基于性能的抗震設計理論及性能評估在perform3D中的實現(xiàn)201510綜述

1、2015.11匯報人： 李 朋 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.基于性能的抗震設計理論及性能評估在Perform3D中的實現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.第一部分 基于性能的抗震設計理論 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Ar

2、chitectural Design Institute CO. LTD. 滿足國家規(guī)范，只是滿足了一個最低標準，地震來了建筑物到底會怎么樣，工程師也很少能說清楚。近一二十年來蓬勃興起的基于性能的抗震分析的主要任務就是算清這么糊涂帳。 以前我們專注于建筑在地震中“會倒”還是“不會倒”，現(xiàn)在除了要求不能倒之外，更關(guān)心損壞的程度，是否影響使用，是否要加固修復，是否要拆除，業(yè)主也有權(quán)參與決策建筑物的抗震性能。 美國環(huán)太平洋地震工程研究中心（PEER）將基于性能的抗震設計描述為“在充分考慮業(yè)主和公眾需求的基礎(chǔ)上通過選擇性能目標以完善地震風險決策的方法。”基于性能的抗震設計理論 中中 南南 建建 筑筑

3、設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.基于性能的抗震設計理論 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.基于性能的抗震設計理論 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.基于性能的抗震設計理論 中中

4、南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.基于性能的抗震設計理論 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.基于性能的抗震設計理論 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.基于性能的抗

5、震設計理論 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.基于性能的抗震設計理論的提出及發(fā)展基于性能的抗震設計理論 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.第二部分 性能評估在Perform3D中的實現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Archite

6、ctural Design Institute CO. LTD.性能評估在Perform3D中的實現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD. Perform3D界面性能評估在Perform3D中的實現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD. Perform3D 可以做什么？ Perform3D 是用來做基于性能

7、的抗震分析的程序，而且只能做性能設計，常用的功能主要有： 重力荷載計算： Perform3D 可以做什么？性能評估在Perform3D中的實現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD. Pushover分析： 方法多種多樣，適用不同的結(jié)構(gòu)條件，如ATC40,FEMA440、系數(shù)法等，且可以考慮高階振型作用。性能評估在Perform3D中的實現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Arch

8、itectural Design Institute CO. LTD.動力彈塑性時程分析： 用Newmark-法中的常加速度法（隱式算法），精度高、速度快，最重要的阻尼取法國際最先進、最準確。目前RBS的sausage的阻尼取法也采用它。性能評估在Perform3D中的實現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD. Perform3D 的優(yōu)勢是什么？ 1.因為程序的功能就是針對于性能設計，POWELL教授稱之為用專業(yè)的程序解決專業(yè)的抗震問題； 2.豐富的

9、構(gòu)件模型、材料模型及開放式的參數(shù)設置，不需要像ABAQUS樣的自已定義材料子程序； 3.經(jīng)典的隱式計算方法，相對于常見的通用有限元軟件來說，一旦收斂，速度非?？?，精度非常高； 4.所有的參數(shù)都是基于理論分析以及大量的實驗結(jié)果取值。性能評估在Perform3D中的實現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD. Perform3D 的構(gòu)件模型1.框架梁的構(gòu)件模型 框架梁的受彎可以用 FEMA桿、彎矩-轉(zhuǎn)角（集中塑性鉸模型）、彎矩-曲率、纖維模型。受剪可以直接

10、定義強度剪面。性能評估在Perform3D中的實現(xiàn) FEMA桿的問題在哪？ 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD. 一般來說，除非特殊情況，如框支梁等受力復雜的梁、截面復雜的梁如型鋼混凝土梁可以考慮用纖維截面，常規(guī)的梁建議用彎矩-轉(zhuǎn)角模型，即集中塑性鉸模型，非線性參數(shù)簡單，計算效率高又可以保證足夠的精度。性能評估在Perform3D中的實現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Arch

11、itectural Design Institute CO. LTD.2.連梁的構(gòu)件模型 連梁的受彎可以用 FEMA桿、彎矩-轉(zhuǎn)角、彎矩-曲率、纖維模型。受剪可以用剪切鉸或者強度截面（比較重要的連梁可以用強度截面）。性能評估在Perform3D中的實現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.3.框架柱的構(gòu)件模型 框架柱的受彎可以用 FEMA桿、考慮壓彎耦合的彎矩-弦轉(zhuǎn)角、彎矩-曲率、纖維模型。受剪可以直接定義強度剪面。 一般來說，除非特殊情況，框架柱考

12、慮用考慮壓彎耦合的彎矩-轉(zhuǎn)角模型，復雜截面的可以考慮用纖維截面，性能評估在Perform3D中的實現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.性能評估在Perform3D中的實現(xiàn)框架柱彎矩-轉(zhuǎn)角模型示例 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.性能評估在Perform3D中的實現(xiàn)框架柱纖維模型示例 中中 南南 建建

13、 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.4.剪力墻構(gòu)件模型 纖維模型：壓彎是采用鋼筋和混凝土材料的單軸應力應變關(guān)系，通過塑性纖維的軸向變形來模擬剪力墻的軸向彎曲變形特征，纖維模型不必采用墻集中塑性鉸的假定。受剪采用強度截面監(jiān)測。性能評估在Perform3D中的實現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.性能評估在Perform3

14、D中的實現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.性能評估在Perform3D中的實現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.桿單元的問題在哪？雙軸本構(gòu)基于的是損傷理論的問題在哪？性能評估在Perform3D中的實現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-s

15、outh Architectural Design Institute CO. LTD. Perform3D 構(gòu)件的骨架曲線及滯回1.骨架曲線-F-D關(guān)系 性能評估在Perform3D中的實現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.2.滯回性能評估在Perform3D中的實現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LT

16、D. Perform3D 對構(gòu)件的性能水準評價方法 針對不同的構(gòu)件有不同的性能評價指標，考慮了強度-延性的關(guān)系 ，指標是綜合大量的實驗結(jié)果以及構(gòu)件性能設計的本質(zhì)而給出，適用性及操作性非常強。 同時Perform3D軟件輸出的結(jié)果是利用率，即構(gòu)件的轉(zhuǎn)角計算值（或者材料的應變計算值）與對應的性能水準的限值的比值，并用彩色云圖的方式輸出，如彩色云圖中的0.8對應的顏色就表示構(gòu)件轉(zhuǎn)角（或者材料應變）的計算值達到了該性能水準限值的0.8倍。結(jié)果非常容易理解而且形象，便于我們很直觀的找出構(gòu)件的強度利用情況。性能評估在Perform3D中的實現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限

17、限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.性能評估在Perform3D中的實現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.從以上表格可以看出，Perform3D采用了兩種模型進行彈塑性分析，一是塑性鉸模型，一是纖維模型。塑性鉸模型是一種相對宏觀的模型，主要是從構(gòu)件層面上描述，以力-變形的關(guān)系方式給出構(gòu)件的性能狀態(tài)，省去對材料復雜本構(gòu)關(guān)系的討論。FEMA356及ASCE41-06(

18、13)對其進行了全面詳盡的探討，給出了不同情況下塑性鉸性能評價的建議。參考FEMA356和ASCE41-06，但對于材料層面的應力應變的評價，目前主要是采用國內(nèi)的防連續(xù)倒塌設計規(guī)程意見稿（清華大學錢稼茹教授）以及國內(nèi)部分大院、高校的實驗成果進行評價。性能評估在Perform3D中的實現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD. Perform3D 對結(jié)構(gòu)整體抗震性能評價方法采用能量的觀點給出結(jié)構(gòu)各類構(gòu)件的耗能情況，包括彈塑性耗能、阻尼耗能、阻尼器耗能等，

19、便于我們很清晰的知道整體結(jié)構(gòu)的耗能情況，全面了解結(jié)構(gòu)的抗震性能。性能評估在Perform3D中的實現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.實例及程序測試從以上報告可以看出，Perform3D的前、后處理非常不友好，基本不可能純手動建立一個有限元模型，大量的工作，對于一位操作非常熟悉的工程師來說，做一棟超高層的模型處理得一個月時間。時間花費太大。因為國內(nèi)開發(fā)了不少前、后處理程序，以Pkpm-Perform3D（PtoP）最為有名。 中中 南南 建建 筑

20、筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.實例及程序測試 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.實例及程序測試 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.實例及程序測試 中中 南南 建建 筑筑 設

21、設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.實例及程序測試 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.實例及程序測試 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.實例及程序測試 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.實例及程序測試 中中 南南 建建 筑筑 設設 計計 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.與其他程序的對比和midas-gen以及midas-building對比來看：對于GEN：1.前、后處理非常方便；2.剪力墻沒有纖維模型，無法考慮墻中性軸的移動對結(jié)構(gòu)受力的影響；3.性能評價：GEN用的是相對延性系數(shù)，