1概述PERFORM-3D三維結(jié)構(gòu)非線性分析與性能評(píng)估軟件，是一個(gè)致力于研究抗震設(shè)計(jì)的非線性軟件工具。通過使用以變形為基礎(chǔ)或者以強(qiáng)度為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)來對復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性分析。PERFORM-3D為用戶提供了一個(gè)復(fù)雜地震工程工具來進(jìn)行靜力Pushover分析和動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析。

由于PERFORM-3D是以結(jié)構(gòu)工程基本概念為基礎(chǔ)，以結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)性能設(shè)定為前提，通過結(jié)構(gòu)分析手段來得到整體結(jié)構(gòu)的性能評(píng)估，符合工程師對結(jié)構(gòu)性能的理解，其分析結(jié)果易于用結(jié)構(gòu)概念和試驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證，所以在美國得到了廣大工程界的認(rèn)可，特別是PERFORM-3D一直是美國科研機(jī)構(gòu)和高校作為結(jié)構(gòu)非線性性能評(píng)估的主要工具與手段，在FEMA系列規(guī)范制定的過程中起著舉足輕重的作用。

目前國內(nèi)已有部分工程采用PERFORM-3D進(jìn)行動(dòng)力彈塑性時(shí)程和Pushover分析，結(jié)果得到了相關(guān)專家的認(rèn)可。
下面介紹軟件在應(yīng)用過程中的一些重要問題和解決辦法。

2結(jié)構(gòu)構(gòu)件的模擬
2.1梁柱構(gòu)件的模擬梁和柱可以采用兩種方法在PERFORM-3D中進(jìn)行模擬，一是采用塑性鉸的形式，此時(shí)塑性鉸的骨架曲線需要人工輸入；二是采用纖維截面來模擬，這時(shí)程序可以通過材料的本構(gòu)關(guān)系自動(dòng)確定截面的塑性特性。對于鋼骨混凝土和鋼管混凝土形式的梁柱截面，如果采用塑性鉸來模擬其塑性，需要輸入這些截面塑性鉸的骨架曲線，骨架曲線的來源為實(shí)驗(yàn)或者截面計(jì)算工具（例如：XTRACT、RESPONSE、CSI公司的SectionBuilder等），或者采用纖維截面來模擬。

（WwW.NiUbb.NEt]2.2剪力墻構(gòu)件的模擬
剪力墻一般由墻肢和連梁組成，墻肢的受力特性和柱比較相似，基本滿足平截面假定，地震作用下產(chǎn)生剪切破壞或者彎曲破壞，比較矮的連梁在地震作用下產(chǎn)生剪切破壞或者彎曲破壞，比較高的連梁在地震作用下產(chǎn)生剪切破壞。
根據(jù)鋼筋混凝土剪力墻的受力特點(diǎn)，需要模擬其彎曲破壞和剪切破壞特性，對于彎曲破壞特性采用纖維截面來模擬，剪切破壞特性采用一種剪切材料來模擬。

2.2.1彎曲和軸力特性

1)P-M的相關(guān)性移動(dòng)的中性軸在彈性的分析模型中是不能模擬的，在非線性分析中，截面的中性軸是變化和不斷偏移的，取決于P/M的比率和混凝土開裂的數(shù)量和滑移，在PERFORM-3D中P-M的相關(guān)性是用纖維截面來模擬的，對于鋼筋混凝土剪力墻就需要采用鋼筋纖維和混凝土纖維。

2)鋼筋纖維和混凝土纖維截面
鋼筋纖維可以屈服，可以模擬鋼筋纖維屈服后的剛度滯回退化效應(yīng)；混凝土可以開裂，同時(shí)可以滑移，通常設(shè)定混凝土的抗拉強(qiáng)度為零，除非要真實(shí)模擬滑移，通常忽略混凝土的脆性強(qiáng)度損失。

在PERFORM-3D中軸向的變形和彎曲影響纖維截面，其他的變形不影響纖維截面的變形，在PERFORM-3D中用纖維截面考慮P-M的相關(guān)性。當(dāng)剪力墻在彎曲荷載作用下屈服，通常表現(xiàn)為梁、柱類似的一個(gè)塑性鉸區(qū)，塑性鉸的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)為塑性鉸的長度，在ASCE41規(guī)范中塑性鉸的長度為0.5倍的墻的寬度，但是不能超過層高，塑性鉸的長度僅僅是彎曲荷載作用控制的，對于剪力作用是沒有必要考慮塑性鉸的長度的，塑性鉸的長度并不會(huì)因?yàn)橛邢迒卧倪吔缍兓?br />
2.2.2剪切特性
剪切破壞是趨于脆性的一種破壞，在PERFORM-3D中剪切特性通常采用以下兩種方法來模擬，一種是設(shè)置彈性剪切材料，檢查構(gòu)件的強(qiáng)度，一種為設(shè)置非線性剪切材料，檢查構(gòu)件的變形。當(dāng)然對于彈性的剪切材料的分析是很簡單的，設(shè)置非線性剪切材料就會(huì)相對復(fù)雜一點(diǎn)，剪應(yīng)力和應(yīng)變對于整個(gè)剪力墻單元是不變的，剪力也是作用在整個(gè)單元上，因此對于剪切破壞是不必指定“塑性鉸”的長度，這點(diǎn)和彎曲作用有區(qū)別。
對于設(shè)置鋼筋混凝土剪力墻的非線性剪切材料，PERFORM-3D中綜合考慮混凝土和鋼筋的共同作用而采用等效剪切模量，其值和鋼筋混凝土剪力墻的配筋率有關(guān)。PERFORM-3D不僅可模擬混凝土剪力墻的彈塑性性能，還可以模擬鋼板剪力墻，目前鋼板剪力墻在一些國內(nèi)外的工程中正得到應(yīng)用。

3動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析方法在PERFORM-3D中實(shí)現(xiàn)的幾個(gè)問題

3.1滯回環(huán)在循環(huán)荷載的作用下，非線性構(gòu)件耗散能量，耗散能量的大小為滯回環(huán)所包圍的面積，因此滯回環(huán)的大小和形狀將很大程度上影響結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。在非線性靜力推覆分析中，滯回環(huán)是在隱式考慮的（非線性靜力推覆分析中沒有循環(huán)荷載），由于動(dòng)力荷載的存在，不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)件將會(huì)有不同的滯回環(huán)，因此滯回環(huán)必須明確給出。PERFORM-3D可以對滯回環(huán)進(jìn)行完全控制，滯回環(huán)采用YULRX骨架曲線形式。

3.2阻尼彈性結(jié)構(gòu)的耗能通常是通過各種機(jī)械能，通常在分析中被模擬為粘滯阻尼；如果結(jié)構(gòu)屈服，它的耗能將會(huì)更直接通過非線性行為，構(gòu)件的耗能通過滯回環(huán)的面積來衡量，滯回耗散的能量并不能完全涵蓋結(jié)構(gòu)的耗能，結(jié)構(gòu)仍有大量的彈性能量耗散，彈性能量的耗散仍模擬為粘滯阻尼，在動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析中結(jié)構(gòu)的粘滯阻尼采用Rayleigh阻尼來模擬。圖1中Mα阻尼器連接質(zhì)量和大地，貢獻(xiàn)外部阻尼力；Kβ阻尼器和結(jié)構(gòu)單元并聯(lián)，貢獻(xiàn)內(nèi)部阻尼力；結(jié)構(gòu)的動(dòng)力方程中，阻尼矩陣為：CMKαβ=+；Rayleigh阻尼矩陣的物理意義非常明確，但是,αβ如何取值并不是十分明確，目前基本可通過常數(shù)阻尼比和模態(tài)周期來確定，一個(gè)可行的方法為：選擇Tb=0.9T1及Ta=0.2T1，在給定的阻尼比（比如0.05）下計(jì)算,αβ，阻尼比在前幾階模態(tài)基本為常數(shù)，阻尼比對于高階模態(tài)會(huì)變大。Rayleigh阻尼在PERFORM-3D中建議的取值方式：
1）選擇阻尼比（例如對于混凝土結(jié)構(gòu)取0.05）；
2）確定0.2倍和0.9倍的彈性第一階周期；
3）在PERFORM-3D中計(jì)算結(jié)構(gòu)第一階周期，然后計(jì)算,αβ值。

3.3時(shí)程積分目前有多種step-by-step求解方法，PERFORM-3D采用平均加速度法。PERFORM-3D中沒有使用變步長的step-by-step方法求解方式，時(shí)間步Δt對于每一個(gè)時(shí)間步為一定值，在每一個(gè)時(shí)間步中，荷載的增加是知道的，所以step-by-step方法采用荷載控制，位移控制對于step-by-step方法是不合適的。時(shí)間步長Δt必須足夠短來滿足以下兩點(diǎn)：

1）捕捉結(jié)構(gòu)的反應(yīng)。時(shí)間步長不能超過結(jié)構(gòu)最短周期的1/10。如果結(jié)構(gòu)的一階模態(tài)的周期為T1，最高階模態(tài)的周期大約為0.1T1，因此Δt不能超過0.01T1，例如：如果T1=2s，Δt不能超過0.02s。