MRFHelper

MRFHelper 用于参数化生成 OpenSees 二维规则平面框架模型，支持钢框架 Frame 和钢筋混凝土框架 RCFrame，可输出 Tcl 与 OpenSeesPy 脚本，并与 OpenSAS 的时程、IDA、Pushover、循环 Pushover 及后处理流程衔接。模型统一采用 N、mm、t 单位制。

安装

• 运行项目根目录下 main.py。
• 或通过 PyPI 安装：pip install mrfhelper。

开发和 OpenSeesPy 集成测试使用 Python 3.12；当前 .venv 为 Python 3.12，且测试依赖中包含 OpenSeesPy。可用 uv sync --python .venv/Scripts/python.exe --extra test 重建同样的环境。

当前 MRFHelper 程序版本暂固定为 2.7。

通用接口

Frame 和 RCFrame 的模块、函数、对象属性及 JSON 字段统一使用当前的 snake_case 名称，类使用 PascalCase。旧版 CamelCase、拼写错误及兼容入口已移除。

from MRFHelper import from_json

frame = from_json("model.json")
files = frame.generate_scripts("output")

from_json() 根据 JSON 中的 frame_type 返回 Frame 或 RCFrame；钢框架未设置该字段时按钢框架读取。generate_scripts() 返回全部输出文件路径，默认覆盖同名结果；传入 overwrite=False 可拒绝覆盖，传入 show_plot=True 可显示框架立面图。两类框架均生成自包含 HTML 建模报告，包含模型信息、构件布置、截面示意、截面特性与屈服弯矩。

钢筋混凝土框架

完整示例见 examples/RCMRF_2s.py，配筋表见 examples/RCMRF_2s_sections.csv，JSON 输入示例见 examples/RCMRF_2s.json。在源码目录运行示例时使用：

python examples/RCMRF_2s.py

RC 模型采用 elasticBeamColumn + zeroLength IMKPeakOriented + Joint2D：梁柱中段为有效刚度弹性单元，端部为集中塑性铰，节点域使用 Joint2D。梁柱弹性段与塑性铰按 n=10 作串联刚度修正。梁柱统一调用 RCHinge，传入材料、截面、上下层与侧面配筋率、箍筋率、轴压比、构件长度和程序计算的 EI 折减系数；子程序内部参照 ModSpring_IMK_RC.tcl 计算正负向 IMK 参数。其中纵筋率和传入子程序的轴压比按毛截面 b·h 定义，子程序会按正负弯曲方向的有效高度换算；最后一个方向参数用于交换两端铰的正负弯矩方向。节点、构件和塑性铰编号沿用钢框架规则及 doc/Notation.pdf。

RC 材料需显式定义：

from MRFHelper import RCFrame

frame = RCFrame("RC_2S2B")
# 完成几何定义后：
frame.structural_components.load_sections_csv("sections.csv")
frame.structural_components.set_beams(2, ["S250x500", "S250x500"])
frame.structural_components.set_beams(3, ["S250x500", "S250x500"])
frame.structural_components.set_columns(1, ["S350x350"] * 3)
frame.structural_components.set_columns(2, ["S300x300"] * 3)

# 用户直接输入各楼层节点质量 [t] 与竖向荷载 [N]；竖向荷载向下为正。
frame.load_and_material.set_masses(
    moment_frame=[[7.5, 15.0, 7.5], [7.0, 14.0, 7.0]],
    leaning_column=[2.1, 1.0],
)
frame.load_and_material.set_loads(
    moment_frame=[[73500, 147000, 73500], [68000, 136000, 68000]],
    leaning_column=[20700, 9900],
)

frame.load_and_material.set_material(
    fc_expected=40,
    ec=30000,
    fy_expected=460,
    es=200000,
    poisson_ratio=0.2,
)
# 考虑倾覆力矩使柱轴压比放大 25%；不改变实际施加的重力荷载与质量。
frame.load_and_material.set_axial_load_ratio_amplification_factor(1.25)

程序不再根据面荷载、组合系数或建筑面积计算和分配荷载、质量。moment_frame 的行数和 leaning_column 的长度必须等于结构层数，索引顺序自动对应楼层 2..N+1；moment_frame 每行按轴线从左至右排列，长度等于框架轴线数。质量单位为 t，竖向荷载单位为 N，且两者均须为非负有限数；生成 OpenSees 重力荷载时程序自动把向下幅值转换为负 Y 方向。柱轴压比仅累计抗弯框架节点的竖向荷载，虚拟柱荷载不计入抗弯框架柱轴力。

fc_expected 和 fy_expected 均为期望强度。axial_load_ratio_amplification_factor 必须不小于 1.0，仅放大用于柱铰、RC 柱有效刚度和 RC 节点域计算的柱轴力；不会改变用户输入并实际施加的竖向荷载或质量。钢框架和 RC 框架的默认值均为 1.25。有效刚度不再由用户输入：梁的 EIy/EIg 固定为 0.3；每根柱先按放大后的轴压比计算 0.75 × (0.1 + PPy)^0.8，再将结果限制在 0.2–0.6，其中 PPy = 放大系数 × P/(b·h·fc)。

配筋 CSV

CSV 每行定义一个截面，长度单位均为 mm。必需列如下：

CSV 不包含 section_type 列，截面名称可以是任意非空字符串；梁柱类别由 set_beams() 或 set_columns() 的调用位置确定。可选列 bond_slip 取 0 或 1，默认 1。钢筋采用 数量D直径，例如 2D25；空值或 0 表示无钢筋。顶层或底层存在两排钢筋时用 + 从混凝土表面向内依次连接，例如 2D22+2D20 表示两排内侧筋。相邻排净距按 max(25 mm, 前排直径, 当前排直径) 计算。程序会校验缺列、重复名称、非法钢筋规格、保护层或钢筋排越界及未定义截面引用。

RC JSON 是与 Python 参数定义对应的输入配置，只保存 section_csv 路径、梁柱截面名称、几何、节点质量、节点竖向荷载、材料和边界配置，不再嵌入截面尺寸、配筋、已解析节点域材料或 IMK 派生参数。CSV 是必要输入；相对路径按 JSON 文件所在目录解析。

Joint2D 节点域

用户可在完成材料输入后选择三种节点域模型：

frame.connection_and_boundary.set_joint_panel_model("Elastic")
frame.connection_and_boundary.set_joint_panel_model("Rigid", stiffness_factor=1000)
frame.connection_and_boundary.set_joint_panel_model(
    "MCFT",
    steel_hardening_ratio=0.01,
    maximum_aggregate_size=20,
    horizontal_axial_force=0,
)

Elastic 使用 G·b_j·h_c·h_b 作为 Joint2D 中心转动弹簧刚度，其中 G=Ec/[2(1+ν)]；Rigid 使用相同表达式再乘 stiffness_factor。两者均采用 OpenSees Elastic 材料。默认模式为 Elastic。

MCFT 按 Altoontash 论文第 4.2.1 节、式 (4.1)–(4.33)，在生成模型时由 MRFHelper/rc_mcft.py 逐步增加剪切应变，迭代满足节点域水平与竖向正应力平衡，并检查裂缝面钢筋屈服、混凝土压碎和裂缝滑移。程序从相邻梁纵筋和柱纵筋计算 ρx/ρy 与最大钢筋间距 Sx/Sy，柱轴力由重力荷载计算后乘轴压比放大系数；梁水平轴力默认取零，可通过 horizontal_axial_force 指定。MCFT 的剪应力–剪应变曲线按虚功关系 M=τ·b_j·h_c·h_b 转换为中心弹簧弯矩–转角骨架，计算得到的 16 个正负向 Pinching4 包络参数直接写入模型中的 RCJoint2D 调用。循环夹缩点取峰值变形与峰值力的 25%；夹缩、退化、能量容量和损伤类型等固定参数在生成模型的 Elements 区间定义为变量。steel_hardening_ratio 默认 0.01，maximum_aggregate_size 默认 20 mm。

JointPanelContext -> JointMaterialSpec 仍保留为可插拔接口。writer 将生成期得到的材料参数写入模型文件；RCJoint2D.py/.tcl 只负责按照这些参数创建材料、四个外部节点和 Joint2D 单元，不再执行 MCFT 迭代。该函数仅在 Elements 区间调用一次。

Tcl 将楼层质量放在 Joint2D 四自由度中心节点。OpenSeesPy 3.8 的 mass() 不能从三自由度 BasicBuilder 向该内部节点写入四维质量，因此 Python 脚本将等量质量放在相邻普通梁节点，并由零长度铰的高刚度平动方向传递到节点域。Python 的 PO/CP 静力流程无需阻尼参数，使用归一化的高度分布并跳过 Joint2D 域中不必要且不稳定的 ARPACK 调用；TH 流程仍执行特征值分析。

当前版本仍不包含 Mander 混凝土本构、楼板、剪力墙、纤维铰、独立钢筋滑移单元或三维建模。

OpenSAS 文件放置

RC 输出保持平铺，仅包含模型 .py/.tcl/.json、文本模型信息、框架立面图和自包含 HTML 建模报告，不再单独输出截面 PNG，也不重复复制任何外部子程序。

将生成的模型 .py/.tcl 复制到 OpenSAS/models，再手动将本项目 subroutines 文件夹中的所需文件复制到 OpenSAS/subroutines。钢框架与 RC 框架共用 TimeHistorySolver、PushoverAnalysis 和 CyclicPushover，并统一采用 Transformation 约束处理器；RC 塑性铰与 Joint2D 分别调用 RCHinge 和 RCJoint2D。MRFHelper 不会自动写入 OpenSAS。

钢框架建模方法

钢框架继续采用二维平面杆系模型，可考虑构件集中塑性变形和节点域剪切变形。梁、柱采用弹性梁柱单元，端部塑性铰采用改进 IMK 本构，节点域采用 Hysteretic 本构，并通过虚拟柱考虑重力框架的 P-Delta 效应。