p3d_concrete小程序下载地址：点击下载此文件
上个月在深圳与香港与工程师做Perform-3d的交流时，发现以前写的一些小程序能够直观地帮助工程师确定混凝土的本构关系曲线。在Perform-3D里面，当用到纤维模型时（包括纤维梁柱、纤维剪力墙截面），一定会用到混凝土的本构的骨架曲线。一般工程师喜欢用到混凝土规范附录的骨架曲线公式，研究人员就用得多了，包括Mander本构，Kent-Park本构等。我编写的这个小程序，可以非常直观地得到多折线的混凝土本构曲线，并且直接得到Perform-3D输入的参数。界面如图所示。

P3d_concrete小攻略：

界面输入区在左上部，只需要确定混凝土标号就马上得到骨架曲线了，采用的是混凝土的标准值，如果你想采用其它值，可以手工输入峰值，其它数据根据峰值来调。而弹性模量只能给你输入K0时参考用的。
得到曲线的方法是：
（1）输入数据，点击“Input”，得到骨架曲线，曲线是用混凝土规范附录计算得到（红线）；
（2）点击“Make Curve”，得到多折线点，用鼠标拖动这几个点使其形状接近，而K0值应与混凝土弹模接近（点output时就可以看到k0值的变化）。如图所示


（3）最后将黄色框框的数据一个个“复制”“粘贴”到Perform-3D的材料输入框里面，大家会发现，我写的界面与PERFORM-3D的这方面的界面是一致的，方便大家对号入座。如图所示，点确定后就得到这个本构的PERFORM-3D数据了。




（4）p3d_concrete程序还有一个小功能就是输出红色线，即规范计算公式得到的骨架曲线的数据，这个一般给研究人员用的，省了在EXCEL写公式的碎事。点击“Export txt file”，你发现程序目录多了一个“comp.txt”，这就是混凝土应力应变的数据了。

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点击下载此文件:Perform-3D Strudata(Free)


上个月，我去深圳某设计单位与香港某顾问公司（名字不方便提啦）做了两场关于Perform-3D的讲座（讲PPT+演示+小程序开发），同时与使用Perform-3D的工程师做一些交流，让我学到很多东西。特别是小程序的开发工作，本来是在我未开发ETP（etabs to perform3D）之前做的一些小程序（便于输入结构信息的），一直给我忽略的，因为自从全心开发ETP以后，很少去更新这个小程序，经过工程师们的一些建议，修改了几个小程序，以后会陆续放在博客上，免费提供下载。因为我一直认为，一个真正的研究人员，不但要会写一些创新到很少人看得懂的尖端论文以外，更重要的工作就是研究成果服务于生产劳动，比如我们的工程设计分析。让我简单介绍一下一些常用的Perform-3D的小程序，第一个先说说：Perform-3D导入文件处理程序（Perform-3D StruData）。
（1）Perform-3D StruData是导ETABS模型到PERFORM-3D的，特别之处在于可以分开截面导出，导点质量及点荷载，ETABS V9.2只能导单元及结点，SAP2000 v14.2可以全部导出，不过需要定义塑性铰信息。
（2）打开ETABS模型，如图所示，如果梁截面定义的名字以"B"开头，程序自动给梁的局部坐标定义，“C”开头即给柱坐标定义。然后点击导出按钮，选导出---模型另存为SAP2000 s2k 文本文件。举例存为：stru.dat


（3）打开Perform-3d Strudata，界面如图所示，点击open s2k file 按钮，将刚才导出的S2K文件导入小程序当中。



（4）Perform-3d Strudata共有四个功能，导结点，导线单元，导墙单元，导质量及点荷载。依顺序从上往下点（注意，导出结点是一定要点击的），导出后，右边的文本框会提示你已经存在S2K所在的目录下，分别是以下文件，可见单元是按截面导出的，为以后的单元定义提供方便。
export node txtfile: node.txt
export frame txtfile: frame_C20B200X500.txt
export frame txtfile: frame_C20C300X300.txt
export shearwall txtfile: frame_SW200.txt
export mass txtfile: mass.txt
export nodeload txtfile: nodeload.txt

（5）打开Perform-3D，（注意，刚才在ETABS的单位制一定要与PERFORM-3D的单位制是一致的，数据才是对的。点击这个按钮，先导入结点信息，将刚才导出的node.txt导入以后，如图所示。


（6）在导入单元时，都需要先定义好名字，以梁单元为例，建立单元组名字，如"B200X500C20"，再进入进行导入。

导入后，如图所示，注意该单元的输出文件是否带局部坐标，如果有要勾选，导出单元后如图所示。届时只需要将该单元赋予同一个非线性构件属性就可以了。

（7）在导入质量，荷载也一样，都需要先定义好名字，以点质量为例，建立质量组名字，如"MASS"，再进入进行导入。导入后如图所示。


上述介绍完了Perform-3D Strudata的操作，以下是这个小程序的下载地址：
点击下载此文件:Perform-3D Strudata(Free)

IDARC2D前后处理系统v1.0正式版申请方法(免注册费)

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为更好的推广弹塑性分析方法，现推出免注册费申请IDRAC2D前后处理的正式版活动。请将你用IDARC进行的科研课题简介，研究单位等信息及IDARC-2D正式版的注册号发到我的邮箱，即可获得IDRAC的正式版注册码。我的邮箱是dinochen1983@yahoo.com.cn。以下代号名单为已免费申请正式版，赶快行动吧！！！

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max-ljx@126.com
weywey007@gmail.com
ruwenkai520@126.com
houwei302@163.com

金土木公司在2008年推出了CKS Detailer软件，帮助大家解决ETABS在工程上的应用问题。其实早在2007年4月，我在华工的高层建筑结构研究所就开发了类似的程序ETABS TO ENGINEER V1.0，当然比起专业公司当然是比较简单的。程序是内部使用，未商业化，做得比较粗糙，现简单介绍一下软件的功能，软件还在应不断的工程设计需求在不断更新的。如果程序做完善了，可以考虑商业化了，可是现在水平太差了，现在还在考虑进行SAP2000的后处理开发。
ETABS TO ENGINEER 程序界面如下图所示。

ETABS TO ENGINEER导入ETABS的文件e2k后马上生成后处理模型，速度非常快，CKS是采用读取mdb技术的。ETE是读取文本技术的，这个方面是不同的。
 

ETE主要功能之一：显示结构构件截面信息，包括楼板支撑都可以显示，自由选取显示的内容，可以导出CAD文件，出图后可以做为模型的计算书，这个功能补充了ETABS出图难控制的问题。

ETE主要功能之二：显示结构构件恒活荷载信息，梁荷载楼板荷载平面显示，在ETABS里面，梁荷载在平面是显示不出来的，只有在轴侧图可以看到，荷载图可以出图，做为计算书的内容，方便检查结构荷载。

ETE主要功能之三：读取ETABS的配筋内容，在图上采用PKPM的格式显示出梁柱的配筋数，这个功能在混凝土设计中非常重要。


ETE主要功能之四：出图与显示的控制，出图时考虑各种元素的输出方式的不同，程序给出可控制的模块，你可以选择出图的内容，可以选择梁柱，标注，文字的颜色，大小等等，非常人性化的控制，而且，显示与输出AUTOCAD的设置是对应的，你可以随时查看状态。

ETE主要功能之五：这个功能是最有科技含量的，ETABS本身没有钢管混凝土的验算，我们之前在做某工程的时候遇到这个问题，这时候我们想到了开发一个后处理系统可以处理特殊构件的计算，因此，ETE软件实现了该功能，以后将会不断在这个功能上加强。以下是方钢管混凝土的后处理计算。

ETE主要功能之六：输出AUTOCAD功能，以前是采有实时生成法，后来发现太慢了，所以现在采用输出DXF的方法，准确快速。

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基于风洞试验的数据处理程序
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！！！

基于人群走动仿真的人行荷载生成程序FVAP的编制
楼板振动主要是由人群活动的动力荷载引起的，人群活动过程可以通过人群数量、每个人的体重、每个人的行走起点、行走方向、行走模式（包括步距、频率、冲击放大系数）等属性进行描述。为了得到楼板各点的荷载时程，需要对人群活动进行数值仿真。由于人群活动具有随机性，为简化仿真模型可做出以下假定：（1）人的自重、行走模式、开始时间及行走路线是随机的；（2）行走路线为直线，行人匀速行走；（3）行人自重为700±145N，属于正态分布随机变量。根据上述理论，本文通过面向对象语言编制了人行走荷载生成程序FVAP(Floor Vibration Analysis Program)，对特定行走边界的人群走动进行仿真，并得到人致动力荷载时程数据。程序界面如图所示，可导入楼板的单元信息，划定活动边界、定义人群数量及行走模式等。

通过该程序生成楼板动力荷载时程数据流量大，为方便工程应用，程序自动与结构有限元软件如SAP2000、Etabs、Midas等软件接口，实现数据流的导入。通过有限元软件可以对楼板进行动力时程分析。

楼板振动时程分析法及算例分析
本文以一人行天桥结构为例，介绍楼板振动时程分析方法的分析过程。Wheeler对一人行天桥进行人行荷载试验。该天桥为两跨的钢结构，天桥截面如图所示。天桥两跨长度分别为16.32m和19.83m，楼板采用16mm的钢板，主梁采用截面460UB型钢，楼板与钢梁上翼缘焊接。在活荷载为3.5kN/m2作用下的静力挠度为L/503，其中L为主跨的长度。本文采用有限元软件SAP2000对结构进行分析。分析模型为杆系单元与壳单元的整体模型，如图所示。楼板的划分网格大小应小于步距（约750mm），以便于节点时程荷载的输入。对结构进行模态分析得到振型如图所示。试验测得的楼板振动第一阶频率为f1,exp=3.2Hz，有限元分析结果为f1,calu=3.3Hz，表明模型基本反映实际结构的动力特性。该天桥的自振频率与行走频率接近且挠度偏大，需要进行楼板振动验算，保证结构舒适度。
有限元模型中的楼板单元数据导入FVAP中，划定行走边界。为了对有限元分析和试验结果进行比较，行走模式取正常行走。人群进入楼板时间设为60s，统计时间设为120s，步长为0.1s。人群数量分别取1、15、30、60这四种工况进行仿真。以下动画为单人行走时的楼板弯矩Mmax云图。

通过程序计算生成荷载时程文件，并自动导入SAP2000中，某结点在行走人数为60人时荷载时程曲线如图所示。算例对人群数量为1、15、30、60的四种工况下的楼板振动进行分析。四种工况下楼板竖向加速度时程如图所示。

有一个多星期这么久没有写博客了，太久了，有点对不起关心该博客的朋友了。最近忙CSA的研究工作所以没多少时间上来。上次跟研一的同学分享课程学习经验的时候，回想起数值分析的课程，现在的数值分析课程好像已经没有布置编程题了，我觉得这样很不妥当，数值分析就是用来编程用的，同理，现在的土木系的研究生教育越来越不重视编程了。以前，电脑还没有普及，很多研究生要写一些结构分析的FORTRAN程序来做论文，现在的研究生很少自编程序来做论文，过分的依赖SAP2000，ANSYS，ABAUQS这些有限元软件了，这样有个不好的地方就是大家似乎重视电脑操作而忽略了有限元的很多原理，同样我国的有限元软件就不会太大的发展了。
数值分析的课程我觉得很重要，对有限元来说，线性方程组求解可用于求静力问题，特征值求解用于求振型，积分与插值用于等参元等等。各个有限元层次都需要数值分析的基础。
我与大家分享一下华南理工大学研一的实验题，并列出我采用Delphi编出来的一些小程序答案，欢迎大家下载！！

Download：研究生课程实验题文件
第三题：插值与拟合
1. （龙格现象的发生、防止和插值效果的比较）对区间[－5，5]作等距划分：  ，对下列函数y=x/(1+x^4)分别按给定方案进行插值，计算其在各划分小区间中点上的值，并给出插值函数的图形。
方案I:  分别取  作Lagrange插值；
方案II: 分别取  作分段线性插值。




第五题：数值积分
1.文学家要确定一颗小行星绕太阳运行的轨道，他在轨道平面内建立以太阳为原点的直角坐标系，在两坐标轴上取天文测量单位（一天文单位为地球到太阳的平均距离：9300万里）在五个不同的时间对小行星作了五次观察，测得轨道上五个点的坐标数据如下表所示： 
           P1      P2      P3       P4      P5
x坐标 5.764 6.286 6.759 7.168 7.408
y坐标 0.648 1.202 1.823 2.526 7.408
由开普勒第一定律知，小行星轨道为一椭圆，椭圆的一般方程可表示为：       
                    
现需要建立椭圆的方程以供研究。
（1）分别将五个点的数据代入砣圆一般方程中，写出五个待定系数满足的等式，整理后写出线性方程组AX = b。
（2）用MATLAB求低价方程组的指令A / b求出待定系数  。
（3）卫星轨道是一个椭圆，其周长的计算公式是
                                   
式中，a是椭圆的半长轴，  是地球中心与轨道中心（椭圆中心）的距离，  。其中h为近地点距离，H为远地点距离，R = 6371(km)为地球半径。
   有一颗人造卫星近地点距离h = 439 (km)，远地点距离H = 2384(km)。试分别按下列方案计算卫星轨道的周长，误差限取为  。
（方案I ） 复化Simpson法；  （方案II ） Romberg算法。

我的解答：

2006年，华南理工大学开展申请混凝土结构设计原理作为精品课程，打算制作高水平多媒体教学课件，我在蔡健老师，黄炎生老师及季静老师的指导下，开始编制混凝土结构设计原理智能试题库。这个并不是普通的课件，它是一个综合性计算程序，集合了几类的混凝土结构设计的题目，不但可以给学生练习使用，也可以用于教学，甚至可以拿出来试卷。这个程序主要是采用Borland Delphi v7.0编制而成，采用可拓展的DLL技术，方便以后升级。程序界面如图所示。
Download: 华南理工大学混凝土结构设计原理_智能试验库_v1.0

风振时程分析程序_windhist producer v1.0

总结一下去年的研究工作，其中有一项比较重要的就是“基于AR法的风振时程分析程序”的开发。这个程序主要是采用线性滤波法生成风速时程再通过转化变成风压力时程，主要是荷载数据的处理程序，而力学求解部分采用SAP2000或ETABS。程序界面如图所示。

通过面向对象的程序语言Borland Delphi 7.0编制具有前后处理及图形功能的风时程生成软件WINDHIST PRODUCERv1.0。该软件可实现通过导入SAP2000和ETABS生成的Excel表格，输入结构空间点分布。本软件可修改AR模型的阶次，积分精度、频率区间、计算步长等计算模型的参数，可调节计算模型的速度与精度。本软件的特色在于风荷载特性的输入与我国《荷载规范》紧密结合。程序可通过输入基本风压与地面粗糙度类别，按规范自动计算出梯度风高度、平均风指数和粗糙度系数并生成风速时程数据，也可以手动输入风特性参数。本软件还可以实现多样本时程的自动生成，可实现批量保存，批量导入SAP2000与ETABS的模型中，从而实现多样本的时程分析。
界面可见，非常的人性化，现在大部分风振研究大部分采用MATLAB来做，做出来的程序界面不友好，难与应用于实际工程。采用DELPHI编制界面以后，可以随时改变参数，马上生成风速曲线，且速度比MATLAB要快。
该程序的编写工作已写入论文《高层建筑结构风振时程分析软件的技术研究》将发表于《华中科技大学学报（城市科学版）》，在第八届全国结构计算理论与工程应用学术会议上发表。
Download:风振时程分析程序 windhist producer v1.0 技术说明文档 点击下载
风速模拟效果如下图所示。风振时程分析与《高钢规》简化公式的计算结果对比如图所示。以上内容在论文中均有提到。

 

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DinoPTESAP v1.0 常应力(应变)单元有限元程序的开发

DinoPTESAP v1.0 这是我本科时候的作品，与Dino Sap v1.0 一样通过编程的方法去了解及体会静力学有限元方法的基本原理，通过一些美术功底与前后处理技术，并参考美国的SAP4源程序（我认为学生有限元的学生一定要看的源代码）开发的第二个有限元程序，当然第一个是DINOSAP，这两个程序是练手之作来的。常应变(应力)三角形单元CST的原理在有限元法一书（王勖成）或弹性力学（徐芝纶）一书都有介绍，原理与编制过程我就不详细阐述，学习有限元的学生通过编写这个程序会基本了解弹性静力学有限元的基本过程。在sap2000，ANSYS等程序中，都已经没有CST单元了，基本上最小阶次的单元都是二次元，教师在用ANSYS教学有限元时，往往不能SHOW一下常应变(应力)三角形单元的不足之处。这个程序就可以能过图形直观了体现常应变(应力)单元的性态了。

结构有限元模型采用3DSMAX建模后导入，3DSMAX有部分插件是可以实现网格划分的。导入后，在DINO PTESAP中建立约束，荷载，厚度弹性模量等信息后进行静力分析，最后结果可以显示变形及应力（应变）云图。

点击下载Dino PteSap v1.0

程序界面图（结构变形图）

结构应力 stress-y 图