ETABS的發(fā)展迅猛，Perform-3D高效穩(wěn)定，它們各有所長，相關(guān)鏈接可看：

【JY】結(jié)構(gòu)工程分析軟件討論（上）

【JY】結(jié)構(gòu)工程分析軟件討論（下）

經(jīng)過十余年的推廣和實(shí)踐，Perform-3D作為專業(yè)的建筑結(jié)構(gòu)非線性分析與性能評(píng)估軟件在國內(nèi)已獲得廣泛認(rèn)同。

ETABS也是國內(nèi)工程師們熟知的多高層建筑結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)軟件，抗震、減隔震的彈塑性分析一直是ETABS優(yōu)勢(shì)功能之一。

從ETABS2016版本開始，ETABS不斷借鑒Perform-3D的功能特點(diǎn)加強(qiáng)完善性能化設(shè)計(jì)相關(guān)的功能，并進(jìn)一步提升彈塑性分析效率。當(dāng)前的ETABS 目前已經(jīng)融合了Perform-3D許多特色功能，建筑結(jié)構(gòu)非線性分析與性能評(píng)估也成為ETABS的功能亮點(diǎn)。對(duì)此，不少用戶關(guān)心兩個(gè)產(chǎn)品在這方面的使用方法和應(yīng)用體驗(yàn)有什么區(qū)別。（目前ETABS的分析功能基本與Perform-3D融合）

本文試圖從一個(gè)簡(jiǎn)單例子入手，對(duì)比ETABS v18.1.0和Perform-3D v7抗震彈塑性分析的相關(guān)功能，從應(yīng)用的角度帶來一些直觀的認(rèn)識(shí)，供工程師們使用產(chǎn)品時(shí)參考。

1、模型概況

本例為5層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，規(guī)則對(duì)稱。本文借用這個(gè)例子來展示功能，并不探討結(jié)構(gòu)本身的合理性。

該模型的框架梁端指定了塑性鉸（彎矩鉸），框架柱兩端指定了纖維鉸，施加雙向地震時(shí)程作用。分別獨(dú)自建立ETABS模型（圖1）和Perform3D模型（圖2），并盡量保證兩個(gè)模型的一致性。表1、圖3~圖5是部分計(jì)算結(jié)果對(duì)比，可以看到兩個(gè)軟件的計(jì)算結(jié)果吻合得較好。下文將逐一對(duì)比介紹模型的設(shè)置及相應(yīng)的軟件功能。

圖1? ETABS模型

圖2? Perform-3D模型

圖3??層間位移角

圖4? X方向基底剪力??

?圖5??頂點(diǎn)位移

2、非線性分析設(shè)置

2.1材料本構(gòu)

本例使用的材料有C30、C35和HRB400。材料的非線性參數(shù)主要包括：應(yīng)力-應(yīng)變曲線、可接受準(zhǔn)則和滯回模型。材料的可接受準(zhǔn)則通過材料應(yīng)變來定義，用于使用纖維單元的構(gòu)件性能評(píng)估。以下以C30為例對(duì)比本例材料參數(shù)的設(shè)置。

2.2纖維鉸

本例框架柱使用了纖維鉸，相關(guān)操作包括定義纖維截面、纖維段長度等。以下是本例底部中柱的纖維鉸定義。

2.3塑性鉸

本例框架梁使用了塑性鉸（彎矩鉸）。塑性鉸的定義主要包括：骨架曲線、可接受準(zhǔn)則、滯回模型。ETABS內(nèi)置了ASCE 41-13和ASCE 41-17兩本規(guī)范，可以根據(jù)截面信息自動(dòng)生成相應(yīng)的塑性鉸。本例的梁鉸即自動(dòng)鉸，相關(guān)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成。Perform-3D的塑性鉸有多種類型，本例使用彎矩-轉(zhuǎn)角鉸，輸入的數(shù)據(jù)與ETABS一致。

2.4?鉸布置

框架的塑性鉸一般布置在構(gòu)件端部，建模時(shí)要確定鉸在桿件上的位置，以及鉸的長度，同時(shí)要避開節(jié)點(diǎn)區(qū)。本例中梁鉸是零長度的彎矩鉸，柱鉸是相對(duì)長度為0.2的纖維鉸。以下是兩個(gè)軟件關(guān)于鉸布置的相關(guān)操作，在操作過程中盡量確保模型的一致性。

2.5?阻尼、工況設(shè)置

2.6性能檢查

性能化設(shè)計(jì)一個(gè)重要的環(huán)節(jié)就是檢查結(jié)構(gòu)是否達(dá)到預(yù)期的性能目標(biāo)，在建模期間設(shè)定的“可接受準(zhǔn)則”是構(gòu)件性能檢查的衡量尺度。Perform-3D通過建立一系列的極限狀態(tài)組（Limit State Groups），并檢查其使用率（usage ratio）來進(jìn)行性能檢查。ETABS也引入了類似的做法，但從操作上簡(jiǎn)便了許多。

3、結(jié)果查看

3.1?大指標(biāo)

基底剪力、頂點(diǎn)位移等力或變形的時(shí)程曲線兩個(gè)軟件都可以便捷地顯示，但對(duì)于層間位移角等與樓層相關(guān)的結(jié)果，ETABS的顯示更直觀，操作也簡(jiǎn)單。能量圖的表達(dá)兩個(gè)軟件是類似的，既可顯示整個(gè)結(jié)構(gòu)的累計(jì)能量組成，也可按組顯示構(gòu)件耗能的情況，ETABS的顯示方式更靈活。

3.2?鉸結(jié)果

本例采用了塑性鉸和纖維鉸。以下以柱端纖維鉸為例說明典型的鉸結(jié)果顯示。

3.3性能評(píng)價(jià)

根據(jù)本文2.6節(jié)的定義，分析完成后可以查看各個(gè)構(gòu)件的性能狀態(tài)。ETABS將其稱為Hinge D/CRatios，Perform-3D將其稱為Usage Ratios，兩者的含義是一樣的，都是實(shí)際結(jié)果（如塑性變形）與目標(biāo)水準(zhǔn)的比值，可以理解為相對(duì)于目標(biāo)水準(zhǔn)，各個(gè)構(gòu)件的損傷比率。通過Usage Ratios可以便捷地評(píng)估結(jié)構(gòu)的性能狀態(tài)。

以下是柱構(gòu)件在大震作用下IO水準(zhǔn)的損傷情況，圖中的數(shù)據(jù)代表了柱截面中最大的纖維變形與IO變形的比值，大于1即不滿足IO要求（本例僅展示功能，忽略構(gòu)件截面可能存在的不合理性）。本例選擇幾根典型的柱構(gòu)件，將兩個(gè)軟件計(jì)算的性能校核結(jié)果匯總于表2，可以看到兩個(gè)軟件計(jì)算結(jié)果吻合較好。

4、參數(shù)設(shè)置分析

Perform-3D分析效率很高是這款產(chǎn)品受歡迎的重要因素之一。

Perform-3D有一套相對(duì)“封閉”的求解策略，提供給用戶干預(yù)分析過程的參數(shù)很少。

ETABS則不同，有許多分析參數(shù)需要用戶根據(jù)模型情況進(jìn)行設(shè)置，這些參數(shù)會(huì)顯著影響模型的分析時(shí)長。

ETABS默認(rèn)的分析參數(shù)設(shè)置適用于大多數(shù)情況。以下簡(jiǎn)要說明兩個(gè)軟件分析相關(guān)的主要參數(shù)，更詳細(xì)的解釋可查看軟件的聯(lián)機(jī)幫助或技術(shù)文檔。

本例中，Perform-3D的參數(shù)保持默認(rèn)，ETABS則根據(jù)不同選項(xiàng)區(qū)分了幾種情況，將分析時(shí)長的數(shù)據(jù)結(jié)果匯總于表3。可以看到，如果分析參數(shù)設(shè)置恰當(dāng)，ETABS的分析耗時(shí)已經(jīng)接近Perform-3D，這相對(duì)于早幾年的ETABS版本已經(jīng)有顯著的進(jìn)步。

通過對(duì)表3的數(shù)據(jù)對(duì)比，對(duì)ETABS的參數(shù)設(shè)置有如下建議：

1）“鉸細(xì)分”會(huì)顯著影響分析時(shí)長，所以一般建議初次分析時(shí)關(guān)閉“鉸細(xì)分”，遇到收斂困難時(shí)，可對(duì)局部桿件打開“鉸細(xì)分”。

2）如果模型中出現(xiàn)塑性鉸的數(shù)量較多、塑性程度較深（如大震的情況），ETABS的分析耗時(shí)會(huì)增加，但仍然有提高效率的辦法。比如適當(dāng)加大收斂容差，在表3中，括號(hào)里的數(shù)據(jù)是將容差從0.0001放大為0.005后的計(jì)算時(shí)長。

3）本例中ETABS“ETE”的方法并沒有太大優(yōu)勢(shì)，也說明是否使用“ETE”是因模型而異的，“ETE”有助于收斂，但對(duì)于本例這種不存在收斂困難的模型，“ETE”在分析效率上并無優(yōu)勢(shì)。

注：

1）工況信息：單個(gè)雙向地震作用時(shí)程分析工況，持時(shí)40秒。

2）計(jì)算機(jī)信息：i5-4570 CPU@3.20GHz，RAM 8 GB，64位操作系統(tǒng)。

3)?鉸細(xì)分時(shí)鉸相對(duì)長度為0.2。

實(shí)際工程項(xiàng)目通常需要計(jì)算多條地震波，此時(shí)采用并行計(jì)算可以大大提高分析效率。Perform-3D于v6版本增加了并行計(jì)算功能（圖6）。ETABS于v18.1.0版本增加了該功能。圖7是ETABS的高級(jí)分析選項(xiàng)，在“分析進(jìn)程”中選擇“獨(dú)立進(jìn)程”即可實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算。本例采用并行計(jì)算同時(shí)求解中震、大震兩個(gè)工況，計(jì)算時(shí)長匯總于表4（ETABS設(shè)置為僅迭代求解，收斂容差0.005）。對(duì)比表4與表3的數(shù)據(jù)，明顯看到ETABS采用并行計(jì)算后計(jì)算效率又進(jìn)一步提高。根據(jù)CSI的建議，高級(jí)求解器更適合處理大模型，常規(guī)模型多線程求解器求解速度更佳。

圖6? Perform-3D并行計(jì)算?

?圖7? ETABS高級(jí)分析選項(xiàng)

需要強(qiáng)調(diào)的是，本例分析時(shí)長的對(duì)比數(shù)據(jù)，僅供參考，并不能由此斷言某種方式一定優(yōu)于另一種。因?yàn)榉蔷€性分析是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，有太多因素影響分析的效率和精度，我們需要始終明確的是分析目的（什么樣的數(shù)據(jù)是關(guān)鍵有效的），而不是一味追求分析速度。

5、小結(jié)

本文從非線性材料定義、鉸定義和布置、工況定義、性能檢查、結(jié)果輸出、分析參數(shù)設(shè)置多個(gè)方面詳細(xì)對(duì)比了ETABS和Perform-3D的功能特點(diǎn)。

可以看到，ETABS經(jīng)過這幾年的發(fā)展已完全具備處理建筑結(jié)構(gòu)非線性分析及性能評(píng)估問題的能力，并且操作簡(jiǎn)單。對(duì)于多數(shù)結(jié)構(gòu)工程師來講，ETABS操作環(huán)境更加友好，易學(xué)易用。

Perform-3D復(fù)雜的理論體系和繁雜的操作模式常常令很多工程師望而卻步，好在國內(nèi)已有很多工具實(shí)現(xiàn)了Perform-3D的前后處理，讓更多工程項(xiàng)目能使用Perform-3D。筆者認(rèn)為，Perform-3D本身就是建筑結(jié)構(gòu)非線性分析及性能評(píng)估技術(shù)的縮影，凝結(jié)了Powell教授杰出的研究成果和心得，學(xué)習(xí)Perform-3D的過程就是向Powell教授學(xué)習(xí)的過程，意義非凡。

總體而言，Perform-3D分析穩(wěn)定、可靠、效率高，這與它精巧的組件設(shè)置、強(qiáng)大高效的求解策略、有選擇性的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及針對(duì)性極強(qiáng)的產(chǎn)品定位都不無關(guān)系。

ETABS這些年在非線性分析功能、分析效率等方面進(jìn)步顯著，并且仍在持續(xù)改進(jìn)中，同時(shí)ETABS具備更廣泛的通用性，非線性分析類型更多（除了材料非線性問題，還有大位移等問題），因此可控的分析參數(shù)更多。

另一方面，ETABS存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量更大（比如包含所有纖維的細(xì)節(jié)結(jié)果），塑性狀態(tài)更新比較耗時(shí)（與塑性程度有關(guān)）。因此，處理ETABS的非線性模型，需要具體項(xiàng)目具體分析，合理的模型設(shè)置和恰當(dāng)?shù)姆治鰠?shù)會(huì)顯著改善求解效率。

來源：筑信達(dá)-李立

(完)

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【JY】ETABS与Perform3D弹塑性分析功能对比示例的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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