并行计算技术在结构显式动力分析中的应用

本文首先介绍了动力分析的求解方法,显式方法和隐式方法各自的优缺点。随后介绍了PKPM-SAUSAGE软件中对于梁、柱、剪力墙和楼板的模拟方法。由于时间步长和模型精细化处理后导致计算规模的增加,PKPM-SAUSAGE软件采用CPU+GPU并行计算技术,同时优化模型网格质量,实现了动力弹塑性分析效率的提升。

ANSYS环境下基于离散变量的网架结构优化设计

以通用有限元分析软件ANSYS作为运行环境,将网架结构的杆件截面面积作为离散的设计变量,以网架结构的总质量为目标函数,同时考虑网架的强度、刚度、稳定性以及裁面尺寸等约束条件,采用一维搜索方法和改进的应力比法等优化方法,对网架结构进行了优化．工程实例计算表明:该优化算法原理简单,收敛速度快,能在保证安全的基础上降低工程造价,取得较好的优化设计结果．

OpenGL图形渲染技术在PKPM-SAUSAGE非线性分析软件中的应用

通过对目前比较常用的GDI绘图和OpenGL绘图进行比较分析,显示了用OpenGL开发的三维有限元图形系统具有的速度快、绘图功能强、捕捉方便、视觉效果好等优越性。介绍了PKPM-SAUSAGE软件三维模型绘图流程,凹多边形网格化显示技术,背面剔除及alpha混合,实时旋转、平移、缩放算法和高效的捕捉算法,以及后处理结果平滑显示技术和着色器编程颜色修正技术。最后通过工程实例验证了PKPM-SAUSAGE软件OpenGL图形显示、旋转、平移、缩放及捕捉的高效性。

MIDAS Gen在建筑结构高端分析中的应用

简要介绍MIDAS Gen软件在建筑结构中的高端分析功能及实际应用,内容涵盖了施工阶段模拟分析、弹塑性分析、隔震和消能减震分析、几何和材料非线性分析、考虑不同材料阻尼比的混合结构整体分析、楼板竖向振动舒适度分析、多支座激振分析等。

弹塑性分析确定连梁刚度折减系数方法的应用

中震或大震作用下,通过连梁的损伤耗能保证主体结构的安全。目前结构设计时一般对全楼采用统一的连梁刚度折减系数,这与实际结构中连梁损伤情况不符,也将影响结构中剪力墙受力。通过对结构进行弹塑性分析,得到连梁的损伤状态,进而计算得到连梁刚度折减系数。通过对实际工程进行计算,可以得到如下结论：不同部位的连梁刚度折减系数不同;连梁刚度折减系数受初始配筋影响很小;但受地震波的影响较大,不同的地震波会得到不同的刚度折减系数。

高层建筑结构性能化设计中存在的问题和解决方案

对于比较重要的建筑结构,需要进行性能化设计。目前采用主流设计软件进行性能化设计时,需要人为定义连梁刚度折减系数及附加阻尼比,以对结构进行中、大震作用下的等效弹性计算。现有方法存在几个问题:1)对连梁统一设置刚度折减系数,不能考虑不同位置构件损伤程度的差异;2)除连梁外,框架梁甚至剪力墙也会出现一定程度的损伤,现有方法很难考虑;3)用户较难确定结构在中震或大震作用下的附加阻尼比。针对上述问题,本文采用SAUSG-Design软件,通过弹塑性分析得到结构耗能构件在中震和大震作用下的刚度折减系数以及附加给结构的阻尼比,返回到弹性设计软件,并以此进行结构的中、大震等效弹性分析和设计。通过工程算例对比,采用SAUSG-Design软件计算刚度折减系数和附加阻尼比的方法,与现有方法相比,周期增加,地震剪力减小,导致关键构件配筋明显降低。

弹性和弹塑性分析模型一致性影响因素研究

对于超高超限的建筑结构,在进行弹塑性分析之前,应使弹塑性分析模型与弹性分析模型在弹性阶段的结果要基本一致,一般将结构基本周期作为模型一致性判别的基本依据。重点讨论了结构质量和刚度的影响因素。进行结构质量对比时应重点关注楼板自重以及地下室部分的质量,如果这两个方面考虑方式不同,可能导致弹性和弹塑性分析模型质量相差较大。结构底部嵌固部位、刚性楼板假定、中梁刚度放大系数、钢筋考虑与否、连梁模拟方式、单元网格尺寸、连梁刚度折减系数等因素对于结构刚度和周期都有一定的影响,在进行模型对比时要特别注意。应尽可能保证这些参数设置统一,以保证弹性和弹塑性分析模型周期的一致性。

MIDAS Building中的动力弹塑性分析功能

主要介绍了MIDAS Building中进行动力弹塑性分析的一些基本理论和特色功能。首先可以利用施工图中的钢筋数据计算塑性铰特性,结果更加准确;可以校审选择的地震波并对其自动调幅,保证所选地震波满足规范要求;程序提供了比较丰富的滞回模型用于模拟结构中的梁柱构件,用纤维模型来模拟剪力墙构件,考虑了轴向变形、弯曲变形和剪切变形;后处理中提供了丰富的二维和三维图形结果以及各种表格结果,方便用户整理弹塑性分析报告。

CPU+GPU并行计算技术在复杂结构非线性分析中的应用

探讨了PKPM-SAUSAGE软件所采用的CPU+GPU并行计算技术,结合钢材和混凝土本构模型、纤维梁单元与分层壳单元、瑞利阻尼和振型阻尼模型及显式分析方法,详述了其并行计算实现要点,并对并行计算效率进行了测试。测试表明,CPU+GPU并行计算技术的应用极大地提高了复杂结构非线性分析的计算效率。以某实际钢筋混凝土框架-核心筒结构为例,采用PKPM-SAUSAGE软件与ABAQUS软件对其进行罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析,验证了PKPM-SAUSAGE软件CPU+GPU并行计算的正确性与高效性。

MIDAS Building静力弹塑性分析原理及实现

介绍了MIDAS Building中关于静力弹塑性分析的目的和基本原理,给出了利用程序进行结构抗震性能设计的计算步骤,并用一个框筒结构示例予以说明。表明静力弹塑性分析是一种非常高效的弹塑性分析方法,而且使用MIDAS Building能快速理解和掌握静力弹塑性分析的操作方法。

SAUSAGE软件减震结构附加阻尼比的应用

《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)规定,消能减震设计计算中,主体结构基本处于弹性工作阶段时可采用线性分析方法计算,按消能减震结构总阻尼比确定地震影响系数。其中,确定消能器的附加阻尼比是计算地震响应系数的关键。考虑到消能器附加阻尼比规范算法各项参数选取的困难,SAUSAGE软件给出了基于非线性时程分析结果的附加阻尼比规范算法,同时,也给出了基于能量的附加阻尼比算法。从实际工程出发,对比了这两种附加阻尼比计算方法的计算结果,并分析了差异原因;同时对比了两种附加阻尼比等效线性分析与非线性分析层间剪力的误差,结果表明,基于能量算法得出的附加阻尼比更符合实际;最后,探讨了地震波选取及附加阻尼比计算时刻对计算结果的影响,给出了一些工程应用的建议。

MIDAS Building抗震性能设计的实现方法

介绍了使用MIDAS Building进行结构抗震性能设计的方法,给出了利用程序进行结构抗震性能设计的计算步骤。表明使用MIDAS Building能将繁杂的规范条文变成方便的人机交互,从而使超限结构中关键构件的性能设计变成现实。

考虑施工阶段对Pushover分析结果的影响

本文介绍了初始荷载的选择对Pushover分析的影响。指出在不同的初始荷载工况下,Pushover分析的塑性铰结果发生的顺序和位置都有所不同,从而影响结构在强震下的评估判断。在MIDAS Gen中,以一个框筒结构简单算例,表明采用施工阶段分析最终阶段结果更为接近实际的初始荷载的施加,使Pushover的分析结果更加合理。

不同阻尼模型对动力弹塑性分析响应影响分析

进行动力弹塑性分析时,采用不同的阻尼模型会对分析结果产生较大的影响。本文采用一个框架剪力墙结构算例进行动力弹塑性分析,阻尼模型选取了瑞利阻尼、质量阻尼和振型阻尼三种常见的阻尼模型,对层间位移角、节点位移时程曲线、能量图、构件损伤等分析结果进行对比,并据此对动力弹塑性分析时阻尼模型选取给出建议。

钢筋混凝土框架核心筒高层建筑结构中美规范设计对比

为研究中美两国规范设计理念的不同,依照中国规范规定确定抗震设防烈度、设计地震分组、场地类别,按50年超越概率为2%的地表峰值加速度基本相当的原则,确定了美国规范地震作用的对应参数,选择两栋相同的钢筋混凝土框架核心筒高层建筑结构进行了设计。建立了空间弹性分析模型,采用振型分解反应谱法计算了结构的弹性地震响应,对结构的动力特性、结构位移、构件尺寸及配筋等进行对比分析。分析结果表明:按照美国规范设计的结构自振周期比中国规范的长;结构侧移更大;梁、柱截面尺寸比中国规范设计的小,楼板厚度比中国规范设计的大;按两国规范设计的结构总体用钢量基本相当。分别按两国规范选取10组地震波进行了动力弹塑性分析和结构倒塌概率分析。分析对比结果表明:按照中国规范设计的结构有8条波的计算结果超过规范限值,而按照美国规范设计的结构只有3条波的计算结果超限。