Advanced Analysis and Modeling Techniques in Structural Earthquake EngineeringFinley A. Charney, Ph.D. P.E. Francisco Flores, Ph.C. 1 Syllabus Lecture Date 1 March 13 Introduction to OpenSEES and TCL Topic Introduction to OpenSees. Install Tcl and OpenSees. Modeling a 2 Story frame. Apply gravity loads and lateral loads. Check forces and reactions. March 20 Introduction to Perform Modal Analysis using the 2-Story model developed OpenSEES and TCL, in first class. Continued Matlab: Animate modes and create videos of the animations. March 27 Using Phenemonological Write a script that performs a cyclic test on a zero length Models in OpenSEES element and check different materials. Matlab: Use matlab to create an input file for OpenSees and create a video that tries different material parameters to match a specific cyclic test. April 3 Using Fiber Models in Using Fiber Models in OpenSEES OpenSEES in OpenSEES Application: Obtain Moment-Rotation plot using a concrete section with fibers. April 10 Modeling a SMF without Modeling a 2Story frame including plastic hinges at beams panel zones and columns. Analyze under gravity loads and obtain periods. April 24 Geometric Perform Pushover analysis and compare curves including Nonlinearities in and not including P-Delta effects. OpenSEES TBD* Modeling Inherent Perform Free Vibration analysis using model created in Damping in OpenSEES previous class. Matlab: Use matlab to calculate inherent damping from the 2 analysis. 2 3 4 5 6 7 The scripts to run the analyses are given by the ToolKit. Example of how to submit files to run IDA analyses using NeesHub. 3 .Syllabus Lecture Date 8 May 8 Ground Motion Selection and Scaling Topic Use of Spectrum Matching tool and Toolkit scaling module 9 10 May 15 Incremental Dynamic Analysis May 22 Example Application of Chapter 16 Application: Write script to perform nonlinear dynamic analysis and Incremental dynamic analysis. Modeling 3D structures in OpenSees and other advanced modeling capabilities 11 12 13 14 15 16 May 29 Example Application of Chapter 16. continued June 12 Example Application of Chapter 16. continued July 3 Example Application of P695. continued June 19 Example Application of P695 June 26 Example Application of P695. Using the ToolKit to perform Pushover. continued Development of 3D example for Chapter 16 analysis Static pushover and evaluation of torsional response Dynamic analysis and compliance with acceptance criteria Learning the ToolKit. Use the 2-story model frame to perform analyses. continued June 5 Example application of Chapter 16. IDA and create scripts to run in parallel. Introducción OpenSees 4 . • Este software es utilizado para investigación y simulación de sistemas geotécnicos y estructurales. • El modelamiento de estructuras es muy flexible. 5 . permite la selección de distintos elementos y materiales en conjunto con diferentes aproximaciones cinemáticas para considerar grandes desplazamientos y efectos P-Delta. • OpenSees usa Tcl/Tk como lenguaje de programación y se extendió con comandos para OpenSees. • Tiene distintos procedimientos y algoritmos para dar solución a problemas no-lineales estáticos y dinámicos.Introducción • OpenSees por sus siglas “Open System for Earthquake Engineering Simulation” fue desarrollado por el “Pacific Earthquake Engineering Research Center (PEER)” con el apoyo del “National Science Foundation”. dll” es porque no cambio el lugar donde se debe instalar Tcl y se debe reinstalar. • Instalar Tcl/Tk: la localización por defecto para instalar este programa es C:\tcl. Si al correr OpenSees aparece el error “Cannot find tcl85.exe) en el directorio deseado.Instalación • Descargar OpenSees y Tcl/Tk. 6 . es muy importante cambiar esto a "C:\Program Files\Tcl" durante la instalación. • Finalmente ubicar ejecutable de OpenSees (opensees. Pasos para realizar análisis en OpenSees: 1. Definir modelo Define Model (2D o 3D) 2. Análisis Define Recorders Analysis 7 . Geometría 3. Definir resultados a grabar (“Recorders”) Model Geometry 4. Definir Modelo 1.1. Model Command: Se usa para definir las dimensiones y el número de grados de libertad del modelo. Definir modelo Definir si modelo va a ser en 2D o 3D y el número de grados de libertad. model BasicBuilder -ndm $ndm <-ndf $ndf> 8 . elementos. Geometría 2. restricciones y cargas son definidas. todos los nodos.2. Geometría En este paso. 9 . materiales. . Asigna coordenadas y masas (opcional).. node $nodeTag (ndm $coords) <-mass (ndf $massValues)> Element Command: Comando utilizado para construir un elemento: element eleType? arg1? . 10 . Geometría Node Command: Comando utilizado para definir nudos de la estructura.2. Tipos de Elementos en OpenSees: ZERO LENGTH ELEMENTS zeroLength Element zeroLengthND Element zeroLengthSection Element CoupledZeroLength Element zeroLengthContact Element zeroLengthContactNTS2D zeroLengthInterface2D zeroLengthImpact3D JOINT ELEMENTS BeamColumnJoint Element ElasticTubularJoint Element Joint2D Element LINK ELEMENTS Two Node Link Element TRUSS ELEMENTS Truss Element Corotational Truss Element BEAM-COLUMN ELEMENTS Elastic Beam Column Element Elastic Beam Column Element with Stiffness Modifiers Beam With Hinges Element Displacement-Based Beam-Column Element Force-Based Beam-Column Element Flexure-Shear Interaction Displacement-Based Beam-Column Element BEARING ELEMENTS Elastomeric Bearing Element Flat Slider Bearing Element Single Friction Pendulum Bearing Element TFP Bearing Triple Friction Pendulum MultipleShearSpring Element MultipleNormalSpring Element KikuchiBearing Element BRICK ELEMENTS Standard Brick Element Bbar Brick Element Twenty Node Brick Element Twenty Seven Node Brick Element SSPbrick Element QUADRILATERAL ELEMENTS Quad Element Shell Element ShellNL Bbar Plane Strain Quadrilateral Element Enhanced Strain Quadrilateral Element SSPquad Element U-P ELEMENTS UC San Diego u-p element (saturated soil) Four Node Quad u-p Element Brick u-p Element bbarQuad u-p Element bbarBrick u-p Element Nine Four Node Quad u-p Element Twenty Eight Node Brick u-p Element Twenty Node Brick u-p Element Brick Large Displacement u-p Element SSPquadUP Element SSPbrickUP Element TRIANGULAR ELEMENTS Tri31 Element MISC ShallowFoundationGen SurfaceLoad Element CONTACT ELEMENTS SimpleContact2D Element SimpleContact3D Element BeamContact2D Element BeamContact3D Element BeamEndContact3D Element zeroLengthImpact3D 11 . fixZ. rigidLink.2. 12 . Geometría SP_Constraints: (Single Point Constraint): Los comandos para crear este tipo de constraints son: fix. MP_Constraints: (Multi Point Constraint): Comandos usados para este tipo de constraints : equalDOF rigidDiaphragm. fixY. Pattern Command: Comandos usados para definir cargas. fixX. Node Node Recorder Node Envelope Recorder Drift Recorder Element/Section/Fiber Element Recorder ElementEnvelopeRecorder Graphics Plot Recorder 13 .. Recorders 3.3.. Recorders: element eleType? arg1? . En OpenSees. Los componentes a definir previo a todo análisis son: 14 . Análisis 4.4. un análisis esta compuesto por diferentes partes o componentes definidas por el usuario. Análisis: En este paso. los métodos a usar para analizar la estructura son definidos. b) Lagrange Multipliers c) Penalty Method d) Transformation Method constraints constraintType? arg1? .. a) Plain Constraints: Usado comúnmente con comandos tales como (fix command) o (equalDOF command).. Maneja las condiciones de borde o desplazamientos impuestos. 15 . Análisis 1. ConstraintHandler: Determina como las ecuaciones de los “constraints” definidos son realizados en el análisis.4. 16 .. a) Plain Numberer b) Reverse Cuthill-McKee Numberer c) Alternative_Minimum_Degree Numberer numberer numbererType? arg1? . DOF_Numberer: Determina la manera en que los grados de libertad son numerados para resolver las ecuaciones. Análisis 2.4. Se los puede renumerar para optimizar la matriz de rigidez y hacer más rápido el análisis.. 4. g) SparseSYM SOE h) Mumps 17 ... SystemOfEqn/Solver: Especifica como guardar y resolver el sistema de ecuaciones en el análisis. Análisis 3. a) b) c) d) e) f) BandGeneral SOE BandSPD SOE ProfileSPD SOE SuperLU SOE UmfPack SOE FullGeneral system systemType? arg1? . Convergence Test: Determina el método para verificar la convergencia del sistema.. 18 . a) b) c) d) e) f) g) h) Norm Unbalance Test Norm Displacement Increment Test Energy Increment Test Relative Norm Unbalance Test Relative Norm Displacement Increment Test Total Relative Norm Displacement Increment Test Relative Energy Increment Test Fixed Number of Iterations test testType? arg1? .. Análisis 4.4. 19 . a) b) c) d) e) f) g) h) Linear Algorithm Newton Algorithm Newton with Line Search Algorithm Modified Newton Algorithm Krylov-Newton Algorithm Secant Newton Algorithm BFGS Algorithm Broyden Algorithm algorithm algorithmType? arg1? .4... Análisis 5) SolutionAlgorithm: Determina la secuencia de pasos a tomar para resolver las ecuaciones nolineales en el tiempo presente (t). . Static Integrators: a) Load Control b) Displacement Control c) Minimum Unbalanced Displacement Norm d) Arc-Length Control Transient Integrators: a) Central Difference b) Newmark Method c) Hilber-Hughes-Taylor Method d) Generalized Alpha Method e) TRBDF2 integrator integratorType? arg1? . Integrator: determina el paso a predecir para el tiempo t+dt.4. Análisis 6.. 20 . Análisis 7.4.for static analysis Transient .for transient analysis with constant time step VariableTransient .for transient analysis with variable time step 21 . Analysis: Define el tipo de análisis a ser ejecutado. analysis analysisType? analysisType Static .