量的材料型号、单元和求解算法，可以用来分析系统的非线性响应。该软件采用并行算法，以便于在大型计算机上进行大型模拟或参数研究。在建模上，OpenSees提供梁-柱单元以及连续体单元进行结构和岩土模型建模。梁-柱单元可以使用多种单轴材料类型及截面型号。在分析上，非线性分析需要广泛的算法和求解方法。OpenSees提供非线性静态和动态方法，方程求解器，以及处理约束的各种方法。在开发流程上，OpenSees是开源的。官方网站提供了有关软件架构的信息，源码访问途径及开发过程。开源将使得地震工程研究人员和用户可以以此为交流的纽带，建立起OpenSees软件开发的共同体。
参考文献：
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[9]庞超明，LEUNG CKY，孙伟. 高参量粉煤灰高延性水泥基符合材料的制备和性能[J].硅酸盐学报，2009，37（12）：2071-2077.
论文作者:王智军
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/1/4
标签：截面论文; 单元论文; 混凝土论文; 构件论文; 刚度论文; 积分论文; 材料论文; 《基层建设》2018年第34期论文;