前言

全功能抗震滞回曲线处理程序、HLAMaster已更新到V2.5，更新日期2023.06.17。对于已经使用该软件的小伙伴，可以联系我进行免费更新。您可以在必应上搜索何小藤的博客，上面有详细的帮助文档、联系方式等。

该软件是绿色版，无需安装，只需单击即可运行，无需依赖Matlab插件或其他辅助平台。请注意：该软件只支持Windows系统，同时，为了使用软件，您需要进行注册，并将其绑定到您的电脑上，以保证软件的永久有效性，一机一码，永久有效（直到硬件损坏）。
（注：本软件针对通用需求一直都是免费更新、免费升级的）

何小藤致力于提供通用免费更新和免费升级的服务，感谢您一直以来的支持。

更新日志

软件界面

软件处理方法说明

最重要的就是滞回曲线的分解，如何把滞回曲线分解成一圈一圈的滞回环，分解是否正确直接影响最后的结果。可以有两种方法，即根据力和位移来分解滞回曲线，至于应该选哪种，需要根据试验的加载制度来确定。

下面说一下我的个人见解，不一定正确，欢迎讨论！软件中两种方法都支持，可以根据自己的需要选择。

两种方法的区别如下图所示：

与位移拆解相比，力拆解的曲线每一圈滞回环的面积会少出一部分，这也意味着耗能会减小一部分，这在前期构件处于弹性状态时影响不大，但进入弹塑性阶段后，差距会很明显，可以看下方的对比。

也就是说，本该采用位移拆解的曲线，错误的采用了力拆解，得出的结果在很大程度上也是不正确的。通常情况下，进行拟静力试验时，都是采用的位移加载制度，因此，软件中默认采用位移拆解滞回曲线。值得注意的是，有些试验采用力-位移混合加载，即在构件达到屈服点后采用位移控制加载，这种情况可以直接采用位移拆解，因为在屈服点以前还处于弹性变形状态，差别会很小，可以忽略不计。 更多的关于加载制度的来龙去脉，可以看这篇论文：

[1]王墩,赵海琼,吕西林.建筑结构拟静力试验方法的加载制度[J].四川建筑科学研究,2014,40(03):54-59.

正确拆分出滞回环后，后续的其他处理就水到渠成了，这里便不再细说。注意：是正确拆分滞回曲线后再进行后续分析，很多试验得到的曲线有很多瑕疵，对这类曲线，就需要先进行预处理，再分析！

数据正确性

部分小伙伴对软件处理出来的数据的正确性持怀疑态度，其实这是完全不用担心的，可能每个人的处理方法不同，但结果应该是相差不大的，对结果有怀疑的可以手算一下，不知道怎么手算的，可以直接联系我，我们一起来验证。

这里对比一下另外两款滞回曲线处理软件的结果，主要对比滞回环的面积。

• 软件A：仅支持力拆解
• 软件B：仅支持位移拆解
• HLAMaster：支持两种方式
  
  

由于软件A只能采用力拆解，且无法查看单圈滞回环的面积，因此这里对比的是累积滞回环的面积，结果保持一致。

软件B与HLAMaster的对比如下，结果几乎相等，软件B识别出来7圈，最后一圈不正确，应该舍弃。

软件适用性

采用该软件对大量拟静力试验和模拟的滞回曲线进行了测试，都可以很好的进行处理。注意：采用GetData图像识别软件取出来的数据不能处理，这是因为该软件取出来的点是乱序的，没有任何规律。

• 测试数据来源1

中国建筑学会抗震防灾分会建筑结构抗倒塌专业委员会。不过目前好像访问不了了，测试数据下方提供：

源文件中的滞回曲线数据大概有50条，由于软件导入的文件中只能有一条数据，因此需要把这些曲线处理一下，保存到单独的文件中。

打开Excel自带的开发工具，敲入以下代码，静静等待即可，有关于Excel工作簿的合并拆分的操作可以看下面这篇文章。

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Sub SingleCurve()

Dim sh As Worksheet, path$
Dim i As Integer

path = ThisWorkbook.path & "\" '设置工作簿保存路径
Application.ScreenUpdating = False '屏幕更新
Application.DisplayAlerts = False '不弹窗

For i = 1 To Worksheets.Count '遍历当前宏所在的工作簿中的工作表
    Worksheets(i).Rows("2:2").Delete
    Sheets.Add(after:=Worksheets(Worksheets.Count)).Name = "测试" + CStr(2 * i)
    Sheets.Add(after:=Worksheets(Worksheets.Count)).Name = "测试" + CStr(2 * i + 1)
    
    Worksheets(i).Columns("A:B").Copy
    Sheets("测试" + CStr(2 * i)).Paste
    
    Worksheets(i).Columns("D:E").Copy
    Sheets("测试" + CStr(2 * i + 1)).Paste
    
    Sheets("测试" + CStr(2 * i)).Copy '复制工作表
    ActiveWorkbook.SaveAs Filename:=path & "测试" + CStr(2 * i) & ".xlsx" '保存活动工作簿
    ActiveWorkbook.Close '关闭活动工作簿
    Sheets("测试" + CStr(2 * i)).Delete
    
    Sheets("测试" + CStr(2 * i + 1)).Copy
    ActiveWorkbook.SaveAs Filename:=path & "测试" + CStr(2 * i + 1) & ".xlsx"
    ActiveWorkbook.Close '关闭活动工作簿
    Sheets("测试" + CStr(2 * i + 1)).Delete
Next

Application.ScreenUpdating = True '开启屏幕更新

End Sub

• 测试数据来源2
  PEER Structural Performance Database，PEER结构性能数据库，该数据库目前提供了416根方形和圆形的柱子，并给出了柱子详细的几何参数和拟静力加载下的试验滞回曲线。

各参数的详细含义在官网也有详细说明，下载链接：参数含义

单击上方Search，输入相关筛选条件，便可以检索到相关曲线。

目前数据库中共有416个柱子，采用Python爬虫将这些柱子的信息及相应的试验滞回曲线下载下来。

网页比较简单，没有反爬虫机制，不需要复杂的分析，直接上代码：

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import requests
from lxml import html
import requests

headers = {
    'User-Agent': 'Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/89.0.4389.128 Safari/537.36 Edg/89.0.774.77'
}
for num in range(1, 417):
    url = 'https://nisee.berkeley.edu/spd/servlet/display?format=html&id={0}'.format(num)   
    response = requests.get(url=url)
    page_content = requests.get(url=url, headers=headers).content
    etree = html.etree
    tree = etree.HTML(page_content)
    content01 = tree.xpath('//tr')
    with open(str(num) + ".txt", "w", encoding="utf-8") as fp:
        for i in range(len(content01) - 1):
            temp = content01[i].xpath('./td/text()|./td/a/@href')
            if len(temp) != 0 and len(''.join(temp).strip('\n')) != 0:
                fp.write(''.join(temp) + '\n')
    print(str(num) + "成功")

将数据保存在TXT文件中，已全部下载并打包

下载方式为关注公众号：何小藤 ，在后台回复：PEER

软件功能

软件操作

具体的操作可见下方视频：

参数解释

数据导入

• 支持TXT、CSV、XLS、XLSX
• 一个文件一条曲线，第一列位移、第二列力
• 有无标题栏均可
• 典型文件格式见下图：

打开并导入文件

• 选中需要处理的滞回曲线， 导入后会显示在文件列表中。
• 单击文件列表中的文件，表示处理该滞回曲线，滞回环列表为当前滞回曲线的分解结果。

• 可以同时选中滞回环列表中的多个滞回环，单击显示即可绘制这些滞回环曲线。

• 可以同时选中滞回环列表中的多个滞回环，单击删除，该滞回环将从列表中删除。

滞回曲线参数处理设置

隔行取数

原始数据比较多的时候可以使用该功能，即从原始数据中隔多少行取一个数据，减少数据量的同时不改变曲线，方便进行处理，不过最近有小伙伴指出了一个问题，隔行取数的时候，有可能会跳过峰值点，确实存在这种问题，目前可以通过对比原始曲线和隔行取数后的曲线来判断取数合理不。

曲线拆解

两种滞回曲线的拆解方式，默认是按照位移来拆解滞回曲线的，注意：选择拆解方式后，曲线的后续参数计算均基于该拆解方式。

滞回数据导出

• 导出滞回数据：导出当前处理的滞回曲线，包括删除了滞回环的曲线也从这里导出。导出的文件中包含了原始的滞回曲线，删除滞回环后的曲线，隔行取数的曲线，还有分解后的滞回环。

评价指标

滞回曲线各个指标的含义和计算方法

• 可以参考建筑抗震实验规程（JGJ/T 101-2015）第 4.5 节，下面是规范的条文

这里做个汇总：

由于软件不能准确判断什么时候开始位移加载，因此无法计算强度退化系数，但软件输出了滞回环的峰值，可以导出数据后自行根据公式计算。

评价指标数据查看

位移递增

采用位移控制加载时，一般都需要在同级位移下加载多圈，位移递增就是筛选出同级位移的第一圈。

批量导出所有曲线的评价指标

导出的评价指标文件的结构如下图所示：

骨架曲线

概述

软件支持三种方法获得骨架曲线，即以每圈最大位移形成的包络线、以每圈最大力形成的包络线、以滞回曲线的包络线三种方式，选择最优的即可。与评价指标的导出一样，支持批量导出。

骨架曲线概念

骨架曲线是指将同方向（拉或压）加载的应力—应变曲线中，超过前一次加载最大应力的区段平移相连后得到的曲线称为骨架曲线。也可表述为滞回曲线上同向（拉或压）各次加载的荷载极值点依次相连得到的包络曲线称为骨架曲线。

延性系数的计算需要提取骨架曲线。建筑抗震实验规程（JGJ/T 101-2015）第4.5.2条解释道：

试体的骨架曲线应取荷载变形曲线的各级加载第一次循环峰值点所连成的包络线。

对于这句模糊的话，我觉得有两种解释：即

(1)骨架曲线是滞回曲线的各级加载第一次循环位移峰值点所连成的包络线。
(2)骨架曲线是滞回曲线的各级加载第一次循环荷载峰值点所连成的包络线。

这两种情况下得到的骨架曲线是不一样的，有时差别还很大，做试验的时候，如果加载速度控制的不好，很可能造成荷载峰值和位移峰值的连线有较大的差别，综合考虑这些情况，提供了三种骨架曲线的提取方式，用哪一种需要自己判断，一般来说，这三条骨架曲线应该是相差不大的，建议根据自己需要。
如果这三种方式仍然不能满足需求，你可以拖动骨架曲线 ，调整到你想要的状态。视图中的数据点可拖动，调整完毕后点击刷新即可改变数据，最后导出骨架曲线数据即可。

导出的骨架曲线数据

导出的文件结构示意如下图所示：

延性系数

方法概述

计算延性系数最重要的是确定屈服点位置，常见有以下几种处理方式：几何作图法、等能量法、Park法、最远点法和ASCE法。下面这几篇文献中对这五种方法进行了详细的解释，对存在的争议也有描述，可以看看。

ASCE. Seismic rehabilitation of existing buildings (ASCE/SEI 41–06)[J]. american society of civil engineers, 2007.

Yu, Xiaohui , D. Lu , and B. Li . “Estimating uncertainty in limit state capacities for reinforced concrete frame
structures through pushover analysis.” Earthquakes and Structures 10.1(2016):141-161.

冯鹏,强翰霖,叶列平.材料、构件、结构的“屈服点”定义与讨论[J].工程力学,2017,34(03):36-46.

确定了屈服点的计算方法，下面就是骨架曲线怎么选择，和上面骨架曲线一致，存在三种骨架曲线，因此在计算延性系数的时候，也需要自己判断到底采用哪一种，是取正向的骨架曲线还是负向的，软件都提供了，注意：对没有下降段的曲线，建议将极限强度系数设置为1.0。。

此外，软件支持直接导入骨架曲线计算延性系数功能，拓展了软件了实用性。

滞回曲线预处理

可能存在的缺陷

• 停顿点：当我们停下来去观察试验现象或其它原因停下来时，电脑依然在采集数据，这就造成了曲线存在很多停顿的点。停顿点删除就是把重合的点人为的去除，阈值就是两个点之间的距离，如果这两个点之间的距离小于阈值，则认为这两点重合，从而删除，图中红色的点即为要删除的停顿点。阈值X和阈值Y是否合适，可以对比原曲线与修正后的曲线，看差异大不大。

• 异常点：由于采集仪器的问题，造成数据发生异常。这并不意味着试验失败，异常之前的数据还是可以使用的。

• 锯齿、不平滑：手动控制千斤顶进行加载时，由于不能均匀的控制加载大小，就可能造成曲线不够平滑，甚至出现锯齿。

异常点、停顿点解决办法

对于异常点、停顿点，编制了程序GetCorrectionData，采用交互的方式删除的数据点，支持交互拖动、删除数据点，并且保持原数据顺序不变。具体可见下方视频，注意：由于录制的原因，视频中鼠标光标被缩小了，所以看起来没和鼠标接触的数据点也被删除了，实际是不存在这个问题的。

• 操作说明：
  • 拖动曲线：单击鼠标左键并拖动
  • 放大缩小曲线：滚动鼠标滚轮
  • 坐标轴比例：单击鼠标右键并拖动
  • 删除数据点：单击鼠标左键
  • 撤销：支持返回上一步
  • 隔行取数：支持隔行取数

也可以用HLAMaster自动删除停顿点，并不影响曲线形状，减少数据点，方便绘图；同时，使加载制度更清晰可见。

锯齿、不平滑的解决办法

试验得到的滞回曲线有抖动、噪点很正常，在原始曲线的基础上，适当的进行拟合，我认为是没问题的。提供5种算法来拟合曲线，每种算法效果不一样，需要自行尝试。
Catmull-Rom算法：曲线会经过其每一个控制点。
Chaikin(柴金)算法：由一组控制点开始，通过细分生成的曲线的方法。
Polynomial(多项式)算法：通过多项式来拟合曲线。
相邻平均法：利用邻近数据的平均值来拟合曲线。
二折线本构拟合：进行二折线材料参数拟合，不考虑各向同性强化。
控制点数量：
对于Catmull-Rom和Chaikin算法，控制点数量较小时效果更好；对于相邻近似算法，控制点数量较大时效果更好；采用Polynomial和二折线本构拟合时，无需输入控制点数量。5种算法都需要保持控制量数量小于曲线点数量，否则报错。
插值点数：影响较小，可以保持默认。
注意：平滑效果与控制点数量和拟合算法有关，可以多次尝试。

也可以对局部的曲线进行平滑，控制点数量和插值点数的取值与整体平滑规则相同，即对于Catmull-Rom和Chaikin算法，控制点数量较小时效果更好；对于局部相邻近似算法，控制点数量较大时效果更好。

平滑的数据可以直接导出。

动图制作

终于得到一条差不多满意的曲线了，不拿出来展示一下也说不过去。可以用来制作试验和曲线同步变化的加载过程的效果图。

• 支持曲线颜色修改
• 支持动图速度调节
• 支持任意二维曲线
• 支持在图中添加文字
• 支持导出无背景GIF（图片质量中选择灰度即可）
• 支持修改字体
• 支持自定义坐标轴标签
• 支持压缩GIF动图

批量导出所有数据

如果你并不想个性化处理下这些曲线，你可以批量导入文件，然后点导出所有数据就可以了。导出每个文件，就是每条曲线的所有数据，包括分解的滞回环、骨架曲线、评价指标和延性系数。值得注意的是，延性系数默认取骨架曲线的包络线来计算，Park法参数默认取0.75，极限强度系数默认取0.85，不能修改。
如果有不同的需求，可以在相应功能中进行单独设置输出。

常见问题及解决方式

常见问题

滞回曲线分解错误

滞回曲线分解错误出现的原因很大程度上是因为原始数据的问题，需要首先进行一下预处理才能正确的分解，如果直接采用原始曲线进行分析，可能出现以下几种情况：

• 只能识别半圈

• 分解起始方向错误

原始滞回曲线数据可能存在的问题

试验数据效果不好，抖动严重，直接分析虽然也可以，但是效果可能不是太好，有可能影响程序识别峰值。

• 抖动严重

• 在X轴或者Y轴附近跳点很多

数据异常

• 直接提示数据异常，无法处理。这种情况有两种可能：导入文件格式错误或者无法正确分解滞回环
  ，可以先检查一下导入的文件格式是否正确，确定不是格式问题后再对数据进行预处理。

解决方式

其实这些问题只要先预处理一下原始数据，就可以很好的解决。处理方式大概有以下几种方式，针对不同的曲线效果不同，可以都试一下。

• 停顿点删除

在不改变原始曲线的基础上，删除停顿的瑕疵点。将删除停顿点后的数据导出，再重新导入软进行分析。

• 利用GetCorrectionData手动删除抖动严重的点（效果很好，可以很方便的修正各种错误的曲线）

• 曲线平滑
  对原始曲线进行拟合，得到新的滞回曲线，可以解决大部分不能正确识别的问题，这也是软件加入大量平滑算法和局部平滑功能的原因。控制点数量就是从原始滞回曲线中抽出多少个控制点来拟合曲线，对于CatmullRom和Chaikin算法，控制点数量取少一些较好。

结语

作为一个资深的颜控，我认为一个软件没有好看的界面，是难以忍受的，这个软件满足了我的审美。此外，功能也很完善，我能想到的功能、细节都在里面了，有任何问题或者新的需求都可以联系我，欢迎试用，感谢支持。