DRAIN-2DX 程式介紹

DRAIN-2DX (Prakash et al. 1993) 為一非線性動態結構分析程 式。DRAIN-2DX 程式主要功能為分析平面構架受地表加速度歷時下 之非線性歷時反應，過去十幾年廣泛應用於各種結構建築耐震行為之 研究。

2.3.1 結構元件模擬基本元素

DRAIN-2DX 中模擬結構基本桿件元素有下列數種：

1. 雙線性桁架元素 (Truss Element)：僅承受軸力之元素。如圖 2.10

所示，在受壓向分為降伏與挫屈兩種型式。

2. 雙線性梁柱元素 (Beam-Column Element)：同時承受軸力、剪力、

彎矩之元素，用於建立梁柱桿件。圖2.11 所示，一個梁柱元素由一 彈性桿件元素 (Elastic Element) 與兩塑性鉸 (Plastic Hinge) 所構 成，藉由兩者之勁度疊加模擬梁與柱實際勁度。如圖2.12 所示，梁 柱元素之P-M 交互影響關係於 DRAIN-2DX 分為 3 種，可依照實際 梁柱斷面之P-M 交會影響關係做模式之選擇。

3. 雙線性半剛性接頭元素 (Semi-Rigid Connection Element)：模擬各 型式彈簧，為兩個相同座標之節點以水平、垂直或者旋轉向之彈簧 作連結，如圖2.13 所示，多用於梁柱接頭區或彈性支承。

4. 彈性板元素 (Elastic Panel Element)：如圖 2.14 所示，經由定義四 端節點以界定範圍，模擬板或牆之元素。考慮垂直向與水平向之撓 曲與軸向剛度，以及剪力剛度，如圖2.15 所示；但是程式僅定義彈 性段行為，非彈性行為則未加定義。

5. 連接元素 (Link Element)：類似桁架元素，僅能承受軸力，但更進 一步定義元素僅能承受拉力或壓力，力-變形關係之定義更加詳細，

用於模擬如繩索等僅受拉力或僅受壓力等結構元件。

6. 纖維梁柱元素 (Fiber Beam-Column Element)：將一梁柱斷面分為 若干個纖維元素 (Fiber Element) 計算斷面性質，若考慮 P-M 交互 影響關係，此元素較雙線性梁柱元素精準。

2.3.2 程式功能

DRAIN-2DX 功能眾多，應用範圍廣，此節將對較為之常用功能

整理如下：

1. 可求出結構體形狀函數之模態分析 (Mode Shape) 與結構自然頻 率。

2. 可進行線性靜力分析，適用於重力靜載重以及活載重，並可使用增 量疊代進行非線性靜力分析。

3. 非線性地表加速度歷時反應分析 (Ground Acceleration)。

4. 非線性地表位移歷時反應分析 (Ground Displacement)，適用於分析 橋樑受地震力下之反應。

5. 反應譜之線性動力分析 (Response Spectrum)。

6. 非線性動力初始速度分析 (Initial Velocity)，適用於研究衝擊載重。

7. 包含能量之計算，使動力分析之準確性較容易掌握。

8. 可儲存結果，並於下次執行時再加入新的載重於同樣之結構，於前 一次之受力後變形狀態下再進行分析。

9. 如欲指定特定內容之列印，有單獨之後處理列印程式。

2.3.3 程式特色

DRAIN-2DX 之程式特色簡介如下：

1. DRAIN-2DX 為 固 定 格 式 輸 入 ， 無 視 窗 型 軟 體 方 便 使 用 ， 但 DRAIN-2DX 採用分離指令式 (Separator) 區分每一輸入之段落，

如 束 制 (*RESTRAINTS) 、 元 素 (*ELEMENTGROUP) 與 節 點 (*NODECOORDS) 等指令。

2. 分析模式較多種，可於一個輸入檔 (Input File) 中執行數種分析模 式。

3. 靜力分析可使用位移增量控制與力量增量控制，可模擬實驗施力方 式而選擇控制模式。位移增量控制尚可分為單個節點絕對位移控制 或多個節點相對位移控制。

4. 於地表運動歷時分析中，不僅可輸入水平向及垂直向之地表運動歷 時，尚可輸入結構旋轉中心方向之地表運動歷時。

5. 可考慮二次效應，採用方法為加入幾何勁度矩陣，可於每個歷時步 驟 (Time Step) 更新幾何勁度矩陣。