静力弹塑性性分析基本原理

Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.静力弹塑性分析的基本原理Copyrightⓒ2000-2003MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.北京迈达斯技术有限公司黄竞Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.大震分析方法优缺点应用程序主要区别静力弹塑性分析方法简单，便于理解。与时程分析法相比,Pushover方法概念清晰,实施相对简单,同样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。midas能直接做剪力墙结构sap、etabs墙需要用组合框架代替，操作复杂。pkpm没有振型的加载方法。动力弹塑性分析对软硬件要求比较高，计算时间长，结果不便于整理，但能真是的反应结构在大震下的状态。midas只能做杆系结构sap、etabs只能做杆系结构pkpm可以做墙元。abaqus一般采用纤维墙元模拟。Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.静力弹塑性分析（Pushover分析）适用工程高层结构空间结构体育场Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.静力弹塑性分析（Pushover分析）Pushover分析是考虑构件的材料非线性特点，分析构件进入弹塑性状态直至到达极限状态时结构响应的方法。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。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。Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.静力弹塑性分析（Pushover分析）Pushover分析是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)。PushoverAnalysisCapacitySpectrumdSaSSDOFSystemroofroofCapacityCurveMDOFSystemtransformFbaseVbaseVCopyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.静力弹塑性分析（Pushover分析）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)，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通过比较两个谱曲线，评价结构在弹塑性状态下的最大需求内力和变形能力，通过与目标性能的比较，决定结构的性能水平(performancelevel)。5%ElasticSpectrumPerformancePointDemandSpectrumCapacitySpectrumaSdSmaxDmaxACopyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.分析目的经Pushover分析后,得到性能点,根据性能点时的变形,对以下三个方面进行评价:1)顶点侧移是否满足抗震规范规定的弹塑性顶点位移限值2)层间位移角是否满足抗震规范规定的弹塑性层间位移角限值。3)构件的局部变形是指梁、柱等构件塑性铰的变形,检验它是否超过建筑某一性能水准下的允许变形操作步骤---静力分析后进行配筋设计，并更新配筋---定义静力弹塑性分析主控数据---定义静力弹塑性分析工况---定义铰特性值，并分配铰---计算并查看静力弹塑性分析结果静力弹塑性分析（Pushover分析）Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.建模及进行静力分析步骤同“钢筋混凝土结构抗震分析及设计”Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.更新配筋对于梁柱，“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作用：将配筋结果赋予构件，做PUSHOVER分析时需要用到截面实配钢筋结果。Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.对于墙，“排序”选为“墙号＋层”，“更新配筋”项激活更新配筋Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.更新配筋勾选要编辑验算的构件截面方法2：利用用户定义的配筋结果若在此编辑验算用截面，则构件的最终实配配筋结果采用此定义的Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.Pushover荷载工况Pushover荷载工况涉及的两个问题A、如何推？B、推到何种程度?Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.Pushover荷载工况MIDAS/Gen中提供两种Pushover分析方法，即基于荷载增分的荷载控制法和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（FullNewton-Raphson）方法。牛顿－拉普森方法是采用微分原理求解的方法，其优点是速度快。采用荷载增分的Pushover分析方法的图形介绍如下。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Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.Pushover荷载工况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。Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.Pushover荷载工况输入大于1的整数（nstep=1)•推荐最小输入20(默认值：20)输入步骤数选择考虑则使用PUSHOVER主控数据中定义的初始荷载当使用PMM类型(考虑轴力的变化)铰时，需要更新铰的屈服强度，此时应选择考虑初始荷载。选择是否考虑初始荷载选择是否考虑P-Delta分析选择增量控制方法：荷载控制、位移控制定义PUSHOVER荷载工况Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.Pushover荷载工况最大位移一般为总高度×弹塑性层间位移角限值，参见《建筑抗震设计规范》5.5.5条选择基本模态作为Pushover荷载的分布模式周期与振型结果窗口Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.Pushover荷载工况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=0.00SC终止分析条件0.01.0sC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＜0.0Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.Pushover荷载工况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，当前刚度比为0.0时将自动停止分析。Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.Pushover荷载工况加载方式FEMA-273推荐三种形式:1)均匀分布:各楼层侧向力可取所在楼层质量；2)倒三角形分布:结构振动以基本振型为主时的惯性力的分布形式,类似于我国规范中用底部剪力法确定的侧向力分布；3)SRSS分布:反应谱振型组合得到的惯性力分布。midas程序提供了自定义分布、均匀加速度分布和振型荷载分布三种加载方式均匀加速度分布：提供的侧向力是用均一的加速度和相应质量分布的乘积获得的；振型荷载分布：提供的侧向力是用给定的振型和该振型下的圆频率的平方(ω2)及相应质量分布的乘积获得的,可以取任何一个振型其中,均匀加速度方法相当于均匀分布,振型荷载分布方法,当取第一振型时,相当于倒三角分布，用户也可以自定义水平力。采用振型荷载分布要有振型分析。Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.Pushover主控数据在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，需要参考特梁单元某个位置的特性(如配筋)→I端、J端、中心Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.MIDAS/Gen中铰特性的说明二维梁单元和三维梁－柱单元模型桁架单元模型定义铰特性值Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.MIDAS/Gen中铰特性的说明三维墙单元模型由中间的线单元，上下两端的刚性杆构成。中间的线单元与三维梁－柱单元相同，刚性杆在xz平面内做刚体运动。Etabs、sap中墙元的处理方法。柱子：定义铰特性值链杆:斜支撑：Copyrightⓒ2000-2007MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.定义铰特性值弯矩-旋转角(M-θ)本构单元弯矩-曲率(M-Φ)本构单元：集中型、分布型桁架单元（轴力)内力成分铰特性初始刚度铰位置Fx（轴力）轴力-位移（相对位移）EA/L单元中心Fy,Fz（剪力）剪力-剪切应变GAs单元中心Ｍｘ（扭矩）弯矩-旋转角GJ/L单元两端Ｍy,Ｍz（弯矩）弯矩-旋转铰6EI/L,3EＩ/L,2EＩ/