Perform_3D二层框架小例子

PERFORM-3D二层框架简单实例教程引言�为了帮助用户快速掌握PERFORM-3D建模的基本内容�本节内容为一个简单框架的建模过程�由于例子目的在于使用户快速掌握建模方法�参数设置仅供参考�不可盲目照搬用于工程实例�。1.模型概况两跨、两榀、两层混凝土框架�层高、跨度均为4m�梁柱截面尺寸配筋等信息会在之后相应的定义步骤中说明�。2.新建文件打开PERFORM-3D�点击第一项�startanewstructure�如图1图1开始页面3.输入文件整体描述�如图2图2文件整体描述其中�structurename中输入结构名�最好是英文�否则可能不能进行分析运算。一定要注意单位制的选择�本例为KN、m。结构描述一栏最好不要空着�而且也要用英文输入�否则运算时会出错�本例简单描述为�twostories4m。其他选项可使用软件默认的选项。4.建模阶段节点任务Modelingphase�Nodes�1�定义节点�Nodes�本例由于结构简单�节点的输入采用阵列方法。选择Grid�定义阵列方向、起始点坐标、跨数、跨度等�参数如图3所示。图3节点的阵列定义点击OK�效果如图4。在任一节点处�右键单击�可显示此节点坐标�以便检查位置是否正确。图4节点定义后的效果复制这6个节点�复制两次�如图5。图5节点复制�2�定义节点约束�选择supports�本例中底层6个节点均为固定�即定义6个自由度均受约束。选中底层6个节点�定义所有自由度为fixed。如图6。定以后效果如图7。图6定义节点约束图7定义后效果�3�定义质量�选择Masses�将每层简化为质点�即将每层的质量集中到每层的重心位置�用于地震分析。这里暂时不定义�后面再定义。�4�定义楼板�选择Slaving�对于楼板的模拟可以选择刚性隔板�也可以用实际的壳单元�shell�来模拟。本例选用刚性隔板�Slaving�来模拟。新建一个slaving�名为f1�选择第一个选项�即各节点有相同的H1、H2方向的位移即绕V轴的转角�如图8。选择二层6个节点�如图9。图8新建刚性隔板图9选择刚性隔板节点添加后显示的效果如图10。图10添加刚性楼板后的效果用同样的方法新建二层顶部的刚性隔板�命名为f2�定以后效果如图11。至此节点任务定义完毕。图11添加f2的效果5.构件性质任务ComponentProperties首先详细介绍梁柱的截面尺寸配筋等信息。梁柱混凝土等级均为C30�纵筋为HRB335�箍筋为HPB235。其中�梁截面为0.3×0.25�保护层厚度为0.02�注意单位均为m�因为在图2中选择的单位制为m�。对称配筋�上下各3跟。纵筋直径均为18mm。箍筋直径为8mm�间距0.1m�单肢�柱截面0.4×0.6�对称配筋�上下各7跟。纵筋直径均为18mm。箍筋直径为8mm�间距0.1m�双肢。�1�定义材料�Materials�本例中有3种材料�C30�HRB335�HPB235。使用纤维模型的时候需要定义每条纤维所对应的材料。本例不使用纤维模型�可以直接定义梁柱截面�所以不需要定义材料。�2�定义截面�Crosssections�首先新建梁截面�点击crosssection标签�在type中选择梁钢筋混凝土截面�新建名为beam的截面�点击Dimensionandstiffness�参数设置如图12�输入截面尺寸后�点击计算�程序自动计算惯性矩等�。图12截面尺寸等基本信息定义然后定义截面的非弹性性质。点击InelasticStrength标签�输入屈服点的弯矩。这个弯矩可以通过XTRACT、USC-RC等截面设计软件计算得到。下面简单介绍XTRACT的使用方法。打开XTRACT�新建截面�命名为beam�如图13图13XTRACT新建梁截面点击forward�选择单位制�截面名称等等�如图14。然后点击BeginXTRACT按照梁截面配筋等信息输入�这个比较简单�不详细说明。如图15、16。图15选择截面形状�定义箍筋图16定义截面配筋点击Next�下面定义材料。首先是保护层约束混凝土�为非约束混凝土�命名为UnconC30�点击AddNew�出现截面如图17。相关参数的定义可按规范及混凝土本构关系来输入�如图17。图17定义保护层非约束混凝土本构关系点击Apply�会提示28天抗压强度过大。这个是软件自身的bug�此时只需将此页面右下角单位制换位kip-in�然后再次点击应用就可以了如图18。图18更改单位制的本构关系定义核心区约束混凝土的本构。点击Edit�如图19。图19核心区约束混凝土定义约束混凝土强度�点击第一个红色的等号�相关参数由截面配筋等信息计算得来�如图20。点击图20中左下方的红色等号�可得到约束混凝土的强度�如图20。图20计算约束混凝土强度定义约束混凝土压坏时的应变�如图21。图21混凝土压坏时的应变点击apply�得到的约束混凝土本构关系如图22。图22核心区约束混凝土本构关系定义纵筋性质�在LongitudinalSteel处点击Addnew�定义相关参数如图。这个和之前的步骤类似�就是按照规范的要求�将钢筋的本构关系用几个关键点来拟合。如图23。图23钢筋�纵筋�本构关系定义图24创建的梁截面之后点击next�绘制截面�显示效果如图24。点击上方菜单Loading�MomentCurvature�生成弯矩-曲率关系。参数设置如图25。图25弯矩-曲率关系参数设置设置之后�点击cancel关闭窗口�在上方菜单栏处点击Process�runanalysis�即可生成弯矩-曲率关系。如图26。图26弯矩-曲率关系点击Process�showdata�在左边模型树中点击abc�即刚才定义的荷载名称��双击AnalysisReport即可显示加载详情。如图27。图27加载详情下面回到PERFORM-3D的InelasticStrength标签页。在BendingatUpoint处选择Yes选项�输入U点�弯矩-曲率曲线的屈服拐点�的正弯矩值�58.98�由刚才的分析结果得到��如图28、29。再点击check�save�这样梁截面的性质就定义完毕了。图28屈服点弯矩图29PERFORM-3D中的定义接下来定义柱的截面性质。新建截面的方法与梁类似�不再重复。如图30。图30柱子截面定义�Stiffness�Dimension�下面定义柱截面的非弹性性质。柱子比梁要复杂�因为柱子中存在P-M效应�我们还要定义P-M效应的屈服面。首先在XTRACT中建立柱子截面�这个与梁相同�不再重复叙述。唯一不同之处是加载过程选择P-M项�之后运行分析得到的P-M曲线如图31。图31柱子的P-M曲线�注意加载方向�2轴对应y轴�3轴对应x轴�下面回到PERFORM-3D中定义柱子的非弹性性质。定义参数可以从P-M曲线的分析结果报告中得到�这个与梁的操作过程相同。如图32。图32柱子P-M曲线的定义�3�定义非弹性段�Inealstic�先定义梁段。设置参数如图33。其中X点转角一般定义为L点的两倍�而L点的转角为XTRACT中分析结果的曲率乘以塑性铰长度�而塑性铰长度一般取为截面高的一般�所以X点转角为�2倍的L点转角乘以0.5倍截面高。U点转角即为分析结果中对应位置的曲率乘以截面高的一半。图33基本F-D关系的定义接下来定义强度损失及变形能力。其中DR一般取为DL的1.33倍�FR/FU根据FEMA356的建议一般取为0.2。参数设置如图34。图34强度损失及变形能力的定义点击check�显示曲线形状如图35。没有报错�可以保存。图35非弹性梁段的弯矩-曲率曲线下面定义非弹性柱段。首先新建非弹性柱段�选择FEMAColumn�ConcreteType�选项选择如图36。图36新建非弹性柱段下面定义基本的F-D关系。其实这个和前面的过程一样�只是输入每个点对应的弯矩、转角以及应变、变形的关系。转角即为曲率乘以构件长度。这些都可以通过XTRACT得到。避免重复�这里不做说明�希望用户可以自己定义各个参数。如图37。图37柱子基本关系的定义同理定义强度损失的参数和变形能力�如图38。图38强度损失的定义之后check�save。�4�定义复合组件�Compound�这里定义的是真正用于结构中的梁和柱。基于FEMA356的理论�真实的梁柱�本例采用最简单的情况�还可以加入强度截面等等�这个随着对软件理解的加深请读者自己体会�是由以下几部分组成的�从一端到另一端��塑性铰、弹性/非弹性段、塑性铰。现在的任务就是把刚才定义的梁段、柱段分别与塑性铰组合�塑性铰采用软件自带的塑性铰。如图39�注意一定选择FEMA构件�。图39梁复合组件的定义用户还可以选择是否输入梁柱的自重�在SelfWeight中输入。柱子有两种�一种两端均与梁连接�另一种一端与地面连接。对于与地面连接的柱�只有一端有刚域�Endzone��另一端无刚域。柱子复合组件的定义与梁类似�不再重复�如图40。到这里最复杂的定义性质部分已经结束。图40柱复合组件的定义6.单元任务Elements本小节的任务为将之前定义的复合组件赋予到结构中。首先新建一个组�Group��命名为beam�对于梁不考虑P-Δ效应�如图41。图41新建组�梁下面通过选择节点的方式来添加单元。这一步骤和其他分析类软件类似�如SAP2000等等。选中梁对应的节点进行添加�如图42。图42添加梁复合组件然后对单元赋予属性�在Properties标签�选择两单元�点击AssignComponent�选择相应的梁复合组件�如图43。图43为梁单元赋予属性�即梁复合组件最后为单元设定方向�如图44所示�这里请注意�有原点的一端为2轴正方向�2轴对应的是平面的y轴。关于单元的方向请一定详细阅读用户手册几基本原理�。图44为单元设定方向下面再按照相同的顺序建立柱子的模型�注意�柱子需要考虑P-Δ效应�。添加后的效果见图45。这里不再重复。图45赋予柱性质�请再次注意方向�7.荷载任务�LoadPattern�选择LoadPattern任务栏�新建一个荷载。本例施加简单的重力荷载�每个节点�固定于地面的节点除外�施加10KN竖直向下的力。新建荷载�定义荷载大小�选择需要施加荷载的节点�如图46�方向虽然显示向上�但是大小为“-10”�也就是说荷载方向向下�。图47荷载定义8�位移角和变形任务�DriftandDeflection�在DriftandDeflection任务栏中�新建一个位移角�Drift��定义位移角的上下两个参考点�位移角的方向�H1或H2��如图48。图48定义位移角8.限值任务�LimitStates�选择此任务栏。这里定义的限值就是一个破坏标准�定义一个破坏或者达到每一个性能等级的标准。只有定义了限值�软件才能判断何时结构达到某一性能等级或破坏�从而中止计算。软件提供了几种限值�有位移角、强度、变形等等。本例定义Deformation的限值�以梁柱的屈服作为控制目标�首先新建Deformation�命名为beam�选择对应的复合组件�以末端转角�软件会自动将之前定义的截面、非弹性段中的性质用在这里�为限值�添加到下面表格中。如图49。点击save保存此极限状态。图49梁转角极限状态的定义和添加之后再建立柱的极限状态。新建Deformation�命名为column�过程与梁相同�不再重复。如图50。图50柱转角极限状态的定义和添加最后再定义之前没有定义的质量-MASSES。在节点任务�选择MASSES标签�首先算出每一层梁柱构件的自重�然后均布到每个节点上�新建MASS�选择是以重量定义还是以质量定义�如图51。图51质量的定义到目前为止�结构本身的模型就建立完毕了。9.分析阶段荷载组合任务Analysisphase�LoadCases。本例为简单的节点荷载�新建荷载组合�命名为gravity�选择线性的分析方式�再下面表格中添加之前定义的节点荷载�ScaleFactor中的系数为荷载组合的系数�比如1.4倍恒荷载和1.35倍的活荷载�