基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論及性能評估在perform3D中的實(shí)現(xiàn)201510綜述

1、2015.11匯報(bào)人： 李 朋 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(shè)計(jì)理論及性能評估在Perform3D中的實(shí)現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(shè)計(jì)理論 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(gè)最低標(biāo)準(zhǔn)，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(wù)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(fù)，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(shè)計(jì)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(biāo)以完善地震風(fēng)險(xiǎn)決策的方法?！被谛阅艿目拐鹪O(shè)計(jì)理論 中中 南南 建建 筑筑

3、設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(shè)計(jì)理論 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(shè)計(jì)理論 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(shè)計(jì)理論 中中

4、南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(shè)計(jì)理論 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(shè)計(jì)理論 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(shè)計(jì)理論 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(shè)計(jì)理論的提出及發(fā)展基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(shí)現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(shí)現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(shí)現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(shè)計(jì)，常用的功能主要有： 重力荷載計(jì)算： Perform3D 可以做什么？性能評估在Perform3D中的實(shí)現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(shí)現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(shí)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(jìn)、最準(zhǔn)確。目前RBS的sausage的阻尼取法也采用它。性能評估在Perform3D中的實(shí)現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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?yàn)槌绦虻墓δ芫褪轻槍τ谛阅茉O(shè)計(jì)，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(shè)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(jì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果取值。性能評估在Perform3D中的實(shí)現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(qiáng)度剪面。性能評估在Perform3D中的實(shí)現(xiàn) FEMA桿的問題在哪？ 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(fù)雜的梁、截面復(fù)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(jì)算效率高又可以保證足夠的精度。性能評估在Perform3D中的實(shí)現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(qiáng)度截面（比較重要的連梁可以用強(qiáng)度截面）。性能評估在Perform3D中的實(shí)現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(qiáng)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(fù)雜截面的可以考慮用纖維截面，性能評估在Perform3D中的實(shí)現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(shí)現(xiàn)框架柱彎矩-轉(zhuǎn)角模型示例 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(shí)現(xiàn)框架柱纖維模型示例 中中 南南 建建

13、 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(yīng)力應(yīng)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(qiáng)度截面監(jiān)測。性能評估在Perform3D中的實(shí)現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(shí)現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(shí)現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(shí)現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(shí)現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(shí)現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(zhǔn)評價(jià)方法 針對不同的構(gòu)件有不同的性能評價(jià)指標(biāo)，考慮了強(qiáng)度-延性的關(guān)系 ，指標(biāo)是綜合大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及構(gòu)件性能設(shè)計(jì)的本質(zhì)而給出，適用性及操作性非常強(qiáng)。 同時(shí)Perform3D軟件輸出的結(jié)果是利用率，即構(gòu)件的轉(zhuǎn)角計(jì)算值（或者材料的應(yīng)變計(jì)算值）與對應(yīng)的性能水準(zhǔn)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(yīng)的顏色就表示構(gòu)件轉(zhuǎn)角（或者材料應(yīng)變）的計(jì)算值達(dá)到了該性能水準(zhǔn)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(qiáng)度利用情況。性能評估在Perform3D中的實(shí)現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(shí)現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(jìn)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(fù)雜本構(gòu)關(guān)系的討論。FEMA356及ASCE41-06(

18、13)對其進(jìn)行了全面詳盡的探討，給出了不同情況下塑性鉸性能評價(jià)的建議。參考FEMA356和ASCE41-06，但對于材料層面的應(yīng)力應(yīng)變的評價(jià)，目前主要是采用國內(nèi)的防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)規(guī)程意見稿（清華大學(xué)錢稼茹教授）以及國內(nèi)部分大院、高校的實(shí)驗(yàn)成果進(jìn)行評價(jià)。性能評估在Perform3D中的實(shí)現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(jià)方法采用能量的觀點(diǎn)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(shí)現(xiàn) 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.實(shí)例及程序測試從以上報(bào)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(gè)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(gè)月時(shí)間。時(shí)間花費(fèi)太大。因?yàn)閲鴥?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(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.實(shí)例及程序測試 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.實(shí)例及程序測試 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.實(shí)例及程序測試 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)

21、設(shè) 計(jì)計(jì) 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.實(shí)例及程序測試 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.實(shí)例及程序測試 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.實(shí)例及程序測試 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 院院 股股 份份 有有 限限 公公 司司Central-south Architectural Design Institute CO. LTD.實(shí)例及程序測試 中中 南南 建建 筑筑 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 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(jià)：GEN用的是相對延性系數(shù)，