建筑黑科技——CSEPA 结构工程师的无限手套
随着国家经济的高速发展，出现了大量的超高复杂结构，给结构设计分析带来了新的挑战。为准确了解超限复杂结构在各种工况下的各种性能，需要对结构进行非线性全过程分析。
CSEPA应用的超高层建筑代表项目
CSEPA作为一款结构高等非线性分析集成软件，将为结构工程师佩戴一只“无限手套”，帮助结构工程师解决超限复杂结构设计分析中的各种难题。
CSEPA应用的大跨空间结构代表项目
CSEPA由前处理、计算、后处理三大模块组成。其中，前处理模块是以Autocad作为图形处理平台，计算模块是利用ABAQUS求解器，后处理模块是以ABAQUS/CAE作为结果显示平台。该软件能够实现建筑结构非线分析模型快速建立、快速分析、一键生成报告等功能。
CSEPA前处理软件界面
CSEPA后处理界面
Part
1
CSEPA前处理
强大的数据接口
能够实现当前国内外主流设计软件模型导入，包括PKPM/SATWE、YJK、SAP2000、ETABS、Midas/Gen、Midas/Building，导入信息包括结构荷载、构件截面及材料、设计配筋结果等，真正实现弹塑性有限元分析模型与设计模型的完美统一。
CSEPA模型导入
丰富的材料本构库
利用ABAQUS材料用户子程序接口，采用Fortran语言编写了大量的材料用户子程序，建立了CSEPA材料本构库，主要包括普通混材料本构、考虑箍筋作用的Mander约束混凝土本构、方/圆钢管约束混凝土本构以及基于能量的剪力墙损伤本构等。通过与国内外经典的静力及动力试验进行对比，保证材料用户子程序的精确性和准确性。
材料本构库
剪力墙精细模拟
根据规范，在前处理平台自动生成、修改、查询剪力墙边缘构件信息，利用非线性分层壳单元精确模拟剪力墙的边缘构件的范围及配筋，更加准确地模拟剪力墙在地震下的性能。
剪力墙精细有限元模型
构件抗震性能验算
前处理软件能够根据结构抗震性能目标，依据《高层建筑混凝土结构技术规程》3.11.3条对结构进行抗震性能化验算，包括中震弹性、中震不屈服、大震弹性、大震不屈服以及墙肢受拉等。
抗震性能按规范自动验算
Xtract模型文件批量生成
Xtract是一款专业截面计算软件，能够准确绘制出构件的N-M相关曲线，在工程中广泛应用，但其手动建模繁琐、复杂。CSEPA前处理软件提供了Xtract模型文件批量生成功能，能够一次性生成任意多个不同截面、材料以及配筋的Xtract数据，满足用户的不同需求。
Xtract模型文件批量生成
智能网格划分
有限元模型网格质量影响着有限元分析精度，前处理软件采用铺砌法在网格划分时先划分剪力墙和梁柱单元，然后再划分楼板单元。通过共节点的方法实现节点的自由度协调，最后优化网格质量，保证弹塑性有限元分析的准确性。
智能网格划分
一键生成ABAQUS精细有限元模型
一键生成ABAQUS INP模型文件，实现结构设计模型与ABAQUS精细有限元模型的快速转换。
生成ABAQUS有限元模型
一键生成Perform 3D模型
一键生成Perform 3D软件二进制文件，成功实现CSEPA模型与Perform 3D模型的快速转换。
生成Perform 3D模型
一键生成SPA2000收缩徐变模型
收缩徐变模型采用钢筋、型钢、混凝土分离式建模方式，考虑了钢材对混凝土收缩徐变的限制作用。混凝土收缩徐变模型和非线性阶段施工模拟工况采用参数化定义的方式，一键生成，方便快捷。
生成SAP2000收缩徐变模型
预应力构件模拟
对于预应力构件，大多数动力弹塑性分析软件在分析时均按普通钢筋混凝土构件模拟，忽略构件预应力对结构整体刚度的影响。这种处理方式与结构实际情况不符，可能造成计算结果失真。CSPEA前处理软件提供了预应力构件定义与编辑功能，在结构弹塑性分析时考虑构件预应力对结构影响。
CSEPA预应力梁定义
ABAQUS预应力等效荷载
其他功能
CSEPA前处理是一款功能完善的前处理建模软件，为满足用户需求还添加了大量的模型修改编辑功能。
CSEPA其他功能
Part
2
CSEPA后处理
结构整体指标提取
CSEPA后处理为方便用户查看计算结果，添加了结构整体指标提取功能，主要包括层间位移角、楼层剪力、基底剪力时程曲线以及能量曲线等。
结构能量统计
层间位移角及层间剪力曲线统计
基底剪力时程曲线统计
构件损伤自动判别及统计
为方便用户合理评价结构抗震性能，CSEPA后处理程序提供了构件损坏性能自动判别功能，并且能够统计不同损坏程度构件的占比。
结构抗震性能定义
构件损伤性能统计
自定义数据库生成
CSEPA后处理根据ABAQUS分析结果，建立自定义SQLite数据库，将海量级ABAQUS的ODB数据库转换为数据表，提高了后处理的效率和准确性。
后处理数据库生成
超限分析报告一键生成
根据超限审查报告的内容及要求，通过多个SQLite数据库实现多组地震波计算结果的对比，实现超限审查报告的一键生成，报告中的文字、表格、图片圴为软件自动生成。
超限分析报告生成
Part
3
CSEPA主要分析领域
动力弹塑性时程分析
某超限高层建筑动力弹塑性时程分析
屈曲模态分析
某游泳馆屈曲模态分析
非线性稳定分析
某高铁站房大跨钢屋盖静力稳定分析
某大跨空间结构动力稳定分析
基于多尺度的非线性分析
某高铁站关键构件多尺度分析
某高铁站关键节点多尺度分析
超高层建筑施工全过程模拟
某超限高层建筑施工全过程模拟
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4
软件科技成果鉴定
软件成果成功通过了湖北省住房和城乡建设厅组织的相关领域权威专家的鉴定，软件成果总体达到“国内领先水平”。
CSEPA软件科技成果鉴定会
Part
5
结语
目前，非线性方法的发展还不完善，亟待解决的问题还很多。建筑结构高等非线分析性集成软件CSEPA将针对复杂建筑结构设计中的难点，持续为结构工程师提供方便快捷的非线性分析工具，形成一整套有效的非线性计算分析方案。
不久的将来，CSEPA通过与参数化设计、BIM 技术相结合，构建建筑设计集成化智能设计系统，为建筑设计不同阶段提供更加准确、直观的非线性分析结果，指导工程设计。
研发团队成员
张慎、胡文进、王杰、丁世伟、孟仲永、程明
中南建筑设计院 工程软件研发室
电话：027-87265723 / 027-87338287
邮箱：zhangshen202@163.com
地址：武汉市武昌区中南二路2号
工程软件研发室把握行业发展方向，结合公司博士后科研工作站，进行前沿工程及软件技术研发，并将科研成果转化为生产力，提高公司核心竞争力；参与20余项公司重大项目投标及复杂结构的设计与分析。先后主持住建部科学技术计划项目2项，湖北省住建厅建设科技计划项目3项，取得国家实用新型专利3项，软件著作权20项，在国内、外公开发表期刊论文20余篇。
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