131-刘春明、张宏-大震弹塑性分析软件PKPM-SAUSAGE技术特点.pdf

第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014 年 大震弹塑性分析软件PKPM-SAUSAGE 技术特点 刘春明，张宏 （广州建研数力建筑科技有限公司，北京100013） 提要：PKPM-SAUSAGE 是广州建研数力新推出的一款大震下动力弹塑性分析程序，采用了考虑塑性损伤的混凝土本 构模型以及高效GPU 并行显式求解技术。本文介绍了PKPM-SAUSAGE 软件的技术特点以及应用方面的一些技术细 节，对工程师处理实际工程动力弹塑性分析问题具有一定的指导意义。 关键词：PKPM-SAUSAGE，弹塑性分析 近年来，我国超限项目迅猛发展，每年全国都有上千个超限项目通过专家审查。在完成超限报告的过 程中，弹塑性动力时程分析结果是最费时最不好把握的内容之一。针对结构进行动力弹塑性分析的目的是 了解结构在大震下是否还具备保护人身安全的能力（大震不倒），结构的抗震体系是否合理。这通常是根 据结构在大震下的变形情况以及结构破坏的部位、程度和次序等因素来判断的。 本文通过剖析PKPM-SAUSAGE 的技术特点，展示软件的技术细节，希望对结构工程师有所启发。 1 弹塑性分析软件介绍 我国建筑设计规范对高层建筑结构在大震下的位移以及变形能力等性能指标提出了严格要求。因此建 筑结构工程中陆续引进各种分析软件用于结构弹塑性动力时程分析。由于软、硬件发展的局限性，这些软 件都一定程度地满足了当时人们的需要。随着结构理论以及计算分析技术的发展，国内的弹塑性分析也经 历了相应的从简化分析方法到静力弹塑性推覆再到动力弹塑性的一个发展过程。SAP2000、Perform3D 引入 了Pushover 分析和非线性动力分析概念，使用框架的杆单元模型进行弹塑性分析，但是由于存在建模繁琐、 不能直接使用设计配筋以及计算收敛性差等缺点限制了软件的工程应用。Midas/Building 将这种塑性铰推 广到使用框架铰模拟框架和纤维铰模拟剪力墙，加入了丰富的滞回模型，并可以考虑施工加载，自动引入 钢筋进行结构静力推覆或动力弹塑性分析。EPDA/PUSH 引入纤维铰考虑框架、非线性分层壳单元模拟混凝 土剪力墙，首先在程序中使用渐变模型模拟弹塑性发展过程。由于实际工程的复杂程度，对动力弹塑性分 析提出了更高的要求。Abaqus 软件计算稳定，求解效率高，包含弹性及众多非线性材料模型，内嵌混凝土 损伤本构模型。同时提供隐式积分与显式积分动力微分方程求解方法，并可进行二次开发。在大型复杂结 构的弹塑性时程分析中使用越来越广泛，其结果为工程界接受。但是由于 Abaqus 是大型通用程序，在建 筑结构分析上应用及前后处理都比较复杂计算时间也非常长，这些都限制了其在高层结构分析中的引用。 建筑结构动力弹塑性分析中要考虑几个非常重要的因素。首先必须是计算高效、结果可靠、配筋输入 方便、考虑阶段施工，同时必须能够非常方便地输出建筑结构评估所需的结果。 广州建研数力公司在大量工程实践和技术积累的基础上，研发了基于 CPU+GPU 并行计算技术的千万 自由度规模的高性能精细化非线性并行分析软件PKPM-SAUSAGE （以下简称SAUSAGE ）。它综合了PKPM 方 便的建模功能、高效强大的分析功能、自动给出后处理结果等特点，结合工程师的工程概念，为大震动力 刘春明（1964- ）男，工学硕士，高级工程师 第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014 年 弹塑性分析提供了方便实用的工具。在半年多的时间里，两百多家试用单位给予软件充分的肯定。 SAUSAGE 软件的界面设计吸纳了众多资深设计人员的意见，并通过分析同类软件的特点，博取众长， 追求直观、方便、简洁、易用的目标，专为动力弹塑性分析的前后处理功能量身定做。默认包括平面视图 和三维空间视图，并且可以定义立面视图。用户可以在平面或空间上进行交互使用，并可以通过指定局部 模型进行操作及显示结果。见图1。 图 1 PKPM-SAUSAGE 主界面 下面就几个主要方面介绍SAUSAGE 软件的技术特点。 2 精细化模型 常见的塑性分析模型包括构件塑性模型和单元精细模型。分布塑性模型可以