搜索
PERFORM-3D参数定义方法2012-11-0919:34:10|分类：结构|标签：|举报|字号大中小订阅1、钢梁塑性铰参数定义(FEMABeam)先定义截面：给定材料屈服应力，在定义FEMA梁的时候，程序会自动根据给定的屈服应力和塑性截面模量计算截面极限强度(U点对应纵坐标)。横坐标的定义：参考Fema356表格Table5-6，并作一定的简化，如下图所示，图中红色曲线为PERFORM-3D中的定义方法(建议，非必须)。FEMA给出了a，b，c三个参数，没有给出DU对应的横坐标，可以取DY到DL中的任意值，建议DU的取值保证KH/KO=0.1左右(WittoWang推测)。DX可以取个较大的值，防止有些构件达到DX点，可能会造成计算不收敛或计算停止。由于FEMA356表格Table5-6给出的是塑性转角，而PERFORM-3D的参数是总的转角(塑性转角+弹性转角)，因此在定义的时候要在Table5-6的基础上加1。例如，FEMA356表格Table5-6中a=9，b=11，上图中定义DL=a+1=10，DR=b+1=12。同样的情况在定义DeformationCapacity的时候也需要考虑，因此对应的Level1(IO)=1+1=2、Level2(LS)=7+1=8、Level3(CP)=8+1=9退化参数的定义：EnergyFactor是用来考虑刚度退化的。它的定义是：考虑退化的滞回环能量与不考虑退化时的滞回环能量的比值。详细定义参考用户手册1.2.各点能量退化系数基本上可以参考上图的定义设置。2、钢柱塑性铰参数定义(FEMAColumn)先定义截面：与FEMABeam类似，给定材料屈服应力，在定义FEMA柱的时候，程序会自动根据给定的屈服应力和塑性截面参数计算截面极限强度(U点对应纵坐标)，包括P、M2、M3三条荷载——位移曲线。关于P-M-M的定义，参考PERFORM-3D用户手册，PERFORM按下面的计算公式进行模拟。需要给出三个参数：α、β、γ以定义曲线形状。各参数PERFORM均给出了取值范围及建议值，如无特殊情况，可以按上图中PERFORM的建议值取值，即α=2.0、β=1.1、γ=1.4。DeformationCapacity的定义与FEMA钢梁的定义基本一致，也要在FEMA356表格Table5-6的数值上加1。与梁不同的是，柱的延性与轴压比有关，参考PERFORM用户手册5.8.1，不同轴压比的DeformationCapacity参考FEMA356表格Table5-6，PU和PL建议分别可以取0.2AFy和0.5AFy，如下图所示。3、轴向单元参数定义(SimpleBarElement)轴向单元为二力杆单元，仅承受轴向拉压，Perform3D主要有以下七种SimpleBar单元。弹性的：线弹性杆单元、非线性弹性gap-hook杆单元、分段线弹性杆单元；弹塑性的：弹塑性杆单元(带Perform典型滞回)、Steelbar/tie/strut、ConcreteStrut；其余的：StrainGage(可以用DeformationGage单元代替)。InelasticBar(弹塑性杆单元)该单元不能调用截面属性，直接在参数里面给弹性模量和截面，程序通过这两个参数计算构件弹性初始刚度，本构关系上的所有点都需要手动给出：包括屈服点轴力(屈服应力fy乘以截面面积)、极限承载力点(抗拉强度fu乘以截面面积，fu的取值参考钢结构规范)、DU的取值小于DL即可、DR的取值大于DL并小于DX的取值即可，对于DL和DX的取值，参考FEMA356Table5-7。同样DeformationCapacity的定义也需要参考FEMA356Table5-7。DL=(11+1)=12倍的屈服应变、DX=(14+1)=15倍的屈服应变、FR/FU=0.8；那么DR可以取13倍的屈服应变，DU可以取10倍的屈服应变。DeformationCapacity的定义如下所示：IO(Level1)=1.25倍屈服位移、LS(Level2)=8倍屈服位移、CP(Level3)=10倍屈服位移。CyclicDegration的定义可以参考上面的FEMAColumn，如下所示，定义完成后可以绘制滞回曲线来查看定义结果。以上给出的所有参数的具体值均考虑拉压对称，并按受拉(Braceintension)查表FEMA356Table5-7；具体拉压不对称时，受压参数按受压(BraceinCompression)查表FEMA356Table5-7。SteelBar/Tie/Strut(钢支撑)钢支撑的定义需要通过弹塑性钢材(SteelMaterial)材料本构来完成。可以采用三种材料：Non-Buckling(不屈曲)、Tension-Only(单拉)、Buckling(屈曲)。各参数的定义可以参考FEMA356Table5-6表中关于支撑受压和受拉的相关参数定义。屈曲材料比较特殊的是要求定义滞回相关参数，具体可以参考李国强《钢结构框架体系高等分析与系统可靠度设计》P161。下图中B点的应力取0.5Fcr/fy，如，对于上图可取0.5x300/470=0.32。以上为BucklingSteelMaterial的定义，如果采用Non-BucklingSteelMaterial，定义同一般的钢材本构，可以用于纤维截面模型定义。Tension-OnlySteelMaterial的定义也基本无特殊点，只是材料只能受拉，但受压可以定义DeformationCapacity。ConcreteStrut(混凝土支撑)与钢支撑类似，混凝土支撑需要定义弹塑性混凝土本构。与钢材的定义基本相同，不再赘述。4、混凝土梁集中塑性铰(ConcreteBeamHinge)I)弯矩-转角塑性铰模型(Moment-RotationHinge)与FEMABeam类似，但集中塑性铰模型限制较少，适用范围较广，能够在同一单元的多个位置设置塑性铰，而不仅是两端。同FEMABeam，在定义梁塑性铰属性之前，可以先定义构件截面。如上图所示，定义好截面尺寸、材料弹性模量、泊松比，程序会计算SectionStiffness以及ShearModulus。可以在此定义InelasticStrength，在定义铰属性时程序能够调用截面定义中的弹塑性属性，如下图所示。完成截面定义后，开始构件塑性铰属性定义，选择RotationType或CurvatureType。程序能够调用相关截面参数，然后需要用户定义F-DRelationship，以及强度和刚度退化参数。F-DRelationship的定义参考Fema356表Table6-7，注意Table6-7给出的是塑性铰的塑性转角，Perform-3D里面定义的是塑性铰的绝对转角(弹性转角+塑性转角)，但程序中的集中塑性铰是刚塑性的，即弹性转角为0，因此Table6-7给出的a即为DL点横坐标，b为DX点横坐标，即这里的参数不用像SteelFEMABeam和SteelFEMAColumn在Fema356表中数据基础上加1，而是按表中数据取值。上面定义完弹性梁单元(CrossSection)以及塑性铰属性(MomentHinge)，接下来就应该定义弹塑性梁单元(CompoundComponent)，如下图所示，可以在任意位置放置塑性铰进行组装。为简化模型，防止非线性过强而造成程序计算时间过长或不收敛，在建模过程中一般假定梁只会出现弯曲塑性铰而不会发生剪切破坏，即混凝土梁配有纵向钢筋和足够多的箍筋。当然，为防止构件截面过小，再多的箍筋也不起作用(配型钢和抗剪钢板除外)，需要考察构件截面是否满足最小截面的要求，可以在梁中布置StrengthSection，用来检查剪力大小是否超限。StrengthSection能够在TimeHistories后处理模块里面显示D/CRatio，即相当于PerformanceLevel的多少倍，如下图所示。与DeflectedShapes模块不同，这里能够显示具体数值。II)弯矩-曲率塑性铰模型(Moment-CurvatureHinge)弯矩-曲率塑性铰模型与弯矩-转角塑性铰模型基本类似，只不过塑性铰的F-D本构的定义采用了弯矩-曲率关系。程序最后通过用户指定的曲率塑性铰长度以及弹塑性弯矩-曲率关系转化为集中塑性铰的刚塑性弯矩-转角本构关系。弯矩-曲率塑性铰的优点是它独立于自己的TributaryLength，因为弯矩-曲率仅与截面属性有关(曲率=M/EI，EI仅与截面形式及材料有关)，用户如果希望改变塑性铰的属性，仅仅需要改变CompoundComponents中曲率塑性铰的TributaryLength。而如果用户采用过来弯矩-转角塑性铰模型，改变塑性铰属性意味着重新定义塑性铰的F-D关系。而且，截面计算软件(SectionBuilder、Xtract等)给出的计算结果均是截面弯矩-曲率关系，可以直接应用。弯矩-曲率塑性铰的不便之处在于FEMA356对于塑性铰PerformanceLevel的定义均采用了塑性转角，而弯矩-曲率塑性铰的性能水准定义需要采用曲率，如果需要按FEMA356来定义性能水准，那么这其中有一个用户自己转化的过程。可以简单按(曲率=塑性转角/塑性铰TributaryLength)来计算。塑性铰长度参考用户手册参考文献(SeismicDesignofReinforcedConcreteandMasonryBuildings,Wiley,1992,p.142)。可以近似按0.5倍截面高度取值。5、混凝土柱集中塑性铰(ConcreteColumnHinge)I)弯矩-转角塑性铰模型(ConcreteRotationType)混凝土集中塑性铰的定义相对比较麻烦，需要事先计算好PMM相关曲面，然后根据Perform-3D的规则进行定义。Perform-3D对整个PMM曲面方程作了一定的简化，用户需要给出轴力-变形关系(拉、压)、弯矩-转角关系(M2、M3)、平面P-M关系(P-M2、P-M3)、平衡点的M2-M3关系。轴力-变形关系以及弯矩-转角关系需要用户自己定义，与其余单元定义相同，如上图所示，这里不再赘述。P-M相关曲线以及M-M相关曲线的定义用户只需要选择曲线函数的参数，函数的形式是一定的，如下所示：用户需要给出三个参数：α、β、γ以定义曲线形状。各参数PERFORM均给出了取值范围及建议值，如无特殊情况，可以按下图中PERFORM的建议值取值，即α=2.0、β=1.1、γ=1.4。P-M-M塑性铰的其它参数：StrengthLoss/DeformationCapacities/CyclicDegradation，均只与BendingDeformation有关，如下所示：II)弯矩-曲率塑性铰模型(ConcreteCurvatureType)所需定义的参数与弯矩-转角模型基本相同，只不过所有转角由曲率代替，并且塑性铰需要指定TributaryLength。塑性铰长度同样可以按上面混凝土梁弯矩-曲率塑性铰模型计算公式取值。或近似取0.5倍截面高度。也可以参考中国规范《JTJ004-2005公路桥梁抗震设计规范（征求意见稿）》。6、弹塑性纤维剪力墙单元(InelasticShearWallElement)I)参数定义由于剪力墙单元面内为弹塑性，面外为弹性，而且剪切的定义需要通过剪切材料来实现，因此剪力墙单元为组合单元，需要指定CompoundComponent。在定义剪力墙单元前，需要先定义组成剪力墙的弹塑性混凝土纤维材料本构、弹塑性钢筋纤维材料本构，在此基础上定义剪力墙截面属性。材料本构的定义这里不再赘述。这里剪力墙的定义有两种方式：AutoSize(自动划分尺寸)和FixedSize(固定划分尺寸)。两种方式各有利弊：AutoSize只需要给出配筋率，程序根据配筋率计算钢筋面积As，然后将它平均分配到整个截面上。比如定义配筋率为5%，定义总的钢筋纤维数为3，那么程序将截面等分成三个矩形，然后将钢筋