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國家地震工程研究中心National Center for Research on Earthquake
Engineering
PISA3D校舍耐震能力評估系統之研發與應用
報告人: 莊明介
(Platform of Inelastic Structural Analysis for 3D Systems)
國家地震工程研究中心National Center for Research on Earthquake
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簡報大綱
• PISA3D簡介• PISA4SB功能說明• PISA4SB側推分析流程• PISA4SB側推分析案例• PISA4SB使用須知• 結論
國家地震工程研究中心National Center for Research on Earthquake
Engineering
(Visual Pre-processor)
(Visual Post-processor)
User
結構非線性分析軟體結構非線性分析軟體 PISA3DPISA3D
[Lin and Tsai 2003][Lin and Tsai 2003]
[Chuang and Tsai 2005][Chuang and Tsai 2005]
[Yu and Tsai 2006][Yu and Tsai 2006]
國家地震工程研究中心National Center for Research on Earthquake
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Modal analysisModal analysis Gravity analysisGravity analysis
Load/Displacement controlLoad/Displacement control Dynamic analysisDynamic analysis
Analysis Method Library of PISA3DAnalysis Method Library of PISA3D
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Engineering
PISA3D Element LibraryPISA3D Element Library
Panel Element
K
C
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-0.4
0.0
0.4
-0.004 0.000 0.004Strain
Stre
ss
-0.03
0.00
-0.01 0.00Strain
Stre
ss
-0.4
0.0
0.4
-0.004 0.000 0.004Strain
Stre
ss
ElasticPISA3D Material
BilinearBilinear02BilinearElasticConcreteDegradingFractureHardeningTensionOnlyBilinear
OpenSees MaterialBond_SP01BoucWenMaterialConcrete01Concrete04HystereticMaterialSteel01
BeamColumnPISA3D Element
DamperFiberBeamColumnGapJoint
SixDJointThreeDRotationalJointTruss
Panel
More thanMore than 120120 different different features of elements are features of elements are available in PISA3D.available in PISA3D.
B C
D E
B'C'
D'E'
σ
ε
Nonlinear Elements of PISA3DNonlinear Elements of PISA3D
國家地震工程研究中心National Center for Research on Earthquake
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Posttension bars + Energy dissipating bars
-25000
0
25000
-0.15 0 0.15Displacement (m)
Forc
e (k
g)
ExperimentPISA3D
[C.C. CHOU and S.J. JHUANG 2004]
PISA3D PISA3D Analysis CasesAnalysis CasesA preA pre--stressed BC connection testingstressed BC connection testing
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-110
0
110
-4 0 4Average Rotate Angle (%, Radian)
Bas
e Sh
ear (
Ton)
ExperimentPISA3D
PISA3D PISA3D Analysis CasesAnalysis CasesCyclic Loading of a 2 Stories RC Frame with Brick WallsCyclic Loading of a 2 Stories RC Frame with Brick Walls
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Bilinear Material-3000
0
3000
-0.025 0 0.025Core Strain
Axi
al F
orce
(kN
) ExperimentPISA3D
-3000
0
3000
-0.025 0 0.025Core Strain
Axi
al F
orce
(kN
) ExperimentPISA3D
Hardening Material
[S.L. LIN and K.C. TSAI 2003]
PISA3D PISA3D Analysis CasesAnalysis CasesCyclic Loading of a Buckling Restrained BraceCyclic Loading of a Buckling Restrained Brace
國家地震工程研究中心National Center for Research on Earthquake
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專業認證
中華民國結構工程技師公會全國聯合會
認證單位:
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E-Defense Blind Analysis for a Full-Scale
4-Story Steel Moment Resisting Frame
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BRB FrameBRB Frame
Frame with viscous dampers
2009 Blind Analysis Contest
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[K.C. TSAI et al. 2005]
http://substructure-brbf.ncree.org/
GISA3D Visualization
SubstructuralSubstructural Pseudo Dynamic Tests of a 2Pseudo Dynamic Tests of a 2--story BRB Frame Subjected to Bistory BRB Frame Subjected to Bi--directional Earthquake Loadsdirectional Earthquake Loads
Using the Application Approach of ISEE Framework
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PISA3D PISA3D Practical ApplicationsPractical Applications
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1616
• ETABS 結構分析軟體 :非線性側推分析 (Pushover analysis)---因應業界使用,ETABS其版本只要在 v.8x 以上即可
• MATLAB 程式編譯軟體:計算柱、梁非線性鉸自動化程式 (COLPH.exe) 計算磚牆等值斜撐非線性鉸自動化程式 (BWPH.exe)計算剪力牆非線性鉸自動化程式 (SWPH.exe)計算性能目標加速度程式 (PGA.exe)
• 需先行安裝 MCRInstaller.exe 軟體
詳評方法側推分析工具
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Engineering 1717
常見耐震詳評側推分析流程
使用使用PISA4SBPISA4SB建構模型建構模型
使用使用PISA4SBPISA4SB側推分析側推分析 使用使用PISA4SBPISA4SB計算耐震能力計算耐震能力
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側推分析工具
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PISA4SB PISA3D= +
Platform of Inelastic Structural Analysis for School Buildings
PISA4SB =
PISA4SB介紹軟體名稱
軟體功能 iBuildiSetiReturniRead
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PISA3D
iBuild
iSet
iReturn
iRead
iBuild
iSet
iReturn
iRead
提供校舍樣板模型
設定元素非線性行為
復原至初始狀態
計算耐震能力
PISA4SB介紹
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iBuild教室數量教室數量
教室跨數教室跨數
單一教室長度單一教室長度
單一教室寬度單一教室寬度
走廊寬度走廊寬度
樓層數量樓層數量 樓層高度樓層高度 磚造窗台高度磚造窗台高度
走廊形式走廊形式
Unit: cm
提供常見校舍樣板模型
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iBuild
窗台高度自動分段窗台高度自動分段
柱底固接柱底固接
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2.s2k
1.iBuild
3.Edit Grid Lines
適合熟悉ETABS或SAP2000或是已有ETABS或SAP2000專案的使用者
適合應用於校舍專案
如何建構PISA3D/PISA4SB模型?
Unit: kgf-cm
ETABSETABS SAP2000 (V7.xx)SAP2000 (V7.xx)
PISA4SBPISA4SB
*s2k
*ipt適合熟悉GISA3D操作的使用者
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iSet 計算柱計算柱、、梁非線性鉸自梁非線性鉸自動化程式動化程式COLPH.exeCOLPH.exe
計算剪力牆非線計算剪力牆非線性鉸自動化程式性鉸自動化程式
SWPH.exeSWPH.exe
計算磚牆等值斜撐計算磚牆等值斜撐非線性鉸自動化程非線性鉸自動化程
式式BWPH.exeBWPH.exe
未勾選項目設定為線彈性構材!
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Define Frame Sections
RC柱梁斷面
磚牆
RC剪力牆
不需要另外定義單一文字輸入檔!
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iSetPISA4SB模擬構件非線性行為方式
Fracture02
BCSection03斷面型式
材料型式
Elastic
J-end
I-end B C
D E
B'C'
D'E'
σ
ε
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$ COLUMN PROPERTIES (單一文字輸入檔)$Name f_cp f_yl f_yt cover hoop spacing num_hoop TR EIC1S 160 2800 2800 4 3 25 2 0 0.35
RC柱梁斷面定義
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GUI_Section RC_RECTANGULAR_SECTION C1S C1S_Mat_Mz_i C1S_Mat_Mz_j C1S_Mat_My_i C1S_Mat_My_j C1S_Mat_Vy_iC1S_Mat_Vy_j C1S_Mat_Vz_i C1S_Mat_Vz_j C1S_Mat_P_T 0 30 50 160 2800 2800 4 3 25 2 0 GUI_PARENT_SECTION_NONEGUI_SECTION_PROPERTY_FACTOR C1S 1 0.35 0.35 1 1 1 1 1 GUI_REBAR C1S 6.1 6.1 #7 2800 3.87 2.22 1.11GUI_REBAR C1S 6.1 18.7 #6 2800 2.87 1.91 0.955GUI_REBAR C1S 6.1 31.3 #6 2800 2.87 1.91 0.955GUI_REBAR C1S 6.1 43.9 #7 2800 3.87 2.22 1.11GUI_REBAR C1S 12 6.1 #6 2800 2.87 1.91 0.955GUI_REBAR C1S 12 43.9 #6 2800 2.87 1.91 0.955GUI_REBAR C1S 18 6.1 #6 2800 2.87 1.91 0.955GUI_REBAR C1S 18 43.9 #6 2800 2.87 1.91 0.955GUI_REBAR C1S 23.9 6.1 #7 2800 3.87 2.22 1.11GUI_REBAR C1S 23.9 18.7 #6 2800 2.87 1.91 0.955GUI_REBAR C1S 23.9 31.3 #6 2800 2.87 1.91 0.955GUI_REBAR C1S 23.9 43.9 #7 2800 3.87 2.22 1.11GUI_SECTION_DISPLAY_COLOR C1S 0.152941 0.419608 0.913726
(PISA4SB輸入檔)
$ControlWord Name Top Left Size Fy
GUI_REBAR C1S 23.9 6.1 #7 2800
PISA4SB鋼筋定義方式
Left: 6.1 cm
Top: 23.9 cm
矩形&圓形斷面可進行雙向塑鉸計算!
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PISA4SB鋼筋定義方式GUI_Section RC_SW_SECTION B2S_303 B2S_303_Mat_Mz_i B2S_303_Mat_Mz_j B2S_303_Mat_My_i B2S_303_Mat_My_j B2S_303_Mat_Vy_i B2S_303_Mat_Vy_j B2S_303_Mat_Vz_i B2S_303_Mat_Vz_j B2S_303_Mat_P_T 0 60 55.25 15 30 160 2800 2800 4 3 25 2 0 0 GUI_PARENT_SECTION_NONEGUI_SECTION_PROPERTY_FACTOR B2S_303 1 0.35 0.35 1 1 1 1 1
GUI_REBAR B2S_303 2.5 14.83 #3 2800 0.7133 0.953 0.4765GUI_REBAR B2S_303 2.5 24.83 #3 2800 0.7133 0.953 0.4765GUI_REBAR B2S_303 2.5 34.83 #3 2800 0.7133 0.953 0.4765GUI_REBAR B2S_303 2.5 44.83 #3 2800 0.7133 0.953 0.4765GUI_REBAR B2S_303 6.1 14.83 #7 2800 3.87 2.22 1.11GUI_REBAR B2S_303 6.1 24.83 #7 2800 3.87 2.22 1.11GUI_REBAR B2S_303 6.1 34.83 #7 2800 3.87 2.22 1.11GUI_REBAR B2S_303 6.1 44.83 #7 2800 3.87 2.22 1.11GUI_REBAR B2S_303 8.6 14.83 #7 2800 3.87 2.22 1.11GUI_REBAR B2S_303 8.6 44.83 #7 2800 3.87 2.22 1.11GUI_REBAR B2S_303 12.5 14.83 #3 2800 0.7133 0.953 0.4765GUI_REBAR B2S_303 12.5 24.83 #3 2800 0.7133 0.953 0.4765GUI_REBAR B2S_303 12.5 34.83 #3 2800 0.7133 0.953 0.4765GUI_REBAR B2S_303 12.5 44.83 #3 2800 0.7133 0.953 0.4765GUI_REBAR B2S_303 53.9 34.83 #7 2800 3.87 2.22 1.11GUI_REBAR B2S_303 53.9 44.83 #7 2800 3.87 2.22 1.11GUI_SECTION_DISPLAY_COLOR B2S_303 1 0.501961 0 Section BCSection03 B2S_303 B2S_303_Mat_Mz_i B2S_303_Mat_Mz_j B2S_303_Mat_My_i B2S_303_Mat_My_j B2S_303_Mat_Vy_i B2S_303_Mat_Vy_j B2S_303_Mat_Vz_i B2S_303_Mat_Vz_j B2S_303_Mat_P_T 0 2178.75 293594 324531 388662 24736.3 26157.7 1575 603.75
T型與L型斷面僅計算單邊塑鉸,故鋼筋位置Left值不影響分析結果正確位置!
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Shear Wall剪力牆定義
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Brick Wall磚牆定義$ BRICK WALL PROPERTIES (單一文字輸入檔)$Name width height thick f_mc f_bc P Bond ConfinementBW 218 90 24 100 150 0 3 2
PISA4SB定義方式
國家地震工程研究中心National Center for Research on Earthquake
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0
2500
5000
7500
10000
0 5 10 15 20 25 30Disp. (cm)
Forc
e (k
gf) PISA3D
ETABS
0
6000
12000
18000
0 5 10 15 20 25 30Disp. (cm)
Forc
e (k
gf)
PISA3DETABS
Flexural HingeFlexural Hinge Shear HingeShear Hinge
Hinges of columnHinges of column
iSet
0
100
200
300
400
500
0 5 10 15 20 25 30Disp. (mm)
Forc
e (k
N) PISA3D
ETABS
Hinge of beamHinge of beam
Shear HingeShear HingeFlexural HingeFlexural Hinge
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iSetBrick Wall
0.00E+00
2.00E+03
4.00E+03
6.00E+03
8.00E+03
1.00E+04
1.20E+04
1.40E+04
1.60E+04
1.80E+04
0 0.5 1 1.5 2 2.5
axial disp. (cm)
axia
l for
ce (k
gf)
PISA3DETABS
Hinge of Brick WallHinge of Brick Wall
國家地震工程研究中心National Center for Research on Earthquake
Engineering
iSet
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
0 2 4 6 8
Disp. (cm)
Forc
e(kg
f)
PISA3DETABS
Hinge of Shear WallHinge of Shear Wall
國家地震工程研究中心National Center for Research on Earthquake
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Section BCSection03 C1S
C1S_Mat_Mz_i
C1S_Mat_Mz_j
C1S_Mat_My_i
C1S_Mat_My_j
C1S_Mat_Vy_i
C1S_Mat_Vy_j
C1S_Mat_Vz_i
C1S_Mat_Vz_j
C1S_Mat_P_T
0 1500 39375 109375 281720 7500 12500 1250 1250
PISA3D指令
透過非線性材料來定義構件的非線性行為!
iSet以RC柱斷面C1S為例
X
Y
ZFX MX MZi
MZj
MYi
MYj
VYi
VYj
VZi
VZjHinge Model
BeamColumnBeamColumn ElementElement
國家地震工程研究中心National Center for Research on Earthquake
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iSet
材料數量
斷面數量
以單純無斜稱空構架為例
梁數量 柱數量= += 斷面數量 X 9
iSet會根據使用者原指定的斷面,並匯入重力分析的軸力,複製一的新斷面進行非線性材料的設定!新斷面名稱 原斷面名稱= _構件名稱
iReturn 自動移除iSet所新增的斷面與材料,回復至原先狀態!
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使用PISA4SB進行側推分析
國家地震工程研究中心National Center for Research on Earthquake
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iRead
計算性能目標地表加速度Ap(耐震能力)
自動導入容量曲線
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計算性能目標地表加速度Ap(耐震能力)
iRead
1
2
3
建議值!
國家地震工程研究中心National Center for Research on Earthquake
Engineering
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
400000
450000
500000
0 2 4 6 8 10 12
Roof Disp. (cm)
Bas
e Sh
ear (
kgf)
PISA4SBETABS
PISA4SB分析實例(一)(+X)長向側推
國家地震工程研究中心National Center for Research on Earthquake
Engineering
0.22g不控制1.42% < 2%Vmax =
422tfETABS
0.23g不控制1.45% < 2%Vmax =
431tfPISA4SB
性能目標地表加速度
軸力破壞準則
位移準則強度準則
PISA4SB分析實例(一)(+X)長向側推分析結果比較
國家地震工程研究中心National Center for Research on Earthquake
Engineering
PISA4SB分析實例(一)(-Z)短向側推
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
700000
800000
900000
0 2 4 6 8 10
Roof Disp. (cm)
Bas
e Sh
ear (
kgf)
PISA4SBETABS
國家地震工程研究中心National Center for Research on Earthquake
Engineering
0.42g不控制1.42% < 2%Vmax =
832tfETABS
0.45g不控制1.9% < 2%Vmax = 937tfPISA4SB
性能目標地表加速度
軸力破壞準則
位移準則強度準則
PISA4SB分析實例(一)(-Z)短向側推分析結果比較
國家地震工程研究中心National Center for Research on Earthquake
Engineering
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
0 2 4 6 8 10 12
Roof Disp. (cm)
Bas
e Sh
ear (
kgf)
PISA4SBETABS
PISA4SB分析實例(二)(+X)長向側推
國家地震工程研究中心National Center for Research on Earthquake
Engineering
0.28g不控制1.79% < 2%Vmax =
262tfETABS
0.29g不控制1.87% < 2%Vmax =
264tfPISA4SB
性能目標地表加速度
軸力破壞準則
位移準則強度準則
PISA4SB分析實例(二)(+X)長向側推分析結果比較
國家地震工程研究中心National Center for Research on Earthquake
Engineering
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
700000
0 2 4 6 8 10
Roof Disp. (cm)
Bas
e Sh
ear (
kgf)
PISA4SBETABS
PISA4SB分析實例(二)(-Z)短向側推
國家地震工程研究中心National Center for Research on Earthquake
Engineering
0.51g不控制0.61% < 2%Vmax =
658tfETABS
0.52g不控制0.59% < 2%Vmax =
635tfPISA4SB
性能目標地表加速度
軸力破壞準則
位移準則強度準則
PISA4SB分析實例(二)(-Z)短向側推分析結果比較
國家地震工程研究中心National Center for Research on Earthquake
Engineering
•開放免費使用的專案必須歸屬於「加速高中職及國中小老舊校舍補強整建計畫」•建築物總高度(含上下部結構)小於25m•模型節點總數上限為2000個節點•單位必須使用kgf-cm
PISA4SB使用須知
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使用PISA4SB進行校舍詳評的優點
6.求取容量曲線的另一項選擇5.若柱斷面為矩形或圓形可計算雙向塑性行為
4.可自動計算空構架構件軸力並匯入分析結果
7.根據三項準則自動求取Ap(建議值)
2.柱、梁、剪力牆開裂勁度折減3.自動計算柱、梁有效淨長
1.提供常見校舍樣板模型
結論
國家地震工程研究中心National Center for Research on Earthquake
Engineering
Thanks for your attention.PISA3D website:
http://pisa.ncree.org.tw