PUSHOVER分析方法全攻略

Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.静力弹塑性分析方法-Gen730版Copyrightⓒ2000-2003MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.北京迈达斯技术有限公司Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.内容目录•1大震分析程序简介•2、MIDAS/Gen适用范围•3、pushover分析原理•4、操作流程详解•5、常见问题与解答Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.1、主要大震分析程序方法优缺点应用程序主要特点静力弹塑性分析（push-over）1、优点：方法简单，便于理解。与动力时程分析法相比，Pushover方法概念清晰，实施相对简单，能使设计人员在一定程度上了解结构在强震作用下的反应，迅速找到结构的薄弱环节，从而完善抗震设计。2、不足：和实际结构的动力大震反应有一定差异，只能定性进行计算和整体把握，作为大震设计的参考。MIDAS/Gen能直接做剪力墙结构——实现便利，结果稳定，易于掌控。SAP2000、ETABS适用于杆系结构——墙需用支撑框架代替，实现起来较复杂。PKPM系列能直接做剪力墙结构动力弹塑性分析1、优点：能较真实地反映结构在时程地震波下的耗能状况，从而判断结构的抗震性能。2、不足：A、对软硬件要求比较高，计算时间很长，结果不便于整理。B、对使用人员技术水平要求高。操作和学习时间长（一般高级软件要半年以上）。C、动力弹塑性分析目前还是世界各国正在研究的领域，方法还不够成熟。因为以上原因，不容易得到稳定和满意的结果，因此目前也只能作为参考。ABAQUS采用纤维墙元模型——程序复杂，价格昂贵，需组建专业团队。MIDAS/Gen适用于杆系结构——大跨场馆、框架等，采用先进的纤维模型。Perform3D采用纤维墙元模型——全英文、手动命令输入，对操作者要求高，适用于科研院校等。PKPM系列可以做墙元。——操作便利，但人为可干预性较弱。Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.高层结构空间结构体育场2、MIDAS/Gen适用范围Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.方法原理：Pushover分析通过考虑构件的材料非线性特点，评估构件进入弹塑性状态直至到达极限状态时结构性能的方法。Pushover分析是最近在地震研究及耐震设计中经常采用的基于性能的耐震设计(Performance-BasedSeismicDesign,PBSD)方法中最具代表性的分析方法。所谓基于性能的耐震设计就是由用户及设计人员设定结构的目标性能(targetperformance)，并使结构设计能满足该目标性能的方法。分析目的：Pushover分析前要经过一般设计方法先进行耐震设计使结构满足小震不坏、中震可修的规范要求，然后再通过pushover分析评价结构在大震作用下是否满足预先设定的目标性能。如：1、通过pushover分析得到结构能力曲线。与需求谱曲线比较，判断结构是否能够找到性能点，从整体上满足设定的大震需求性能目标。2、性能点状态下结构的最大层间位移角是否满足规范“层间弹塑性位移角限值”的要求。（框架1/50,框剪1/100,纯剪1/120,框支层1/120）3、是否在模拟结构地震反应不断加大的过程中，构件的破坏顺序（塑性铰开展）和概念设计预期相符，梁、柱、墙等构件的变形,是否超过构件某一性能水准下的允许变形。3、pushover分析原理Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.能力谱曲线与需求谱曲线能力（谱）曲线：Pushover分析通过逐渐加大预先设定的荷载直到最大性能控制点位置，获得荷载－位移能力曲线(capacitycurve)。多自由度的荷载－位移关系转换为使用单自由度体系的加速度－位移方式表现的能力谱(capacityspectrum)。PushoverAnalysisCapacitySpectrumdSaSSDOFSystemroofroofCapacityCurveMDOFSystemtransformFbaseVbaseV分析得到的荷载-位移关系能力曲线转换为加速度-位移关系能力谱曲线3、pushover分析原理Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.需求谱曲线：地震作用的响应谱转换为用ADRS(Acceleration-DisplacementResponseSpectrum)方式表现的需求谱(demandspectrum)。DemandSpectrumn,2Ta22ndS4TSn,1TnTdSaSaSResponseSpectrumtransform性能点：通过比较两个谱曲线，得到一个交点——性能点（performancePoint）。性能点的状况，决定着结构的性能水平(performancelevel)。5%ElasticSpectrumPerformancePointDemandSpectrumCapacitySpectrumaSdSmaxDmaxA3、pushover分析原理Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.结构性能状况判断Pushover分析工况设定需求谱参考阻尼线（图中红色线）参考周期线（图中白色射线）性能点产生方法，两种方法均可与建筑物新旧相关性能点性能点处基底剪力、控制点的位移。可与小震下基底剪力及控制点位移比较，判断大震pushover分析结果的合理性。一般为3～4倍。性能点状况下的结构等效周期与等效阻尼修改图形显示状况3、pushover分析原理Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.4、操作流程详解（1）配筋条件的输入；（2）定义pushover主控数据；（3）定义pushover工况；（4）定义铰特性值，并分配铰；（5）计算与查看pushover分析结果。Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.（1）配筋条件的输入步骤同“钢筋混凝土结构抗震分析及设计”4、操作流程详解-配筋输入Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.对于梁柱，“排序”选为“特性值”，“更新配筋”项激活点“全选”按钮可自动勾选构件别忘了最后更新配筋方法1：利用程序配筋设计的结果特点：PUSHOVER分析时混凝土构件需配置钢筋，程序直接将设计配筋结果赋予构件。4、操作流程详解-配筋输入Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.对于墙，“排序”选为“墙号＋层”，“更新配筋”项激活4、操作流程详解-配筋输入Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.勾选要编辑验算的构件截面方法2：用户自定义配筋结果特点：在设计-钢筋混凝土构件设计参数-编辑验算用梁（柱、墙）截面参数，输入验算用截面，构件的最终实配配筋结果以此为准。可在方法一更新后配筋的基础上修改。4、操作流程详解-配筋输入Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.（2）定义pushover主控数据（位置：设计-pushover分析-pushover主控数据）步骤同“钢筋混凝土结构抗震分析及设计”4、操作流程详解-定义主控数据Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.在PUSHOVER荷载工况中选择考虑初始荷载。考虑轴力变化的影响时需要考虑初始荷载定义初始荷载适用于所有PUSHOVER荷载工况定义收敛条件定义PUSHOVER铰的刚度折减率默认值：在此修改默认值后点击确认键，则所有铰的刚度折减率都将自动修改。设置刚度折减率默认值自动计算具有分布型铰特性的梁单元的屈服强度时，需要参考梁单元某个位置的特性(如配筋)：I端、J端、中心4、操作流程详解-定义主控数据Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.（3）定义pushover工况（位置：设计-pushover分析-pushover荷载工况）步骤同“钢筋混凝土结构抗震分析及设计”4、操作流程详解-定义推覆工况Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.两个问题：如何推？推到何种程度？MIDAS/Gen中提供两种Pushover分析方法：A、基于荷载增量的荷载控制法B、基于目标位移的位移控制法MIDAS/Gen的荷载控制法：采用全牛顿－拉普森（Full-Newton-Raphson）方法。牛顿－拉普森方法是采用微分原理求解的方法。优点：是速度快，荷载概念明确。缺点：面对一个未知结构，荷载增量数不好控制，结构达到最大承载力后开始进入下降段，此时无法再增加荷载（Gen730可进行判断，然后自动保证收敛）。4、操作流程详解-定义推覆工况Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.分析获得的最终荷载(坍塌荷载)Qu弹性极限预测的坍塌荷载Qud*X等差级数对应的增分荷载位移荷载将最终(n+1)步骤的增分量作为后面的增分荷载基于荷载增分法的Pushover分析4、操作流程详解-定义推覆工况Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.基于目标位移的位移控制法MIDAS/Gen的位移控制法是由用户定义目标位移，然后逐渐增加荷载直到达到目标位移的方法。目标位移分为整体控制和主节点控制两种，整体控制是所有节点的位移都要满足用户输入最大位移，位移也是整体位移，不设置某一方向的位移控制。主节点控制是用户指定特定节点的特定方向上的最大位移的方法。基于性能的耐震设计大部分是先确定可能发生最大位移的节点和位移方向后给该节点设定目标位移的方法。初始的目标位移一般可假定为结构总高度的1%、2%、4%。这些数值一般相当于最大层间位移值，与结构的破坏情况相关。一般认为，整体结构达到该位移时，结构的破坏程度已包含并超过大震下结构的性能状态点。4、操作流程详解-定义推覆工况Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.0.0010.0020.0030.0040.000.0020.0040.0060.0080.00100.00=1.000.980.970.940.920.880.840.790.700.560.510.420.28DisplacementSCLoadSC=0.00SC0.01.0sC可以获得稳定解的区段荷载增量很难获得稳定解Cs接近0.0时，将自动终止分析当前刚度比弹性(线性)：Cs=1.0到屈服极限：1.0Cs0.0负区段：Cs＜0.04、操作流程详解-定义推覆工况两种方法的比较：终止分析条件Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.当前刚度比変位増分1Column刚度折减率：0.0→理想弹塑性分析模型位移控制结果：可获得稳定解荷载控制结果：屈服后的刚度为0.0，所以无法获得稳定解GenV730(NEW)每个步骤中都会计算当前刚度比，当前刚度