dinochen1983
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中洲观光门架结构专项设计审查会议终于召开了！
我们在2007年底就开始对该工程进行分析设计，分别进行了振动台试验，风洞试验等，按韩老师的话，在研究生阶段，在工程师的经历中，面对这种复杂的结构体系机会实在是难得，因为要把握这个机会学习尽可能多的东西。会上请了华南地区有名的结构专家，由容柏生院士带头组成专家组，专家对我们细致的分析工作是认可的。在这个设计过程中，采用了很多新的分析方法，很多新的尝试。很多知识都在这个过程中积累的，在这个过程中向韩老师，郑宜师兄，何伟球师兄学到很多东西，林生逸，毛贵牛与吴培烽这三大助手非常有义气，我们共同进步！技术上的问题，我会在以后的论文或博客中与大家分享的，希望中洲观光门架早日峻工，成为广州美丽的风景线。
中洲二期工程结构设计专项审查会现场照片：
| 【英文篇名】 | Dynamic experiment and numerical simulation of a full scale steel frame |
| 【作者】 | 韩小雷; 陈学伟; 郑宜; 彭樵斌; |
| 【英文作者】 | HAN Xiaolei1; 2; CHEN Xuewei1; Jack CHEANG; PENG Qiaobin1（1.Tall Building Structure Research Institute; College of Architecture and Civil Engineering; South China University of Technology; Guangzhou 510640; China; 2.State Key Laboratory of Subtropical Architecture Science; China）; |
| 【作者单位】 | 华南理工大学土木与交通学院高层建筑结构研究所; 华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室; |
| 【文献出处】 | 地震工程与工程振动 , Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 编辑部邮箱 2008年 06期  期刊荣誉：中文核心期刊要目总览 ASPT来源刊 中国期刊方阵 CJFD收录刊 |
| 【中文关键词】 | 弹塑性时程分析; 钢框架; 足尺试件; 振动台试验; 预测性分析; |
| 【英文关键词】 | inelastic time-history analysis; steel frame; full scale specimen; shaking table test; blind analysis; |
| 【摘要】 | 本文通过有限元分析程序OpenSees对一足尺四层钢框架结构进行静力及动力弹塑性分析,结构构件采用自由度较少的纤维模型模拟。在振动台试验之前,预测足尺钢框架结构连续在小震、中震及大震作用下的响应,将预测分析结果与振动台试验结果进行对比,结果显示该数值模拟方法能很好地反映结构的弹塑性行为及破坏机制,准确预测结构的地震响应及大震下结构倒塌时间。这进一步说明基于纤维模型的整体结构弹塑性分析方法,由于自由度数少,适用于整体结构抗震分析。 |
| 【英文摘要】 | This paper presents the inelastic static and dynamic analysis of a 4-story full-scale steel moment resisting frame structure with OpenSees,in which the structural members are simulated by the fiber-element models.The seismic responses of the full-scale structure under frequent,moderate and severe ground motions are predicted prior to the shaking-table test.Correlated with the experimental results,the analytical results confirm the accuracy of this numerical simulation method,both represent the inelastic beh... |
| 【基金】 | 广东省自然科学基金项目(06105416);; 华南理工大学科研基金项目(304-E30270) |
| 【DOI】 | CNKI:SUN:DGGC.0.2008-06-019 |
| 【更新日期】 | 2009-02-13 |
| 【分类号】 | TU391 |
| 【英文篇名】 | Research on the shear wall macro-element of OpenSEES |
| 【作者】 | 韩小雷; 陈学伟; 吴培烽; 郑宜; 杨志强; |
| 【英文作者】 | HAN Xiaolei1; 2; CHEN Xuewei1; WU Peifeng1; JACK Cheang1; YANG Zhiqiang1（1.Tall Building Structure Research Institute; South China Uiversity of Technology; Guangzhou 510640; China; 2.Key Laboratoryof Subtropic Architecture of Ministry of Education; South China University of Technology; China）; |
| 【作者单位】 | 华南理工大学建筑学院高层建筑结构研究所; 亚热带建筑科学国家重点实验室; |
| 【文献出处】 | 世界地震工程 , World Earthquake Engineering, 编辑部邮箱 2008年 04期  期刊荣誉：中文核心期刊要目总览 ASPT来源刊 CJFD收录刊 |
| 【中文关键词】 | OpenSEES; 剪力墙宏观单元; 弹塑性分析; |
| 【英文关键词】 | OpenSEES; shear wall macroscopic models; inelastic analysis; |
| 【摘要】 | 重点研究三维剪力墙单元MVLEM3D的数值模型及计算原理,并采用开源非线性有限元程序OpenSEES进行剪力墙低周往复试验的数值分析,探讨不同单元划分形式对结果的影响。通过二次开发编制了基于OpenSEES的剪力墙结构分析程序SWNA,对不同弹簧个数、不同竖向及水平划分方式,建立剪力墙宏观单元模型进行分析,对比试验结果表明该数值方法能够很好地从宏观上模拟剪力墙弹塑性行为:包括中和轴移动、剪切变形影响、局部塑性状态及破坏机制等。通过单元及弹簧的划分对比,可知该单元可通过比较少的自由度模拟剪力墙结构,节省大量计算时间。对于强非线性分析,增加水平划分可以考虑局部的破坏变形,使骨架曲线下降段明显。因此该单元适用于高层建筑结构的整体弹塑性分析及基于性能的抗震评定。 |
| 【英文摘要】 | The numerical model and calculation principle of the 3-dimension shear-wall element MVLEM3D in Open System for Earthquake Engineering Simulation(OpenSEES),a open-source nonlinear finite element program,and the effect of different element divisions are researched in details in this paper.The numerical analysis of low cycle repeated loading tests of shear wall is realized by a program SWNA which is a further development for shear wall structure analysis based on OpenSEES.Macroscopic shear wall models of diffe... |
| 【基金】 | 广东省自然科学基金项目(06105416);; 华南理工大学科研基金项目(304-E30270) |
| 【DOI】 | CNKI:SUN:SJDC.0.2008-04-014 |
| 【更新日期】 | 2009-02-11 |
| 【分类号】 | TU398.2 |
Perform-3D的初级入门教程（2）-后处理部分
平面框支剪力墙结构弹塑性分析实例
Perform-3D，上述建模完成以后，进入后处理的界面，定义分析工况并进行分析，提取数据等。
（1）定义重力荷载分析工况。
按下图进行操作，定义时建议采用非线性，监控位移随便取一个较小的位移角，LIMITSTATE也随意取就行，保证能计算下去就行了，重力荷载建议分10步或20步进行计算。
（2）定义PUSHOVER分析工况。
进行PUSHOVER计算时，需要定义监控位移角，取整体侧移的位移角，顶部至底部，控制位移取全部位移角，最大值达到很大时停止，如1/20，或者还可以再大一些，LIMIT建议取变形，如最大位移角，PUSHOVER可以采用三种荷载形式，1）自定义荷载，如点荷载，2）倒三角荷载，通过01去表达，3）采用模态分布比例的荷载。
操作如下图所示
本图为倒三角荷载，从数值看是从X方向推的。
（3）弹塑性时程分析定义
进行时程分析之前，需要向PERFORM-3D导入需要用到的地震波，导入后，按如下图定义，定义时间步长，总长，迭代最大次数，LIMIT，监控位移等等。这些定义与其它弹塑性分析程序基本是一样的。
（4）分析设置
分析设置设置结构是否考虑下降段，如果是试算阶段可以不考虑，振型数量与质量参与倍数等等需要定义，如下图所示。振型计算一般用于荷载分布计算，瑞利阻尼计算等等，还可以用来判断结构建模的合理性。
（5）定义阻尼
如下图所示操作，结构为混凝土结构，阻尼比取0.05，本分析采用模态阻尼，瑞利阻尼可以输入小值。
（6）分析结果查看汇总
振型与周期
重力荷载作用下的变形图
静力弹塑性分析的结果(PushOver)
动力弹塑性分析的结果
Perform-3D的动力弹塑性时程分析动画
Perform-3D的初级入门教程（1）-前处理部分
Perform-3D推出中国市场已经有一段时间了，由于其具有强大的结构非线性分析功能，我们通过这个软件进行了两个超限工程的分析，也总结了一些经验。市场上Perform-3D的学习资料很少，因此，我制作了一个非常简单的算例来讲述整个分析的过程，由于个人技术有限，过程中往往有很多错误，请大家指正。
平面框支剪力墙结构弹塑性分析实例
本文对一平面框支结构进行一系列弹塑性分析,包括在重力荷载作用下的PUSHOVER与动力弹塑性分。结构布置如图1所示。梁截面200x700，柱截面900x900，转换大梁截面1200x1800, 梁柱配筋为1.5%，剪力墙总长6000，端部区长500，端部配筋率1.0%，分布筋配筋率0.3%，首层层高5000，标准层层高3000。如下图所示
梁与柱均采用集中式纤维单元.
剪力墙采用分层单元(纤维单元+线性剪切本构)
（1）建立结点(Nodes)
通过结点工具建立结点,可以通过多种方式建立,包括轴网,射线,平移,复制等方法. 可以在SAP2000或ETABS建模后,通过文本进行结点的导入操作.
（2）建立支座(Suports)
操作如下图所示。
（3）建立刚性隔板(Slaving)
操作如下图所示。
（4）定义质量(Masses)
操作如下图所示。
（5）材料定义(Materials)
混凝土材料
钢筋,钢材材料
剪力墙剪切本构关系
操作如上图所示进行操作。混凝土本构建议采用MANDER或KENT-PARK约束混凝土本构，如下图所示。
（6） 截面定义(Sections)
截面定义分为以下几种截面定义：
弹性梁柱构件截面
纤维柱截面
纤维梁截面
纤维剪力墙截面
建模小贴士
（7）构件定义(Componets)
如下图所示操作：
梁柱纤维塑性区加弹性区构件定义
剪力墙构件定义
构件定义体现两种单元的定义方法，如下图所示
（8）单元定义(Elements)
按照自由度形式不同分析梁，柱，剪力墙三种不同的单元形式，其中，梁只考虑弯，柱与剪力墙考虑压弯，剪力墙只考虑一个方向的压弯是非线性的。如下图操作，注意，柱与剪力墙应考虑P-Delta效应。
定义类完成后，就进行单元的建模，建模完成后，如下图所示。
建模后，定义局部坐标，如图所示。
（9）荷载定义(Loads)
建模完成后，需要定义荷载，这里的荷载是指结构的恒活荷载，也就是重力荷载，一般采用的组合是DEAD+0.5LIVE，为输入方便起见，建议采用组合后的值输入，也就是说不需用输入两次了，而且建议输入的荷载就包括了自重，不需要PERFORM-3D自算自重。
柱墙的自重一般通过点荷载输入，楼板传给剪力墙也是采用点荷载。作了一些简化，由于节省了楼板的建模，荷载全部输入至梁中，建议简化输入均布荷载，梯形荷载非常难输入。如下图操作。点荷载可通过文本导入，梁荷载就不行了。
梁荷载是先定义荷载分布与大小，再定义所用到荷载的构件，有点类似PKPM
（10）定义监测变形（Drift）
高层中，层间位移角是一个看变形的重要的参考值。可能通过定义DRIFT来实现，如下图操作，这个DRIFT可以用到PUSHOVER的监控变形，也可以用于LIMIT STATE变形指标等等，这个量非常重要，如果没有定义，下面的分析不能进行。
全部前处理的过程也就完成了，为方便记忆，我列出以下步骤的单词，如下图所示
共享资料：ATC-40_静力弹塑性分析指南
由于博客升级，申请了200MB的双线网络空间，现在有足够的空间上传体积较大的文件。现呈上ATC-40的参考资料给大家。该资料是学习静力弹塑性方法（PUSHOVER）的一本指南，非常有意义。附上ATC-40对应的PPT文件，方便对ATC-40的理解。
Download点击下载:ATC-40
Download点击下载:ATC-40 讲义ppt文件
SAP2000
评级：
简介：三维结构整体性能分析，空间建模方便，荷载计算功能完善，可从CAD等软件导入，文本输入输出功能完善。结构弹性静力及时程分析功能相当不错，效果高，后处理方便。不足之处在于弹塑性分析方面功能较弱，有塑性铰属性，非线性计算收敛性较差。提供二次开发接口。结构工程分析中常用的工具。工程实例有：某体育场馆
ETABS
评级：
简介：适用于高层建筑的整体分析，单元类型略少于SAP2000，与PKPM的SATWE相比，有以下优势：一体化建模方便信息管理，可进行静力弹塑性分析，弹性时程分析功能强大且效率高，输出结果方便。劣势：配筋计算不符合国内使用者习惯，显示功能较弱。由于针对高层建筑结构，因此，以平面建模为主要，立面与空间建模作为辅助。工程实例：某超高层建筑结构
PERFOMR-3D
评级：
简介：适用于高层建筑结构 的抗震性能分析，基于纤维模型理论与塑性铰理论，通过宏观单元模拟整体结构的非线性。该软件能进行静力非线性分析，动力非线性分析，适用FEMA356及ATC40等规范，对结构进行抗震性能评估。非线性计算可控性较高，收敛性较好。构件组合灵活，材料本构可自定义。现阶段，前后处理不是很完善，笔者由于工程分析需要，开发了ETABS TO PERFORM3D的前处理程序ETP V1.1，解决前处理复杂的问题。工程实例：某大跨度连体结构性能分析
IDARC-2D
评级：
简介：由于软件面向二维结构，所以适用于平面规则的高层建筑结构的抗震性能分析，基于塑性铰理论，特别是分布塑性，通过宏观参数控制结构的非线性，需要通过电算或试验确定构件的本构关系。该软件能进行静力非线性分析，动力非线性分析，对结构进行抗震性能评估。收敛性较好。构件类型较多，有TVLEM剪力墙宏观单元，混凝土材料本构采用KENT-PARK本构。现阶段，前后处理不是很完善，笔者由于工程分析需要，开发了IDARC2D前处理程序，解决前后处理显示问题。工程实例：某酒店改造前后抗震性能分析
OpenSEES
评级：
简介：该软件属于开源软件，也就是可以下载源代码进行二次开发，程序适用于三维结构的抗震性能分析，基于塑性铰理论，纤维单元及常用微观单元，特别是纤维单元比较完善，单元与本构的数据库非常丰富，不断有研究人员参与开发新单元。该软件能进行静力非线性分析，动力非线性分析，对结构进行抗震性能评估。收敛性可控性较好。混凝土材料本构非常丰富。现阶段，程序没有前后处理系统，需要进行分析结果进行后处理。工程实例：某四层钢框架振动台试验数值分析
中洲超限报告终于完成了！！
这是一个耗时最长的超限工程了。做了很久,在2007年就开始准备了，这个过程中学习了风振时程分析、楼板振动分析、基于性能的抗震分析、OPENSEES、PERFORM-3D都在这个工程上用得上，在这个过程中学到了很多东西，这是我参与的第三个超限了。贴上几个图在博客上面先。中洲观光门结构主要由四部分组成：左塔楼，右塔楼，高空连廊及低空连廊。结构布置示意图如图所示。结构形状复杂，还进行了风洞试验，试验模型如图所示。
对中洲结构进行多种分析，其中比较重要的分析包括以下几种，都具有一定的创新性：
(1)基于风洞试验数据风振时程分析
(2)基于OpenSEES的结构稳定分析
(3)基于PERFORM-3D的结构弹塑性时程分析
为了进行风振时程分析，特意开发了接口汕头大学风洞试验室与建研院试验室数据接口的基于风洞试验的风振时程荷载处理程序，程序界面如图所示。
升级开发了ETABS TO PERFORM-3D的程序 ETP，现在升级至1.1版本，能成功导入类似中洲这种形式的结构，增加型钢梁柱截面，能准确地导入荷载与自重。下图为ETP v1.1版本的程序界面。
导入PERFORM-3D后，如下图所示。里面带有粘滞阻尼器单元，本分析对结构进行了有控与无控，Y方向七条地震波的时程分析，共14个工况，通过分析得到结构在大震作用下的响应。
这个是PERFORM-3D在结构抗震中的工程应用的第二个实例了，之前做了一个天朗海峰的超高层结构。
由于塔楼的高宽比较大，专家担心会出现稳定问题，本分析除了采用SAP2000进行线性屈曲模态分析以外，还第一次采用了OPENSEES程序对结构进行几何非线性分析。通过面向对象语言写了一个粗糙的图形界面来显示结构的几何非线性行为，如下图所示。
在做这个工程的分析的过程中学到了很多东西，也总结了很多东西，有机会将在以后的博客上写关于这个工程详细的东西，特别很多网友很关心ETP程序的进展，该程序正在发展中，其实还存在很多BUG，在慢慢的正消灭BUG，同时增加新的功能。详细的分析方法将会整理成论文发表至国内或国外的学术期刊，请大家以后多多关注。
在韩小雷教授的指导下完成了中洲的超限分析，这个分析当中，风荷载的计算是很重要的一部分。之前在汕头大学进行了中洲观光门的风洞试验，非常感谢谢壮宁老师与石碧青老师在风洞试验及以后我们的风荷载分析时给予的帮助，他们热心的回答我们的问题。当然，在这个过程中学习了很多东西。风振时程分析的一个重要环节就是处理风洞试验数据，我指的是同步测压的时程数据。通过面向对象语言DELPHI，编制了一个向ETABS或SAP2000导荷载的程序，还具有图形界面。通过这个程序能轻松地实现风振时程分析。这个程序与之前的AR法风荷载时程生成程序WIND HIST V1.0 是一对的，呵呵。我简单介绍一下程序，程序先导入风压测点空间位置，包括测压点的从属面积等属性。然后再导入风洞试验荷载数据，最后程序自动生成相应有限元软件的荷载时程数据。详细过程类拟AR法论文的某些章节。为了方便观察数据，我还编辑了动画功能，可以查查表面脉动风的情况，看看负压大还是正压大，看看不同风向角的影响等等。第一次编出来很惊讶，因为之看到的都只是数据，数据可视化以后，能够感觉得到风真的在吹！！！
