Midas-邊界非線性分析

1、w w w.M i d a s U s e r.c o m例題邊界非線性分析2 例題11. 邊界非線性分析概要此例題將介紹利用MIDAS/Gen做邊界非線性分析的整個過程,以及查看分析結(jié)果的方法。此例題的步驟如下:1.隔震器算例簡介2.設(shè)定操作環(huán)境及定義材料和截面3.用建模助手建立模型4.建立框架柱5.樓層復(fù)制及生成層數(shù)據(jù)6.定義邊界條件7.輸入樓面荷載8.定義結(jié)構(gòu)類型9.定義質(zhì)量10.輸入時程分析數(shù)據(jù)11.運(yùn)行時程分析12.時程分析結(jié)果13.阻尼器算例簡要分析14.定義阻尼器特性值15.查看阻尼器算例時程分析結(jié)果1.簡要本例題介紹使用MIDAS/Gen 進(jìn)行邊界非線性分析的方法。通過兩個例題

2、模型來分別說明MIDAS/Gen在進(jìn)行有隔震器和阻尼器的結(jié)構(gòu)的時程分析過程及結(jié)果。(該例題數(shù)據(jù)僅供參考基本數(shù)據(jù)如下:軸網(wǎng)尺寸:見平面圖柱: 600x600梁: 250x600混凝土: C30層高:一五層:3.0m地震波: El Centro設(shè)防烈度: 7º分析時間: 20秒 圖1. 分析模型3例題邊界非線性分析4 2.設(shè)定操作環(huán)境及定義材料和截面在建立模型之前先設(shè)定環(huán)境及定義材料和截面1.主菜單選擇文件>新項目2.主菜單選擇文件>保存: 輸入文件名并保存3.主菜單選擇工具>單位體系: 長度 m, 力 kN 圖2. 定義單位體系4.主菜單選擇模型>材料和截面特性

3、>材料:添加:定義C30混凝土材料號:1 名稱:C30 規(guī)范:GB(RC混凝土:C30 材料類型:各向同性5.主菜單選擇模型>材料和截面特性>截面:添加:定義梁、柱截面尺寸注:也可以通 過程序右下角隨時更改單位。 5圖3 定義材料圖4 定義梁、柱截面例題邊界非線性分析6 3.用建模助手建立模型主菜單選擇文件>新項目主菜單選擇模型>結(jié)構(gòu)建模助手>框架:輸入:添加x坐標(biāo),距離6,重復(fù)4;添加z坐標(biāo),距離6,重復(fù)1;距離3,重復(fù)1;距離6,重復(fù)1 編輯: Beta角,90度;材料,C30;截面,250x600;生成框架;插入:插入點(diǎn),0,0,0;Alpha,-90

4、度。 圖5 建立框架 74.建立框架柱生成框架柱的步驟如下:主菜單選擇 模型>單元>擴(kuò)展:擴(kuò)展類型:節(jié)點(diǎn)線單元 單元類型:梁單元 材料:C30截面:600×600 輸入柱子高度:dz=-3 在模型窗口中選擇生成柱的節(jié)點(diǎn)圖6 生成框架柱注: 此處柱子高度-3,負(fù)號代表沿Z 軸負(fù)向。例題邊界非線性分析85.樓層復(fù)制及生成層數(shù)據(jù)文件1:主菜單選擇建筑物數(shù)據(jù)>復(fù)制層數(shù)據(jù):復(fù)制次數(shù):5 距離:3 添加在模型窗口中選擇要復(fù)制的單元2:主菜單選擇建筑物數(shù)據(jù)>定義層數(shù)據(jù):考慮剛性樓板地面高度:點(diǎn)擊,若勾選使用地面高度,則程序認(rèn)定此標(biāo)高以下為地下室 圖7 生成層數(shù)據(jù)注:需要輸出

5、時程分析層結(jié)果的時候,勾選時稱分析結(jié)果的層反應(yīng) 96.定義邊界條件1:右鍵>節(jié)點(diǎn)>復(fù)制和移動:選擇底部節(jié)點(diǎn)( Z=-3,dx,dy,dz=0,0,-0.1,點(diǎn)擊試用 2:主菜單選擇 模型>邊界條件>一般連接特性值:名稱:ISO1 作用類型:內(nèi)力 特征值類型:鉛芯橡膠支座隔震裝置線性特性值:有效剛度 Dx 10000000 KN/m , Dy 1000 KN/m ,Dz 1000 KN/m 非線性特性值:Dy ,Dz: 彈性剛度 1000 KN/m ,屈服強(qiáng)度 100 KN 屈服后剛度與彈性剛度之比 0.02 滯后循環(huán)參數(shù) a=0.5 ,b=0.5 3:主菜單選擇 模型&

6、gt;邊界條件>一般連接: 名稱:ISO1 類型:鉛芯橡膠支座隔震裝置 兩點(diǎn):點(diǎn)取 X=0,Y=0,Z=-3和Z=-3.1的兩節(jié)點(diǎn) 勾選復(fù)制一般連接選項,復(fù)制軸 x ,間距 46,點(diǎn)擊試用 重復(fù)上述步驟,將需要布置支座位置的節(jié)點(diǎn)一般連接布置好。 4:主菜單選擇 模型>邊界條件>一般支承: 在模型窗口中選擇Z=-3.1嵌固點(diǎn):圖8 輸入一般連接特性值注:對于連接單元的Dx 方向剛度指連接單元的軸向剛度,Dy 、Dz 方向剛度指連接單元的剪切向剛度例題邊界非線性分析10 圖9 布置一般連接 圖10 輸入邊界條件 11 7.輸入樓面荷載1:主菜單選擇 荷載>靜力荷載工況: D

7、L :恒荷載 LL :活荷載 圖11 定義荷載工況2:主菜單選擇 荷載>自重: 荷載工況:DL 自重系數(shù):Z=-1 圖12 定義自重例題 邊界非線性分析12 3:菜單選擇 荷載>定義樓面荷載類型:定義各房間荷載:名稱:OFFICE 荷載工況:DL (LL 樓面荷載:-4,-2 名稱:ROOF 荷載工況:DL (LL 樓面荷載:-6,-0.5 圖11 定義樓面荷載4:主菜單選擇 荷載>分配樓面荷載:樓面荷載類型:OFFICE 分配模式:雙向(或長度 荷載方向:整體坐標(biāo)系Z 復(fù)制樓面荷載:方向Z ,距離43 同樣的方法輸入ROOF 樓面荷載 圖12 定義樓面荷載注: 樓面荷載分配

8、不上,可檢查分配區(qū)域內(nèi)是否有空節(jié)點(diǎn)、重復(fù)節(jié)點(diǎn)、重復(fù)單元。注: 此處負(fù)號代表荷載方向沿Z 軸負(fù)向。 圖13 顯示樓面荷載8.定義結(jié)構(gòu)類型主菜單選擇模型>結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)類型:3-D (三維分析將結(jié)構(gòu)的自重轉(zhuǎn)換為質(zhì)量:轉(zhuǎn)換到X、Y (地震作用方向13例題邊界非線性分析14 圖14 定義結(jié)構(gòu)類型9.定義質(zhì)量主菜單選擇模型>質(zhì)量>將荷載轉(zhuǎn)換成質(zhì)量:質(zhì)量方向:X,Y 荷載工況:DL LL組合系數(shù):1.0 0.5 圖15 定義荷載質(zhì)量1510.輸入時程分析數(shù)據(jù)1:主菜單選擇 荷載>時程分析數(shù)據(jù)>時程荷載函數(shù): 添加時程函數(shù):時間函數(shù)數(shù)據(jù)類型:無量綱加速度 地震波:選Elcent

9、-h 波(或其它波 最大值:0.035g 圖16 添加時程荷載函數(shù)2:主菜單選擇 荷載>時程分析數(shù)據(jù)>時程荷載工況: 添加荷載工況名稱:SC1 結(jié)束時間:20秒 分析時間步長:0.02 輸出時間步長:2 分析類型:非線性 分析方法:振型疊加法注:抗震設(shè)計規(guī)范中,7度區(qū)多遇地震地震加速度時程曲線最大值取352/cm s ,所以加速度最大值取0.035g例題邊界非線性分析16 時程類型:瞬態(tài)(地震波,當(dāng)波為諧振函數(shù)時選擇線性周期。阻尼:直接輸入,輸入所有振型的阻尼比: 0.05圖17 添加時程荷載工況3:主菜單選擇荷載>時程分析數(shù)據(jù)>時程荷載工況>特征值分析控制: 分

10、析類型:默認(rèn)即可頻率數(shù)量:10(振型數(shù)其它選項一律默認(rèn)即可 圖18 特征值分析控制4:主菜單選擇荷載>時程分析數(shù)據(jù)>地面加速度時程分析荷載工況名稱:SC1X-方向時程分析函數(shù):函數(shù)名稱:Elcent-h系數(shù):1(地震波增減系數(shù)到達(dá)時間:10秒(表示地震波開始作用時間Y-方向時程分析函數(shù):函數(shù)名稱:Elcent-h系數(shù):1(地震波增減系數(shù)到達(dá)時間:15秒(表示地震波開始作用時間Z-方向時程分析函數(shù):若不考慮豎向地震作用此項可不填水平地面加速度的角度:X、Y兩個方向都作用有地震波時,如果輸入0度,表示X方向地震波作用于X方向,Y向地震波作用于Y方向。如果輸入90度,表示X方向地震波作用

11、于Y方向,Y向地震波作用于X方向。如果輸入30度,表示X方向地震波作用于與X軸成30 度方向,Y向地震波作用于與Y軸成30度方向。 圖19 定義地面加速度17例題邊界非線性分析18 11.運(yùn)行時程分析主菜單選擇分析>運(yùn)行分析以上為整個前處理階段,包括建模、荷載輸入、分析選項。12.時程分析結(jié)果(與未加隔震支座結(jié)果對比 1:主菜單選擇結(jié)果>分析結(jié)果表格>周期與振型 :圖20 周期與振型表格(未加隔震支座 圖21 周期與振型表格(加隔震支座注:周期與振型表格中,提供以下結(jié)果,各振型參與質(zhì)量、振型參與系數(shù)、振型方向系數(shù)、參與質(zhì)量。當(dāng)需要判斷模型的某一振型是X、Y向平動還是扭轉(zhuǎn)時,需

12、要綜合振型參與質(zhì)量和振型方向系數(shù)來判定。2:主菜單選擇結(jié)果>時程分析結(jié)果>時程分析圖形>層數(shù)據(jù)圖形>層剪力最大值 圖22 層數(shù)據(jù)圖形 圖23 層剪力最大值(未加隔震裝置 圖24 層剪力最大值(加隔震裝置19例題邊界非線性分析20 2:主菜單選擇結(jié)果>時程分析結(jié)果>層數(shù)據(jù)圖形>層剪切/傾覆彎矩 (by step圖25 層剪力步驟 圖26 層剪力步驟輸出圖形(未加隔震裝置 圖27 層剪力步驟輸出圖形(加隔震裝置13.粘滯阻尼器算例模型基本情況二維框架:只考慮XZ平面內(nèi)自由度的時程分析層高3米,總高度為十層材料:鋼材 Q345截面:W 27x94 (梁W 3

13、6x135 (柱 圖28 二維框架21例題邊界非線性分析22 14.定義阻尼器特性值1:主菜單選擇模型>邊界條件>一般連接特性值:名稱:Damper 作用類型:內(nèi)力特征值類型:粘彈性消能器線性特性值:有效阻尼 Dx 1000 KN*sec/m非線性特性值: Dx:阻尼類型:Maxwell模型消能器阻尼: 2000 kN參考速度:1 m/sec阻尼指數(shù):0.5連接彈簧剛度:1000000 KN/m2:主菜單選擇模型>邊界條件>一般連接:名稱:Damper 類型:粘彈性消能器兩點(diǎn):點(diǎn)取布置阻尼器連接的兩個節(jié)點(diǎn)重復(fù)上述步驟,將需要布置阻尼器位置的節(jié)點(diǎn)一般連接布置好。 圖29 輸入一般連接特性值 圖30 阻尼器非線性特性值圖31 布置一般連接 圖31 阻尼