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[下载pdf]：点击下载此文件：“百花齐放”的结构分析程序的介绍(1)

[DinoChen说]收到《建筑结构》杂志社熊编的邀请，在2013年开始在《建筑结构》的副刊上发表小文章，准备写一些关于结构软件，程序算法，原理与应用的小文章。附件为杂志正文的下载。同时，可以登录《建筑结构》的官方网下载：http://www.buildingstructure.com.cn/
该文发表于《建筑结构》副刊的第三期，建闻天下栏目。以下是这个栏目的介绍：

《建筑结构.技术通讯》之“建闻天下”栏目
《建筑结构.技术通讯》创刊于2005 年10 月，随《建筑结构》正刊一起打包发行，全年6 期，因关注设计交流受到读者关注。“建闻天下”是《建筑结构.技术通讯》于2012 年5 月推出的新栏目，目的是配合建筑结构微博，与行业热门网站、博客形成有效互动，吸引更多设计师的关注，也为读者提供更好的服务。文章既包括对结构设计中实践经验概括性的总结，也包括对职业发展的思考等。栏目作者多是网络上活跃的博主。“建闻天下”栏目的文章同时在三个媒介上发布——《建筑结构.技术通讯》、建筑结构杂志微博中的微刊、建筑结构官方网站。从目前的网络反馈来看，已经取得一定的影响力。


“百花齐放”的结构分析程序的介绍（一）
Dr. Dino Chen 陈学伟 博士

在结构分析领域，随着电脑技术的发展，越来越多的结构分析程序被应用于不同的结构分析范畴当中，可谓是“百花齐放”，甚至跨学科的产品也不断地出现。详细分析之，电脑技术（包括硬件技术，图象技术，有限元软件理论）在近年来对结构分析的影响非常大，例如：并行计算的出现，使得采用大型弹塑性分析程序ABAQUS对高层建筑结构进行弹塑性分析变成可能；三维模型建模技术的发展（RHINO），使更复杂的流线形结构能够被建模且进行分析等等。
国内刚开始计算机辅助结构设计的时候，被人广泛使用的程序有TBSA，PKPM的TAT、SATWE等，还有较早流入我国的通用有限元程序，如ANSYS、ALGOR等等。近几年出现“百花齐放”现象的主要原因是因为建筑结构设计规范对结构的分析提出了更高的要求，如推覆分析，弹塑性时程分析，消能减震结构的分析，风工程的计算，几何非线性分析等等。以笔者浅薄的经验，细分这一些软件的应用情况与性能：
(1).国内的传统结构分析程序：PKPM，GSCAD，清华TUS等等，
这些程序的计算内核基本上基于弹性理论开发（除了非线性分析模块如PKPM的EPDA），最大的优点就是与我国结构设计规范结合得较好，建模和输入参数的方式均与工程师的习惯相符，简化了很多操作步骤。其中PKPM的市场占有量是最大的，且PKPM将结构参数的输入集成在一个模块内，这是一个很好的想法，国外很多结构分析软件(基于中国规范的)很难做到一点，后来的MIDAS BUILDING也参考这个输入方法。第二个优点就是符合我国设计量大、时间紧任务急的需要，PKPM采用施工图与结构分析一体化的模式，在建模过程很多参数是为了后面的施工图而定的，因此，PKPM的前处理不仅是由结构的有限元来确定的，更多是由结构的施工图或者结构构件分类来确定的，如：在PKPM里面可以定义次梁，从有限元的角度看次梁与主梁均是梁单元，当然，除了次梁的铰接特点以外。由于国内项目长期使用PKPM，它的后处理数据文件（WMASS.OUT, WDISP.OUT, WZQ.OUT）也变成了审批的标准，如果采用PKPM进行建模分析的话，可以减小后面整理计算书的时间。
(2). 国外的结构分析程序：ETABS，SAP2000，MIDAS/GEN等等，这些程序具有以下优点：
具有稳定的计算内核：
程序的计算内核以结构有限元基本理论为主体，且经过多年的发展，具有一定稳定性。特别是CSI公司的SAP2000，在行业内具有一定的参照标准地位（Benchmark），且拥有一些自已特有的计算方法，如：FNA积分法，广泛用于边界非线性的结构分析当中。
基本上以弹性理论为基础：
目前除了SAP2000具有一定的弹塑性分析功能，其它程序的分析功能较弱，主要还是基于弹性理论处理大量结构分析问题。材料非线性分析在这些软件中是较难实现的，但是SAP2000，MIDAS/GEN，ETABS能处理很多边界非线性问题，如：粘滞阻尼器减震、橡胶支座隔震等。SAP2000与MIDAS/GEN能处理简单的几何非线性分析问题。对于较复杂的弹塑性分析问题，三者均会出现难收敛的情况，也就是说即使建立了完备的模型，也可能分析不出结果。MIDAS后期推出了MIDAS FEA（处理微观有限元弹塑性问题）及MIDAS BUILDING里面的弹塑性分析模块。SAP2000 V14以后增加了非线性剪力墙单元，慢慢地完善弹塑性分析的功能。
使用者需要具有结构模型及有限元的基本概念：
在PKPM里定义的是构件，构件再通过“生成有限元模型”的功能变成计算的单元。有别于PKPM，ETABS、SAP2000和MIDAS/GEN定义的就是单元或外部单元（外部单元定义了自动剖分功能，再将单元进行剖分，变成内部单元）。因此，在建模的过程中需要把握好结点、单元、划分及输出的关系，结构模型建模及参数设置的很多细节都是可控的。“可控”意味着电脑不会帮助你自动处理，你需要了解背后的相关知识后，自已定义，举个例子：
在PKPM中连梁的折减只需要定义连梁折减系数0.7即可，而在ETABS或SAP2000，对于每一个构件都可以折减，只需要点击菜单中的【ASSIGN】→【FRAME/LINE】→【FRAME PROPERTY MODIFIERS】，弹出修改截面参数调整的窗口，然后再将【MOMENT OF INERTIA ABOUT 3 AXIS】改为0.7，完成刚度的折减。甚至在PKPM无法定义的，如：梁构件截面数据输出站，PKPM默认且不能修改是9+2=11，在ETABS中只需要定义【ASSIGN OUTPUT STATION SPACING】就可以定义不同构件的输出站数量。
     
图1. 截面修改参数窗口          图2. 构件输出站修改窗口
 具有很好的导入、导出及结构文本编辑功能
文本导入导出功能深受这些程序的高端用户喜爱。如ETABS的E2K文本格式、MIDAS的MGT文本格式和SAP2000的S2K文本格式，这些文本格式可读性非常强，可以批量修改，也可以进行程序建模的二次开发。更重要的是，可以实现各个软件之间的转导与交互，笔者强调“大胆转换、小心修正”的原则，进行导换建模，节省时间且方便程序之间的对比。结构模型的建模均基于单元为单位，转换不存大的问题。笔者曾开发过较为少见的转换，从MIDAS/GEN至ETABS(非SAP2000)，详细介绍如下网址所示http://www.dinochen.com/article.asp?id=81。
 
图3 MIDAS/GEN 转成 ETABS
 基于三维建模体系
这些程序基本上基于三维建模，可以完成复杂的空间模型建模。ETABS虽然以层为竖向坐标单位，但是只要搞清楚层的概念，也能在ETABS上面建立复杂的三维模型。近年来，建筑、结构及机电行业越来越多地采用BIM技术及REVIT等软件，建筑、结构、机电模型一体化的发展趋势势不可档。REVIT与ETABS，SAP2000有较好的交互，可以实现三维模型的交互建模。对于复杂的空间结构，建筑师与结构工程师往往会采用RHINO的三维模型进行交互，那么带文本导入功能的SAP2000与MIDAS GEN理所当然地成为三维空间复杂建模软件的程序对接口。当然，传统的空间及平面CAD也能与这些程序接口，且为目前空间结构建模的主体。

在结构分析领域内基本上能分析大部分问题
结构设计中常用的分析有两种：静力分析及振型分解反应谱分析（结合模态分析）。而设计中较少涉及到的分析，这几个软件也及完成，如：简单的几何非线性分析及线性屈曲分析、简单的带塑性铰的结构弹塑性分析（SAP2000目前可以完成剪力墙弹塑性分析）和弹性时程分析等等。在满足了结构设计乃至于超限结构设计的大部分分析内容后，剩下的可能就是“弹塑性时程分析”了。那么在市场上、科研领域有哪些弹塑性分析程序，它们具有什么功能、有什么特别之处，笔者将在下一篇“建闻天下”里面介绍。

上述均为这些强大的结构分析程序所具备的优点，还有很多这类程序，如钢结构设计用得较多的STAAD等，就不一一列出了。这些程序的不足之处，就是与我国结构设计规范结合不紧，验算模块制作与PKPM有一定的差别，而且很多参数需要人为的修改。只有熟悉程序及规范验算细节的工程师，通过二次开发或计算文本操作，才可以实现结构的构件设计与辅助结构施工图绘制。笔者开发的ETABS TO ENGINEER（简称ETE）的主要功能就是根据ETABS计算结果进行配筋设计，如下图所示。
详情: http://www.dinochen.com/article.asp?id=62
 
图4 ETABS TO ENGINEER程序界面

ETP，程序与ETO程序不同，ETP是ETABS导成PERFORM-3D的程序，有图形界面，通过图形界面输入配筋等非线性参数以生成弹塑性模型，然后在PERFORM-3D里面完成弹塑性分析。

相关操作视屏与介绍(上传至youku)：
地址：http://v.youku.com/v_show/id_XNDkzMTY1NzA4.html
有兴趣，请联系我的邮箱：dinochen1983@qq.com

其操作过程与概念如下：


( 1)  打开ETABS模型，生成E2K与S2K文件。



(2)  打开ETP(etabs to perform-3d)程序，导入E2K与S2K文件，然后显示每一层的平面模型。



(3)  导入成功后，在ETP需要定义四种东西：材料定义，纤维划分原则，梁柱墙的配筋量，层间位移角测量位置
其中，最大工作量为梁柱墙的配筋量的输入，可以分若干人完成后合并，这样大大提高效率，如果是采用ETABS的梁配筋，可以直接导入，但是一般采用的是PKPM配筋。如果简化，可以通过截面配筋，也可以通过楼层配筋，还可以统一配筋等等，很多种方式录入配筋，



(4) 输入配筋并ETP程序检查配筋后无错后，可以生成PERFORM-3D模型。生成的PERFORM-3D模型包括全部信息如：
1) 节点、节点质量、节点荷载、节点刚性楼板
2) 线单元，并带有全部非线性属性、单元线性荷载
3) 构件定义，梁的塑性铰模型，梁纤维模型、柱纤维模型，剪力墙纤维模型，弹性截面参数
(注：程序内核有一维纤维梁截面的计算，可以计算出梁的塑性铰参数，往后可以做柱子的，柱子相对复杂)
4) 材料参数定义，全部混凝土材料及钢材料，钢筋材料
5) 柱，剪力墙纤维应变监测，梁的塑性铰曲率监测，剪力墙的剪应力监测
6) 层间位移角，两个主方向的层间位移角监测
7) 楼层力积分， 可以得出楼层力与楼层弯矩
也就是ETP完成了大部分PERFORM-3D的建模工作。


(5) 生成PERFORM-3D的模型及柱纤维截面的定义窗口如下图所示。

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更新时间：2012年12月21日，编辑助手：林哲

1) 问题描述：
如下图所示，两栋相邻的框架结构（均无楼板），在一定的水平推力作用下，左边的框架发生水平位移。当左框架在图中圈示处的水平位移大于两框架之间的缝隙时，两框架就会发生接触，继而两框架共同抵抗水平推力。本例主要介绍一种缝连接单元，用于模拟两框架间的相互作用。框架梁、柱的截面尺寸分别为200×500、200×200。

知识点回顾：

（1） OPENSEES中，连接单元(TRUSS)的应用；
（2） OPENSEES中，缝（勾）材料的定义及应用；
（3） OPENSEES中，简单接触碰撞的模拟。

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更新时间：2012年12月18日，编辑助手：林哲

1) 问题描述：
如下图所示，一矩形截面混凝土柱与基础相连，在重力荷载和一定的水平推力作用下，基础将对地基产生局部压力。可采用单压连接单元模拟地基和基础的相互作用。柱截面尺寸为400×600，基础厚度为300 mm，长度为2000 mm，宽度为1000 mm。

知识点回顾：
（1） OPENSEES中，采用TRUSS单元模拟连接单元
（2） OPENSEES中，采用ENT模型模拟地基对基础的作用
（3） OPENSEES单压材料的介绍与应用

 在这里，感谢一下硕士生林哲同学，帮助实例的编写工作！

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更新时间：2012年12月15日，编辑助手：林哲

1) 问题描述：
线性屈曲分析用于研究弹性结构在特定荷载下的稳定性及确定结构失稳的临界荷载。注意，钢结构材料为弹性，分析出现的非线性行为是由几何非线性引起的，因此成为屈曲行为。本例是一个钢结构网壳屈曲分析的实例，理论分析中，网壳易出现跃式屈曲行为，此算例为经典算例。如图所示，所有杆件截面均为H200×200×12×12，在结构顶点施加恒定的竖向荷载1000 N，此荷载为荷载模式，分析主要采用位移控制加载，研究杆件的稳定性。




知识点回顾：
（1） 采用OPENSEES进行几何非线性分析；
（2） 采用ETABS帮助OPENSEES进行空间结构建模；
（3） 采用Lagrange自由度约束处理方法。

实例08_钢结构低周往复分析

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更新时间：2012年12月13日，编辑助手：林哲

1) 问题描述：
本例是一个带支撑钢框架结构低周往复分析的实例，与前面算例Push-Over不同，在对结构施加恒定的竖向荷载后，施加一定的侧向力模式，实现基于位移控制的低周往复加载，使结构发生弹塑性行为的分析过程。实例为两层带支撑的钢框架结构，框架及支撑截面如下图所示，无楼板，所有梁柱截面均为H300×400×25×25，支撑截面为H200×200×20×12。



知识点回顾：
（1） OPENSEES中钢结构纤维截面定义；
（2） OPENSEES中采用基于刚度法的纤维单元
（3） OPENSEES中P-Delta效应对分析结果的影响
（4） OPENSEES实现低周往复分析

实例7 框架结构弹性时程分析

ETO程序(2012年12月08日版本)已更新，大家注意下载
http://www.dinochen.com/article.asp?id=149

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更新时间：2012年12月8日
1) 问题描述：
本算例采用6层的框架结构，结构主要尺寸与截面如下图所示。恒载为3.5kN/m2，活载为2.0kN/m2，混凝土楼板厚度为120mm，柱构件为C400x400，配筋率为1.2%，梁构件为B200x400,顶筋与底筋配筋率为0.6%。不采用刚度楼板假定，地震波采用单向地震，在实例目录下，GM1X为（X方向）主向地震波，钢筋采用HRB400 ,混凝土采用C35，所有材料强度均采用标准值。地震波最大峰值加速度为50gal(小震，规范为35gal)、100gal(中震)、220gal(大震)，通过不断加大结构地震烈度，看结构的响应。混凝土本构采用Concrete02，考虑受拉段。注：1gal = 1 cm/s2

注意：本算例增加的新知识点，包括在恒载的基础上施加地震波时程，混凝土本构采用Concrete02，考虑受拉段的模型，上述章节所用到的增加质量源与整体阻尼的知识也会用到，对比不同烈度的地震作用后的结构响应，即对比结构处于弹性状态与弹塑性状态的区别


7) 知识点回顾：
（1） OPENSEES中不断放大地震波峰值的修改
（2） OPENSEES中材料CONCRETE02的输入
（3） OPENSEES中混合重力加载与时程分析的工况输入
（4） OPENSEES如何查看不同地震作用下的弹塑性响应及对比
（5） 通过简单的EXCEL表格，计算基底剪力。

最近在整理笔记本电脑的资料，终于找到6月份的关于PERFORM-3D的沙龙的内容了，现在放在网上给大家下载PPT，主要讲的是PERFORM-3D塑性铰模型在高层建筑结构分析中的应用及如何简化计算塑性铰。以下是活动的介绍，我的PPT下载及截图，呵呵。

[下载]  PERFORM-3D应用技术_dinochen主讲内容PPT
[相关] 采用开源程序opensees计算混凝土截面的PMM塑性铰_二次开发
[相关] PERFORM-3D资料合集！！



Perform-3D应用技术沙龙

近年来，越来越多的工程项目需要进行抗震相关的弹塑性分析，Perform-3D已成为认可度和接受度较高的高端分析软件之一。其高效的结构非线性分析能力、丰富的结构性能指标、完整的结构性能评估体系，为工程师深入、全面的控制结构性能提供了强大、有效的工具。

为进一步发挥Perform-3D在工程应用中的优势作用，探讨并提升Perform-3D的工程应用水平，应广大Perform-3D用户的需求，北京金土木软件技术有限公司定于2012年6月17日在深圳举办“Perform-3D应用技术沙龙”活动。届时，我们将邀请Perform-3D的重要用户与我们的技术工程师一起就Perform-3D的应用技术热点问题进行探讨。本次活动将穿插“主题发言”与“自由讨论”，探讨主题包括：剪力墙肢和连梁的抗剪破坏模拟；不同梁柱塑性铰模型对分析结果的影响；结构整体性能指标的选择和极限状态的定义，如何与规范中结构的相关性能要求相结合等内容。

活动时间：2012年6月17日 下午14:00～17:00 （13:30入场）：
活动地点：深圳市华强广场酒店 紫荆厅

 

为方便回复一些重复的问题，我将一些网友发给我的问题做一些回复，意见可供参考。

[cheng089413@***.com] 2012年11月27日
尊敬的陈博士：
您好
打扰您的休息了。十分感谢您的回复，ETO已经可以使用了。
想请教您一个问题。
ETABS和SAP2000同作为CSI开发的软件，其计算结果与opensees有何不同和侧重呢？
您有相关的论文研究这方面的内容吗？
您博客中后续的opensees实例（实例7到16）还会更新吗？十分需要这些例子的指导，如果有，可否发给我一份。
回复：
（1）ETO程序免费共享，如果已发送机器码均会收到电子邮件，如果超过1个月没有收到，可以再发邮件给我。
（2）ETABS是用于高层结构分析设计，SAP2000一般通用结构没有层的限制，而OPENSEES属于科研软件，还正在发展当中，而且是开源，免费，有利于二次开发。ETABS与SAP2000是商业软件，有工程应用功能，但是对于弹塑性分析功能较弱，SAP2000的弹塑性正在发展当中。我的一部分论文均与OPENSEES有关，可以下载来看。
（3）OPENSEES的公开教程往后的算例，还在整理当中，有时间整理后我一定会会放上网的，请放心。

[xin_lianyu@**.com] 2012年11月14日
陈博士 你好 有个问题想请教你
在计算偏心受压构件正截面抗压承载力的时候，如果按照中国的混凝土规范绘制轴力-弯矩曲线，承载力公式中的fcd为混凝土轴心抗压强度设计值，比如C40混凝土设计值为18.4MP。现在我用ucfyer计算P-M曲线，在输入混凝土参数时，只是输入的混凝土名义强度，而没有出现输入诸如中国规范标准值，设计值的地方。我不了解它的内核，不知道它是怎么考虑，ucfyber计算出来的值是不是偏于不安全？
    我自己不会编程 我在网上找了一个别人做的P-M曲线 http://www.baisi.net/thread-1202262-1-1.html
我用ucfaber验证，应该是输入轴压标准值Fcd  这样算出来的结果 轴力可以和网上的程序对应 但是弯矩差了一些 理论上截面 配筋一定 轴力应该唯一对应一个弯矩 应该ucfaber 中 轴力和弯矩的对应公式和中国规范有出入
 希望你有时间的时候，给予指导。
回复：
（1）据我所了解，ucfyber写的就固定的混凝土本构，本构的表达式与中国规范不同，那么，如果你要用中国规范的公式进行M-fai曲线或PMM曲面的计算，我建议你可以采用XTRACT程序，因为XTRACT程序可以自定义本构曲线的形状，你只需要将中国规范的曲线通过EXCEL编辑后输入到XTRACT就可以进行分析了。不需要编程。
（2）即使需要编程，做M-FAI曲线或PMM曲面，可以这么说，用EXCEL都可以编出来，以后有机会，我再详细介绍其方法。

[154430994@**.com] 2012年11月14日
陈博士：
      你好，最近我在学PERFORM-3D，遇到几个问题，想请教下。
      1、我用您的小软件把模型从ETABS中导入PERFORM-3D中，我想问下，导进P-3D中有没有包含板上的面荷载（荷载1.5KN/M2，活荷载2.0KN/M2)？
      2、导进去有没有包含梁上的线荷载？
      3、还有就是nodeload用不用导？怎么导进去没有反应?
回复：
（1）通过文本导入到PERFORM-3D只提供了节点荷载，其实这部分节点荷载，往往反映的是柱与墙的自重和楼板直接传给柱与墙的荷载，不包括经过梁传给柱墙的荷载。那么大部分的重力荷载应该是梁的线性分布荷载，均布，梯形，三角形等。这些荷载PERFORM-3D不提供文本导入，这部分可以通过SAP2000的导入，或二进制改代码导入，过程非常复杂，如果往PERFORM-3D输入是一个很大的工作量。
（2）如果楼板不参与刚度贡献的这种假定，楼板可以不用建模进去，荷载直接输到梁上，三角形，梯形。如果采用ETABS导入SAP2000，你就能看到这种荷载的转化过程，注意往往这些荷载，少了构件的自重。

[liangrenjie@**.com] 2012年11月07日
陈博士，您好：
    我是东南大学的博士生，一直关注您的博客和研究动态，您在网上发布的资料对我很有帮助，向您表示感谢。发邮件是有一个问题想请您帮忙，我看过您发表的关于参加2007年在日本E-Defence上完成的一个四层钢框架的数值模拟比赛的论文，现在我也想分析这个结构，但我在他们的网上没有找到试验用的地震波和试验结果，不知您有没有保存，有的话能否发我一份，谢谢。
回复：
（1）这部分珍贵的BLIND ANALYSIS CONTEST的资料，我一定会在近期整理成共享资源，放在我的博客上与大家共享，请放心，让广大需要的人可以下载，不需要每个都发EMAIL。这些资料我需要整理得好一点。

[867158606@**.com] 2012年11月03日
陈博士：
     你好！好久没有和你联系了。我这学期也就开题，因为还是比较喜欢有限元软件的这一方面的，所以决定做和我导师研究的方向相关的一个比较有专业特色的有限元分析软件的开发。不知道是否可行，但我还是准备试一试。我现在决定使用MFC的框架和OpenInventor的图形库进行软件的开发。我参考了科学出版社出版的吴晓涵编的《面向对象结构分析程序设计》一书。准备采用面向对象的方法来开发软件。首先遇到的问题就是，几何模型和有限元模型的数据文件的组织形式。不知道您是否有什么好的建议，要是能推荐些资料也可以。谢谢！
回复：
（1）基于c++的整个软件的开发，我不太熟，我只会一部分内容，但是基于面向对象的结构分析小程序，我开发了不少，对于整个概念清楚与程序的书写得好的，我推荐两本，一本比较难找，你得找一下，中国建材工业出版社的《工程结构电算与OPP编程》谭也平，另外一本是老外写的，翻译的，是《工程中的有限元方法》清华大学出版社。
（2）编写中小形的有限元分析程序，分两个部分写，一个是纯计算模块，读写都是用文本作为输入输出，无界面。另一部分就是前后处理程序，用来生成模型，网格，后处理就是生成应力图，内力图，内力数据，变形等。
（3）对于研究性的程序，采用文本就可以了，你可以自已定义格式，用逗号隔开，就简单元。数据文件，基于对象，就写成对象或者类就可以了，不需要太复杂，计算模块就没有什么格式了，主要就是一些矩阵的定义了。
（4）图形界面，你可以用人家开发好的图形模块，进行二次开发，也可以自已做，用OPENGL就可以了。AUTOCAD也是个很好的选取。

论文简介：这里一篇关于OPENSEES的外部二次开发的体验论文，采用OPENSEES作为求解器，通过编程实现对程序的控制，包括如下一些技术，如控制OPENSEES，检测生成的数据，传送数据，外部分析（力学分析），传入数据给OPENSEES，接力分析等。
充分证明，采用TCL做的OPENSEES，对于外部二次开发，很有利。这是一篇发表于计算力学学报的文章，对做工程研究偏多的我，发表于这样的期刊是比较少见的，BY THE WAY,这个计算力学学报的审稿周期真的有点长。
点击下载：基于网络的结构协同弹塑性分析方法的研究

【英文篇名】	Study on internet-based collaborative structure inelastic analysis
【中文篇名】	基于网络的结构协同弹塑性分析方法的研究
【作者】	陈学伟； 韩小雷； 王响
【英文作者】	CHEN Xue-wei1,2,HAN Xiao-lei1,2,Wang Xiang1(1.Tall Building Structure Research Institute,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China; 2.State Key Laboratory of Subtropical Architecture Science,South China University of Technology,Guangzhou 510640,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】	计算力学学报
【中文关键词】	结构协同分析； 联网计算； 非线性有限元； 静力弹塑性分析； 框架剪力墙结构；
【英文关键词】	collaborative structure analysis； network calculation； nonlinear finite element； static elastic-plastic analysis； frame-shear wall structure；
【摘要】	研究了基于网络的结构协同分析方法,包括总刚度矩阵形成、迭代计算方案、程序调控及通讯方案的研究。通过面向对象语言编制基于Internet的结构协同分析软件CSAS。该软件由主机结构计算程序、主机通讯程序、子机控制程序和子机通讯程序四个部分程序组成,通过联网通讯实现程序间实时信息传递。本文以4层框架剪力墙结构与60层框架剪力墙结构进行静力弹塑性分析为例,划分多个子结构,采用CSAS控制多部计算机联网协同计算,并与结构整体分析的结果进行对比,分析结果对比验证了基于网络的结构协同弹塑性分析方法的有效性。 更多还原
【英文摘要】	This paper presents Internet-based collaborative structure analysis,including the research of assembling global stiffness,nonlinear iterative method,program control and communication methods.An Internet-based collaborative structure program CSAS has been developed with object-oriented program language,which is composed of host structure analysis program,host communication program,sub-computer control program and sub-computer communication program.Real-time information transmission between the pr
【DOI】	CNKI:SUN:JCJG.0.2011-04-018
【更新日期】	2012-09-10
【分类号】	TU352.11

 

[记事]在同济大学举行“弹塑性分析方法的应用介绍”交流会
在2012年的4月25日晚上，在同济大学的土木大楼B504举办了一个小型的交流会”弹塑性分析方法的应用介绍“。
事由是4月25日这个星期，我都在出差，跑去北京上海了，去了北京，由于开会太忙了，只见了北京的几个朋友，交流了一下结构行业内的东西，谢谢魏亮亮总送我几本书。去了上海主要是去上海办公室交流交流。我的行程是香港----北京----上海---回去。那么在上海就有了一个空档了，就是4月25号晚上，从香港出发时，还没有想过去搞个交流会的。后来由于王博士的建议，于是搞了一个小型的交流会，很多在上海的朋友也来不及通知了。真是抱歉。同济的同学很热心，很多参加了交流会。
交流会的主要内容，太多了，我就上传2个PPT，一个是我在19届工程力学会议的PPT，一个是我使用OPENSEES，PERFORM-3D还有自开发的MESAP做过的一些工程，研究，开发及一些有趣的事。

下载讲课PPT：

［我的讲义：opensees\Perform3D\Mesap详细介绍（1）］
［我的讲义：opensees\Perform3D\Mesap详细介绍（2）］



以上是我本人讲PPT的照片，最近一年来肥了许多，缺少运动。
这次交流会，很多篇幅就是用在三个软件上，OPENSEES，PERFORM-3D，MESAP
OPENSEES，这个软件不错，鼓动越来越多的研究生去使用它，我用它做了很多的论文，足以证明其威力，（帮美国人做了一次广告）
做过以下几类研究：
单元研究，MVLEM单元分析剪力墙
算法研究，基于网络的弹塑性协同工作计算（计算力学学报）
工程应用，用于中洲大门的几何非线性分析
工具开发，利用OPENSEES做出截面PMM分析程序
前处理开发，开发出ETO，方便结构的建模
后处理开发，用于钢结构弹塑性分析的预测性比赛（第3名）。。。。。。

Perform-3D，适用于工程分析或研究，我也做过相关的开发，这个软件与OPENSEES是同宗的，很有潜力。我也在不断学习中
Mesap，就是国产的OPENSEES了，小型的，精干的，还有，我自行开发的，已经用于博士论文，大家可以查阅我的博士论文，已经可以下载，这三个软件的介绍我都在会上介绍了。

有人说OPENSEES建模烦，我开发了ETO，供大家下载，最近已发出所有的KEY，如果有没有收到的，请再发送EMAIL。
谢谢大家继续支持DINOCHEN.COM，！！！

博士论文的主要章节如下：
第一章  绪论 
第二章  宏观单元理论研究及结构弹塑性分析平台 MESAP的开发 
第三章  剪力墙宏观单元理论与单元开发 
第四章  修正斜压场单元理论与单元开发 
第五章  剪力墙构件低周往复试验及数值分析 
第六章  受弯控制的剪力墙构件变形性能指标研究 
第七章  受剪控制的剪力墙构件变形性能指标研究 
第八章  连梁构件变形性能指标研究 
第九章  基于性能的剪力墙结构抗震设计方法的研究 
第十章  剪力墙结构性能设计方法的算例及工程应用 
结论与展望

论文下载地址：[dino博士论文]剪力墙结构构件变形指标的研究及计算平台开发
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实例6 框架结构弹性时程分析
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1) 问题描述：
本例仍采用实例4（实例5）的框架结构，为了方便对比，改采用弹性截面，主要进行弹性时程分析，材料为弹性，时程分析即动力分析。结构荷载情况与实例4相同（侧向力荷载不需要施加，实际侧向力为地面加速度）。计算结构在地震作用下的响应（主要提取位移结果）。（重力荷载代表值组合为1.0×DEAD+0.5×LIVE）。
注意：上述实例讲到了质量矩阵（质量源）的定义，刚度矩阵通过结构几何与材料属性得到，那么接下来只需要定义了结构阻尼，就可以进行结构动力分析，即时程分析。




7) 知识点回顾：
（1） ETABS中地震波数据的输入
（2） ETABS中弹性时程分析的设置
（3） OPENSEES中瑞利阻尼的计算及设置
（4） OPENSEES中地震波的输入
（5） OPENSEES中弹性时程分析工况的输入

实例5  框架结构模态分析
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1)    问题描述：
本例仍采用实例4的框架结构，为了方便对比，改采用弹性截面。结构荷载情况与实例4相同（侧向力荷载不需要施加）。计算其各振型周期与模态。（重力荷载代表值组合为1.0×DEAD+0.5×LIVE）。
 

注意：本题主要介绍振型（模态）计算在OPENSEES的实现过程，模态分析对于结构动力分析中非常重要，往后章节的动力弹性分析，动力弹塑性分析（又称弹塑性时程分析），振型分解反应谱分析等都有着重要意义。模态分析也是检查模型是否建模正确的指标之一。


（1）    ETABS中质量源的定义及振型的输出
（2）    OPENSEES中质量源（结点质量）的定义
（3）    OPENSEES中振型的记录（Recorder）设置
（4）    OPENSEES中振型分析设置及命令流
（5）    ETO程序的振型形状图形后处理实现

实例4  框架结构推覆分析
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1)    问题描述：
本例是一个典型的高层结构静力弹塑性分析的实例，也称为Push-Over实例，即结构施加恒定的重力荷载后，施加一定分布模式（如倒三角形模式）的侧向 力，实现位移控制加载，使结构达到目标位移的分析过程。实体为四层混凝土框架结构，梁柱截面如下图所示，梁截面为B300×600、B300×500，柱 截面为C400×400、C400×600。混凝土本构及钢筋本构如下图所示。混凝土楼板厚度均为120mm，附加恒荷载DEAD为1.5kN/m2，活 载LIVE为2.0kN/m2，重力荷载代表值组合为1.0×DEAD+0.5×LIVE。求Push-Over曲线的全过程。
 
注意：本题采用弹塑性材料，进行弹塑性分析。介绍纤维单元的建模方法。



6)    知识点回顾：
（1）    框架结构在OPENSEES中的建模方法
（2）    基于楼板传荷的力学假定，将楼板的面荷载简化为梁的均布荷载；
（3）    OPENSEES及ETO程序中柱纤维截面的定义；
（4）    截面抗扭与抗剪弹性本构的计算；
（5）    OPENSEES截面组装（Section Aggregator）命令流的介绍；
（6）    OPENSEES中构件P-Delta的命令流介绍；
（7）    OPENSEES中Push-over推覆分析的命令流设置；
（8）    保持荷载稳定的loadConst命令流的介绍。

[拜年]2012年龙年大吉！！

祝广大的关注dinochen.com的网友们，新春大吉，龙年大吉，万事如意，研究生们顺顺利利毕业！去年的这个时侯，我已经走上工作岗位了，转眼间已经工作了一年，祝工作的朋友工作顺利，龙年大赚。每年这个时候网站就要续年费了，感谢对网站捐助的朋友。如下所示。http://www.dinochen.com/article.asp?id=153

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实例3  简支梁弹塑性分析
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1)    问题描述：
本例是第一个弹塑性分析的例子，OpenSEES的其中一个强项就是采用宏观单元对结构进行弹塑性分析。简支梁结构模型如下图所示，简支梁长度为3000mm，划分成6段。截面为矩形混凝土截面，截面与配筋如下图所示，混凝土与钢材的材料本构如下图所示。求解在均布荷载作用下，采用位移控制，查看结构的整个位移-荷载曲线。
 
注意：本题采用弹塑性材料，进行弹塑性分析。介绍纤维单元的建模方法。

7)    知识点回顾：
（1）    ETABS施加均布荷载选择局部坐标轴输入；
（2）    非线性梁柱单元（基于柔度法的纤维单元）的OPENSEES命令流；
（3）    非线性材料Steel01与Concrete01的OPENSEES命令流；
（4）    OPENSEES记录纤维单元截面变形的定义；
（5）    OPENSEES均布荷载的定义方法；
（6）    位移控制加载分析方法的OPENSEES命令流；
（7）    查看结构弹塑性分析结果（力-位移曲线）及截面变形查看。

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OpenSEES实例02_多层框架结构静力分析

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1)    问题描述：
    本例是一个四层的框架结构（梁柱结构）受风荷载（楼层荷载）的作用的静力分析，如图所示。本例主要演示OPENSEES弹性梁柱单元的建模与分析过程。结构模型尺寸如图所示。梁截面为200x600及400x600。柱截面为400x400和600x600，梁柱均采用C40。风荷载信息：B类场地，基本风压为0.50kN/m2，风荷载为Y方向。附加恒载为1.5kN/m2，活载为2.0kN/m2，楼板厚度为100mm。求风荷载作用下，结构的变形。


注意：本题仍然采用弹性材料，即弹性分析。介绍框架单元（梁柱单元）的建模方法。

 知识点回顾：
（1）    ETABS自动风荷载计算介绍
（2）    弹性框架单元的定义及弹性截面参数的计算；
（3）    刚性隔板的定义方法及刚心节点的约束处理；
（4）    梁柱单元的局部坐标轴的定义方法与解释
（5）    了解拉格朗日处理约束方法与刚性隔板定义的关系