快速实现双力学模型弹塑性分析的一种方法

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1、广东建材2013年第6期工程试验与研究速实现双力学模型弹塑性分析的一种方法周婧郭达文李想(广东省建筑设计研究院)摘要：本文介绍了我国超高层建筑发展概况，通过分析国内外各种常用弹塑性分析软件的优缺点，采用GNASAP和PERFORM3D软件总结了一种快速实现双力学模型弹塑性分析的一种方法，详细介绍其实现的过程、需注意的地方以及应用范围，最后通过对一实际工程建立双力学模型进行弹塑性分析，互相校核了计算结果。关键字：双力学模型；弹塑性分析方法；GSNAP；PERFORM3D1引言截至2012年，我国已建成的高度超过250m的高层建筑

2、接近60栋，预计未来5年是我国超高层建筑发展繁荣时期。随着计算方法日趋发展和工程经验不断积累，弹塑性分析手段在这些超高层建筑结构分析中已经不可或缺[“。《高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3—2010}第5．1．12条“体型复杂、结构布置复杂以及B级高度的高层建筑结构，应采用至少两个不同力学模型的结构分析软件进行整体计算”[2]。第5．1．13条“抗震设计时，B级高度的高层建筑结构、混合结构和本规程第10章规定的复杂高层建筑结构，宜采用弹塑性静力或弹塑性动力分析方法补充计算”[31。可见国家相关规范对复杂结构分析计算作了较高要求

3、，即应(宜)采用弹塑性分析方法，且采用两个不同的力学模型进行结构分析软件进行整体计算。实际上，这种做法有助于我们对复杂力学问题作出更全面的判断。2弹塑性分析软件介绍及选用目前具有代表性的通用有限元软件有ABAQUS(国外)，ANSYS(国外)，MSC(国外)，ADINA(国外)等，专用结构分析有限元软件有GSNAP(国内)、Nosacad(国内)、PMSAP(国内)、perform3D(国外)、SAP2000(国外)、MIDAS(国外)等。通用有限元软件能模拟复杂精细力学问题，常用于局部建筑结构分析，如节点分析；用于大型的建筑

4、结构弹塑性分析一般需要进行二次开发本构模型以及开发必要的前后处理软件，开发成本较大。专用结构分析软件一般有较完善的前后处理功能，国内弹塑性分析软件操作简单，能很好地与国内规范结合，而且建模简便，计算速度快，通常可以直接从本身系列软件的弹性模型中直接读入，大大方便工程人员应用，如GSNAP、PMSAP等；perform3D是专用弹塑性软件中的杰出代表，它包含非常单元库，如梁、柱、支撑、开洞剪力墙、楼板、粘滞阻尼器和隔振器等；提供基于材料、截面、构件三种层次的有限元模拟，计算速度快，收敛性好，基于性能化设计的后处理能力，但也因其前

5、处理建模过程繁琐，未能在工程界广泛使用。本文拟结合国内外弹塑性分析软件的优点，探求快速建立双力学模型的弹塑性分析方法，以供广大工程人员参考。通过若干比较，本文拟选用GSNAP(GSCADV17．0)与perform3D(PERFORM3DV5．0．0)快速建立双力学模型。主要理由是GSNAP与国内广泛应用的广厦建筑结构CAD相接，接力弹性分析GSSAP，完成了弹塑性分析和结果显示整个过程；而perform3D的结构非线性分析能力已被世界各国广泛接受；加上，GSNAP所依附的广厦建筑结构CAD具有较多数据接口，这为GSNAP弹性

6、模型转perform弹性模型提供便捷的条件。3GSNAP、PERFORM3D应用范围GSNAP、PERFORM3D均可以进行静力弹塑性分析和动力弹塑性分析[4][5]，模型中可以设置的单元见表1。GSNAP是通过基于材料的非线性本构关系来表现结构整体的弹塑性能力的，而PERFORM3D包含了基于材料的非线性本构关系和基于构件的力变形关系(弯矩曲率关系)等来表现结构弹塑性能力。PERFORM3D目前提供用户的单元更为丰富，可以模49——工程试验与研究广东建材2013年第6期表1C-SNAP、PERFORM3D簟元种类单元序号GS

7、NAPPERFORM3D1梁单元(不考虑剪切变形)杆单元2柱单元(不考虑剪切变形)梁单元3剪力墙单元柱单元4板壳单元斜撑单元5阻尼器单元剪力墙单元6缝隙单元通用墙单元7勾单元板单元8塑性单元板连接单元9隔震器单元BRB单元10摩擦摆隔震器单元粘性杆单元11隔震单元12壳单元13弹簧单元14变形测量单元拟结构分析范畴更广，不过需要用户具备较为扎实的弹塑性知识，具体单元应用可参阅用户手册。GSNAP程序已有较多参数预设好，应用起来相对方便简易。4建模步骤及分析实例具体流程图如图1：lrlCAO毫盘粤性校基lIlGssAP迸行蛾弹性

8、分杆及E蘑卜_广ICAD生赶TABS模型豉捌l黜敞一llGsNAP进行非谯蛙分析lETABS生lSAP2k摸基数摄lSAP2k生■berform3D髓I●CSS^p●t毫■，beffoem．协ltte-IBm8Derform3d遵行非线性分辑恒载代换。(2)结构整体计算模型的