实干、实践、积累、思考、创新！ Tag: 结构工程博士 结构工程师 程序员 结构抗震设计 振动控制 光伏支架 加固改造 软件研发 编程 弹塑性 有限元 超高层 超限设计
《PERFORM-3D原理与实例》可以购买了！！！The book “PERFORM-3D Theory and Tutorials” is on the shelf now!!!《PERFORM-3D 原理与实例》已经可以购买了，以下贴出购书链接，感谢大家关注和支持。Good News！’PERFORM-3D Theory and Tutorials ‘ is on the shelf now. Links to buy the book were given below ~~from 崔济东，崔济东的博客，www.jdcui.com, CJD, JidongCui
试件选自ELSA（European Laboratory for Structural Assessment）实验室进行的伪动力试验[1, 2]。试验现场布置如图 20‑1所示，包括两个足尺四层、三跨的钢筋混凝土框架结构，其中一个框架存在填充墙，另一个为空框架结构，本章主要对空框架结构的伪动力试验进行模拟。框架试件的立面图及平面图如图 20‑2所示。
2010年，美国太平洋地震工程研究中心（PEER）在加利福尼亚大学圣迭戈分校（UCSD）的大型高性能户外振动台（NEES Large High-Performance Outdoor Shake Table）上进行了一个足尺RC桥墩的振动台试验，并举行了试验的盲测比赛[1-4]。图 19 1所示为试件的全景，图 19 2为试验的加载装置示意图。试件为一圆形截面的钢筋混凝土悬臂桥墩，桥墩截面直径为1220mm，桥墩基座通过后张拉螺栓锚固于振动台，防止基座的倾覆与滑动，试件顶部支撑一个大质量块（228t），大质量块用于柱惯性力及指定目标轴压力的施加，柱基座顶面到柱顶（质量块中心）的距离为7320mm，柱的剪跨比为6。柱外围设置了安全装置，用于保护试验人员及试验设备，并在装置上设置了水平导向轮，避免试件发生平面外运动。
试件选自欧洲地震工程培训与研究中心（European Centre for Training and Research in Earthquake Engineering）进行的桥墩振动台试验[1]，为一1/4缩尺的圆形空心截面RC桥墩试件，试件的现场布置如图 18‑1所示，试件的尺寸及配筋如图 18‑2所示。试件顶支撑一个大的质量块（1.86m×1.86m×0.88m，7.8t），大质量块用于桥墩惯性力及指定目标轴压力的施加，试件基座通过后张拉螺栓锚固于振动台，防止基座的倾覆与滑动，试件为螺旋配箍，加密区（距离基座顶面500mm范围）箍筋间距为30mm，其余区域箍筋间距60mm。
本书前面章节主要介绍了PEROFRM-3D中常用非线性组件和单元的基本属性与应用，旨在建立正确的结构弹塑性分析模型。本章则侧重于介绍结构整体弹塑性分析模型的建立、结构整体动力弹塑性时程分析的步骤及运用PERFORM-3D[1,2]进行结构抗震性能评估的流程。
Pushover 分析方法又称为静力弹塑性分析方法或静力非线性分析方法，是一种以结构顶部的侧向位移作为整体抗震性能判据的结构抗震性能评估方法，它将非线性静力分析与反应谱理论紧密结合起来，用静力分析的方法预测结构在地震作用下的动力反应和抗震性能，在基于性能的抗震设计中得到了较为广泛的研究与应用。我国的《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010）第3.11.4条明确指出[1]，高度不超过150m的高层建筑可采用静力弹塑性分析方法进行结构的抗震性能评估。通过Pushover分析进行结构抗震性能评估的基本步骤如下[2]：（1）建立结构的Pushover曲线；（2）确定用于评估的地震动水准；（3）选择用于评估的性能水准及其容许准则；（4）采用特定的方法求取结构性能点并进行结构性能评估。常用的Pushover分析方法主要包括ATC-40[3]采用的“能力谱法”、FEMA 356[4]推荐的“目标位移法”、FEMA 440[5]提出的“等效线性化”和“位移修正”两种方法等。其中能力谱法是最早提出的Pushover分析方法，本章主要介绍能力谱法的基本原理及其在PERFORM-3D[6,7]中的应用。
低周往复荷载试验是一种拟静力荷载试验，试验中采用较低的加载速率对结构或结构构件施加多次往复循环作用，使结构或结构构件在正反两个方向重复加载和卸载，用以模拟地震时结构在往复震动中的受力和变形特性。低周往复荷载试验方法是目前结构抗震性能研究中广泛采用的一种试验方法。
由于低周往复荷载试验能够体现材料及结构的往复加、卸载特性，因此在学习一款弹塑性分析软件时，对其中的本构或单元建立简单的分析模型进行低周往复加载分析，并将分析结果与预期结果进行对比，有助于理解软件的材料本构和单元特性，也是一种比较愉快的学习弹塑性软件的方法。只有在把握了材料、单元和简单模型的基本特性之后，才能更好地将软件应用于复杂的实际工程。
从软件模拟的角度来看，施加在结构上的往复作用最终体现为结构的往复位移。本书在讲解PERFORM-3D的过程中较多采用了简单模型的低周往复位移加载分析，为便于读者使用本书，本章将对PERFORM-3D中进行低周往复位移加载的两种方法进行详细介绍。
作为一款结构抗震性能评估软件，PERFORM-3D可以计算和输出各种非线性单元的变形需求-能力比。但对于某些单元，可能存在应变集中，以至于求出的需求/能力比非常大，如果是局部应变集中，以这些单元的需求-能力比作为性能评估的依据就会过于保守。为此，PERFORM-3D提供了一类特殊单元，即变形监测单元（Deformation gage element）[1, 2]，该类单元不参与有限元的计算，仅用于监测多个单元的平均变形。变形监测单元具有变形能力属性，使得变形监测单元可以像其他单元一样，通过在建模阶段的【Limit States】模块定义基于变形监测单元的变形极限状态，PERFORM-3D可计算和输出基于变形监测单元的平均变形计算的需求-能力比。PERFORM-3D总共提供了四种变形监测单元，包括轴向应变监测（Axial Strain Gage）单元，梁转角监测（Rotation Gage Beam Type）单元，墙转角监测（Rotation Gage Wall Type）单元，剪切应变监测（Shear Strain Gage）单元。每一种变形监测单元均由相应的变形监测组件组成，所有变形监测组件均在建模阶段的【Component properties】-【Elastic】模块下定义。
结构耗能减震是指在主体结构中安装耗能组件，通过耗能组件的非线性滞回耗能，吸收地震输入结构中的能量，从而减轻主体结构的地震反应和损伤。此类耗能组件一般统称为阻尼器。根据阻尼器与位移和速率的相关性，可将阻尼器分为位移相关型阻尼器（如软钢阻尼器、摩擦阻尼器等）、速率相关型阻尼器（如粘滞阻尼器）、位移-速率相关型阻尼器（如粘弹性阻尼器）[1]。本章主要讨论粘滞阻尼器，首先对粘滞阻尼器的基本概念做简要介绍，在此基础上介绍PERFORM-3D[2,3]中提供的粘滞阻尼器组件及单元，最后采用PERFORM-3D对一带粘滞阻尼器支撑的框架结构进行地震动力时程分析，详细讲解PERFORM-3D中粘滞阻尼器单元的基本建模过程及参数定义方法。
在传统的结构分析中，填充墙通常作为非结构构件考虑，在分析过程中，将其以外荷载的形式施加到结构上，并对整体结构的周期进行折减以考虑填充墙对结构刚度的贡献，未直接考虑填充墙对结构非线性行为的影响。相关研究表明[1,2]，填充墙对结构的抗震性能有着重要的影响，在结构弹塑性分析中，应合理考虑填充墙的影响。本章首先对砌体填充墙的抗震性能及填充墙的数值模型进行介绍，并着重介绍了基于等效斜压杆的填充墙宏观模型的参数计算方法，最后采用PERFORM-3D[3,4]对一单跨框架填充墙结构的低周往复加载试验进行模拟，讲解PERORM-3D中采用等效斜压杆填充墙模型进行框架填充墙模拟的基本步骤与参数设置方法。In traditional structural analysis, infilled wall is usually considered as non-structural element, and its effect to structure performance was only considered by applying equivalent external load to the main structure and reducing the structure period, the contribution of infilled wall to the structural nonlinear behaviour was not considered directly. Relevant studies have shown that infilled wall has significant influence on both linear and nonlinear structural performance. Therefore, infilled wall should be reasonably considered in structural elasto-plastic analysis. In this chapter, the seismic performance and numerical model of masonry infilled wall was firstly introduced, and the parameters calculation method of the macroscopic infilled wall model based on equivalent diagonal strut theory was explained in detail. After that, a PERFORM-3D simulation of low-cyclic reversed load test of a single span infilled frame structure was conducted by step by step, to explain the fundamental modelling process and parameter definition method of the equivalent diagonal strut infilled wall model.
梁柱纤维截面模型的具体思路是将单元内部积分点处的截面离散为若干纤维，并假定截面满足平截面假定，由截面的曲率和中性轴的位置获得纤维应变，由纤维应变结合所采用的材料滞回本构关系获得纤维的应力，将纤维的应力沿截面积分可以获得截面的轴力和弯矩。纤维截面模型通过材料积分获得截面的内力-变形关系，与塑性铰模型直接给出截面内力-变形关系相比，在描述截面压弯耦合非线性行为方面有着更大的优势。本章将对PERFORM-3D[1,2]中的梁、柱纤维截面模型进行介绍。
《PERFORM-3D原理与实例 》— 目录;PERFORM-3D Theory and Toturials — Table of Contents
[Book][PERFORM-3D Theory and Tutorials – Foreword ][书][PERFORM-3D原理与实例 – 前言]
《PERFORM-3D原理与实例 》— 目录;PERFORM-3D Theory and Tutorials — Table of Contents
[书][PERFORM-3D原理与实例 – 工程师评语][Book][PERFORM-3D Theory and Tutorials – Reviews by Engineers ]
[书][PERFORM-3D原理与实例 – 前言][Book][PERFORM-3D Theory and Tutorials – Foreword ]随着我国经济与技术的快速发展，近年来国内各地陆续出现各种高层、超高层及复杂结构体系，很多建筑超出了现有规范的适用范围，对于这类超限工程结构，采用传统的抗震设计方法已无法确保其安全性，目前工程中主要的做法是采用基于性能的抗震设计方法进行结构设计。基于性能的抗震设计方法与传统抗震设计方法的一个重要的不同之处在于必须通过非线性分析获得结构在罕遇地震作用下的力与变形需求，并依此进行抗震性能评估。为此，工程师必须系统、熟练地掌握一套可靠高效的结构非线性分析软件并能够对软件的非线性分析结果做出合理解读，这样才有可能完成复杂结构的非线性分析与抗震性能评估工作。PERFORM-3D（Nonlinear Analysis and Peformance Assessment for 3D Structures）由美国加州大学伯克利分校的鲍威尔教授（Prof. Granham H. Powell）教授开发，由美国著名的结构分析软件公司CSI（Computers & Structures Inc.）负责发行和维护，是一款致力于三维结构非线性分析和抗震性能评估的软件。PERFORM-3D拥有丰富的单元模型、高效的非线性分析算法及完善的结构性能评估系统，是一款同时适用于科研和工程的结构非线性分析软件，目前已广泛应用于我国结构抗震研究领域及实际工程实践中，是工程界和科研界认可度与接受度均较高的结构非线性分析及抗震性能评估软件。由于PERFORM-3D为英文软件，软件自带的英文帮助文档又涉及较多的力学知识与结构概念，导致初学者很难在短时间里掌握软件的使用方法及理解软件的精髓。目前市面上关于PERFORM-3D的书籍较少，且各有侧重，对于PERFORM-3D软件的学习仍显匮乏。为此，作者决心将自己学习弹塑性分析与PERFORM-3D的心得整理成书，以书会友，希望能帮助到有需要的朋友。众所周知，要想掌握一款结构分析软件，必须对软件的设计思路及涉及的理论知识有较好的把握，而理论知识是十分枯燥的，兴趣是学习理论知识的最好老师，而培养兴趣的最好方法是将理论和实践相结合。为此，本书将PERFORM-3D涉及的常用材料模型、单元模型及分析方法分成多个相互独立的章节进行讲解，每一个章节主要涉及一个独立的主题，如某种材料、单元或者分析方法，并针对该章内容设计一个本章特有的算例进行Step by Step地讲解，且在讲解算例前先对该章用到的理论知识及结构概念进行梳理，将软件的基本原理、基本操作、参数定义方法及使用技巧通过算例讲解有机地结合起来，使读者能够快速把握相关主题的关键点，并通过实例做到举一反三。
[01] Ground Motion Selection (选波) 服务
[02] 著:《PERFORM-3D原理与实例》
[03] 著:《有限单元法-编程与软件应用》
[04] 著:《结构地震反应分析-编程与软件应用》
[05] 著:《有限单元法 Python编程》（New!!!）
[06] Software Notes [软件笔记汇总]
[07] 土木工程试验数据处理软件汇总（New!!!）
[08] 自编程序 [Software Box]（New!!!）
[09] 手绘大样 [Detail Drawing]（New!!!）
