用結構大師做彈塑性分析

1、第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司midas Gen & midas Building 技術講座技術講座新技 術 新流程 新概念用結構大師用結構大師做彈塑性分析做彈塑性分析1第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座目錄目錄彈塑性分析的意義兩種彈塑性分析方法比較靜力彈塑性分析 基本概念及原理 操作技巧； 工程實例；動力彈塑性分析彈塑性分析推薦電腦配置2第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座彈塑性分析的意義彈塑性分析的意義了解結構抵抗大震（中震）的能力； 抗震設防目標：小震不壞，中震可修，大震不倒；l 規(guī)則結構：通過概念設計和抗震構造措施

2、來保證；l 不規(guī)則結構：存在薄弱部位，局部破壞-結構倒塌；了解結構的薄弱層或薄弱位置；判斷結構是否滿足“強柱弱梁，強剪弱彎”3第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜、動力彈塑性分析比較靜、動力彈塑性分析比較比較內容比較內容靜力彈塑性靜力彈塑性動力彈塑性動力彈塑性施加荷載等效靜力荷載地震波加載方式單向遞增往復加載單方向多向（雙向/三向）材料特性雙折線，三折線，F(xiàn)EMA滯回模型靜力彈塑性還是動力彈塑性？靜力彈塑性還是動力彈塑性？新高規(guī)報批稿3.11.4條規(guī)定：高度200m 時，應采用彈塑性時程分析法；高度在150200m 時，可視結構不規(guī)則程度選擇靜力或時程分析法。高度超過

3、300m 的結構，應由兩個獨立的計算進行校核； 靜力彈塑性靜力彈塑性基本概念及原理5第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l 靜力彈塑性分析步驟靜力彈塑性分析步驟靜力分析和設計；查看整體指標（周期，振型，7個主要比值等）；查看超筋超限信息；生成靜力彈塑性分析首選項；荷載：初始荷載，加載模式，P-delta效應；分析：步長控制，分析終止條件；非線性特性值：配筋數據，塑性鉸和纖維定義；自動生成靜力彈塑性分析數據（一鍵生成）； 荷載工況，鉸數據；運行靜力彈塑性分析并查看結果； 6第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性

4、l 初始荷載初始荷載定義結構的初始內力狀態(tài)； 復雜結構應進行施工模擬分析，應以施工全過程完成后的內力為初始狀態(tài)；（高規(guī)審批稿3.11.4） 一般：DL+0.5LL； FEMA: DL+0.25LL；對于柱鉸（P-M-M相關） 初始荷載引起的軸力會影響構件的塑性鉸特性值；初始荷載最好分步施加（510步）；7第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l 考慮幾何非線性考慮幾何非線性高規(guī)審批稿高規(guī)審批稿 5.5.1 高層建筑混凝土結構進行彈塑性計算分析時，應考慮幾何非線性影響；幾何非線性- P-效應 （重力二階效應）在橫向荷載引起的內力和變形基礎上，豎向荷載引起

5、的附加內力和變形；8第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l 加載模式加載模式 （1）振型：振型： 做特征值分析，提取基本模態(tài)； （2）等加速度：等加速度： 慣性力，取決于各層質量； （3）靜力荷載工況：靜力荷載工況： 利用已定義的荷載工況； 振型振型 等加速度等加速度 靜力荷載靜力荷載 （4）層剪力：層剪力： 原則：反映實際的地震力分布（優(yōu)選層剪力）9第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l 分析終止條件分析終止條件 達到極限層間位移角； 達到最大位移； 某個節(jié)點的最大位移 整個結構的最大位移 最大位移方向

6、當前剛度與初始剛度的比值 10第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l 塑性鉸特性塑性鉸特性p單軸鉸與多軸鉸；p鉸成分： 梁：My, Mz; 柱：P-M-M相關； 支撐：軸力11第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l彈塑性本構曲線彈塑性本構曲線 FEMA 雙折線雙折線 三折線三折線 本構關系本構關系屈服點屈服點鋼筋混凝土鋼筋混凝土/型鋼混凝土型鋼混凝土鋼結構鋼結構/鋼管混凝土鋼管混凝土雙折線P1極限彎矩Mcr極限彎矩My三折線P1開裂彎矩Mcr屈服彎矩MyP2極限彎矩Mu極限彎矩Mu12第三代結構設計解決方案

7、北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性p彈塑性本構曲線彈塑性本構曲線 三種鉸對比三種鉸對比(彎矩鉸彎矩鉸) 梁截面：400*800； E：3*107 ; I=0.0170667m4; L=4.2m; MMcr: 三種鉸剛度值相同；McrMu: K雙折線K三折線KFEMA ; 13第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l 配筋結果配筋結果 從繪圖師導入實配鋼筋結果； 計算配筋x超配系數； 可按構件指定超配系數說明：A. Pushover分析之前一定 要進行分析和設計；B. 推薦采用實配鋼筋結果；14第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術

8、有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l 墻纖維墻纖維 單元屈服的判斷標準：單元屈服的判斷標準： x-屈服評估用殘留系數； M-纖維數量； m-達到屈服的纖維數量； N-高斯積分點數量，墻單元為4個； n-達到屈服的高斯積分點數量； 軸向與彎曲：m (1-x)*M; 剪切：n (1-x)*N; 15第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l 墻纖維墻纖維- 混凝土本構模型混凝土本構模型（混規(guī) 附錄C.2.4） fc*: 混凝土單軸抗壓強度代表值； c: 混凝土峰值壓應變； u: 曲線下降段，混凝土峰值壓應變?yōu)?0.5 fc*時的混凝土壓應變；不考慮

9、混凝土的抗拉能力 16第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l 墻纖維墻纖維- 鋼筋本構模型鋼筋本構模型 fy: 鋼筋強度設計值； E1: 鋼筋屈服前剛度； 彈性模量值-混規(guī)表4.2.5 E2: 鋼筋屈服后剛度； = E2/E1: -0.01,接近于理想彈塑性； 17第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l 墻纖維墻纖維- 剪切模型剪切模型 - 理想彈塑性模型 1: 屈服剪應力； G: 剪切模量；G=0.4E 1: 屈服剪應變；18第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性

10、l 墻纖維墻纖維- 剪切模型剪切模型 Building中剪切破壞判斷標準： 基于抗剪極限承載力的名義屈服應變方法基于抗剪極限承載力的名義屈服應變方法 使用材料強度標準值計算剪力墻構件的極限抗剪承載力使用V/(bh0)計算名義屈服剪應力名義屈服剪應變=名義屈服剪應力/剪切模量n使用Building方法計算的屈服剪應變一般在1/100003/10000之間。n可以由用戶手動輸入。（屈服剪應力=0.0004xG）19第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l 墻纖維墻纖維- 墻鉸墻鉸 墻鉸墻鉸（Gen） 墻纖維墻纖維（Building）判斷內容內力（彎矩，剪力

11、）應力/應變整個構件單元（劃分網格后）鋼筋（屈服）混凝土（壓碎）剪力墻（剪切破壞）判斷位置墻的頂部和底部每個單元計算效率高低20第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l 性能點性能點 能力譜能力譜 需求譜需求譜 21第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l 性能點性能點 需求譜與能力譜的交點。 反映了結構在相應地震作用下的最大塑性變形能力。 尋找性能點的出發(fā)點： 性能點處，有效阻尼值相等； 22第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l 查看分析結果查看分析結果-彈塑性層

12、間位移角彈塑性層間位移角 是否滿足抗規(guī)中規(guī)定的彈塑性層間位移角限值要求； (抗規(guī)抗規(guī)表表5.5.5 彈塑性層間位移角限值彈塑性層間位移角限值) 結構類型【p】單層鋼筋混凝土柱排架1/30鋼筋混凝土框架1/50地步框架砌體房屋中的框架-抗震墻1/100鋼筋混凝土框架-抗震墻、板柱-抗震墻、框架-核心筒1/100鋼筋混凝土抗震墻、筒中筒1/120多、高層鋼結構1/5023第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l 查看分析結果查看分析結果-基底剪力基底剪力； 與反應譜法得到的基底剪力在合理比例范圍之內；(35倍) 地震影響系數最大值地震影響系數最大值 設防設

13、防烈度烈度6（0.05g）7（0.10g）7（0.15g）8（0.20g）8（0.30g）9（0.40g）小震0.040.080.120.160.240.32中震0.120.230.340.450.680.90大震0.280.500.720.901.201.4024第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l 查看分析結果查看分析結果-塑性鉸分布塑性鉸分布； FEMA: B（屈服）、IO 、 LS 、 CP 、 C 、 D 、 E（完全破壞） 雙折線；1-yield； 三折線： 1-yield、2-yield； 纖維：應變等級1、2、3、4、5 反映混凝土

14、/鋼筋/墻單元受力狀態(tài)； 數值為當前應變與屈服應變之比； 反映單元破壞的程度靜力彈塑性靜力彈塑性操作技巧26第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l 如何找到性能點？如何找到性能點？ 查看超筋超限信息梁：受壓區(qū)高度；最大配筋率；最小受剪截面等；柱：軸壓比，最大配筋率；最小受剪截面； 節(jié)點抗剪驗算等； 墻梁：受壓區(qū)高度；最大配筋率；最小受剪截面等；墻柱：軸壓比，最大配筋率；最小受剪截面；穩(wěn)定性驗算等；超筋超筋-承載力高估承載力高估-收斂不容易，結果不準確；收斂不容易，結果不準確；調整，盡量消除超筋超限構件；調整，盡量消除超筋超限構件；應特別關注對構件塑性

15、特性有影響的部分；應特別關注對構件塑性特性有影響的部分；27第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l 如何找到性能點？如何找到性能點？ 優(yōu)化設置 初始荷載分布施加（510步）；28第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l 如何找到性能點？如何找到性能點？ 優(yōu)化設置 選擇層剪力層剪力或振型振型加載模式；29第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l 如何找到性能點？如何找到性能點？ 優(yōu)化設置 選擇等步長加載；自動調整步長：未收斂時自動減小步長；在荷載位移曲線接近水平段反復迭

16、代，提高精度的 同時，增加計算時間。30第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l 如何找到性能點？如何找到性能點？ 優(yōu)化設置 設定最大位移控制點及其方向；最大位移方向取為加載方向；控制節(jié)點可指定為頂層角柱頂點；31第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l 如何找到性能點？如何找到性能點？ 優(yōu)化設置 塑性鉸的定義：彎矩-旋轉角；不考慮軸力鉸； 橫向荷載作用下框架結構梁單元彎矩最大值一般出現(xiàn)在兩端。集中鉸為端部非線性彈簧加上中間彈性單元，分析更容易收斂。對于梁柱單元，一般不允許發(fā)生軸向破壞，所以可不考慮軸力鉸。32

17、第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l 如何找到性能點？如何找到性能點？ 優(yōu)化設置先初算再細算，初算時： 先算一個方向； 減小步驟數（30步）； 不考慮P-Delta效應；采用實配鋼筋；在building中建模等33第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l 如何提高基底剪力？如何提高基底剪力？ 選擇塑性鉸類型； 三種鉸對比(彎矩鉸) 梁截面：400mm*800mm； 彈性模量：3*104Mpa ; 慣性矩：0.0170667m4; 長度：4.2m；MMcr: 三種鉸剛度值相同；McrMu: K雙折線K三折線K

18、FEMA ; 34第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l 如何提高基底剪力？如何提高基底剪力？ 提高纖維剪切屈服應變值；將輸入方法改為用戶輸入；計算屈服剪應力：=G x 取為4/10000; 35第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座靜力彈塑性靜力彈塑性l 如何提高基底剪力？如何提高基底剪力？ 增加剪力墻網格尺寸；剪力墻網格尺寸越大，越不容易破壞；單元破壞=剛度折減=承載力下降； 靜力彈塑性靜力彈塑性工程實例37第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座工程實例工程實例結構形式：框剪結構共計37層，1層為底盤。

19、基本設置如下：38第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座工程實例工程實例靜力彈塑性結果曲線：基底剪力：大震：1.099*104KN；小震：3019.525KN比例：3.64；最大彈塑性層間位移角：0.0034容許層間位移角：1/10039第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座工程實例工程實例鉸狀態(tài)： 剪力墻鉸主要發(fā)生在2層根部。40第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座工程實例工程實例結構形式：框剪結構，中間開洞；共計14層，3層為夾層，4F為轉換層基本設置如下：41第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座工

20、程實例工程實例靜力彈塑性結果曲線：基底剪力：大震：2.193*104KN；小震：6935.675KN比例：3.162；最大彈塑性層間位移角：0.003336容許層間位移角：1/10042第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座工程實例工程實例鉸狀態(tài)： 框架墻鉸主要出現(xiàn)在轉換層附近梁端。 墻鉸從轉換層開始逐漸向下蔓延。43第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座工程實例工程實例層間位移角：44第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座工程實例工程實例結構形式：主體剪力墻結構，底下3層伸出部分框架；共計26層，68.1m.基本設置如下：45

21、第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座工程實例工程實例靜力彈塑性結果曲線：基底剪力：大震：2.078*104KN；小震：10141KN比例：2.049；最大彈塑性層間位移角：0.00473容許層間位移角：1/12046第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座工程實例工程實例鉸狀態(tài)： 梁大部分處于開裂狀態(tài)。 部分剪力墻發(fā)生剪切破壞。47第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座工程實例工程實例層間位移角：動力彈塑性動力彈塑性49第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座動力彈塑性動力彈塑性l 如何選波？如何選波？1.

22、初步判斷：頻譜特性（特征周期）；頻譜特性（特征周期）； Tg=2 EPV/EPA; (地震波) EPV：有效峰值速度； EPA：有效峰值加速度； 與規(guī)范比較，誤差控制在20%以內。 設計地設計地震分組震分組場地類別場地類別I0I1第一組0.250.300.400.500.70第二組0.300.350.450.600.80第三組0.350.400.500.700.9550第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座動力彈塑性動力彈塑性l 如何選波？如何選波？初步判斷：有效峰值加速度有效峰值加速度 計算所選地震波的有效峰值加速度EPA； 地震能量較大區(qū)域處的加速度平均值；地震能量較

23、大區(qū)域處的加速度平均值； 按照規(guī)范規(guī)定進行調幅；罕遇罕遇地震地震6度度7度度8度度9度度0.05g0.10g0.15g0.20g0.30g0.40g加速度最大值12522031040051062051第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座動力彈塑性動力彈塑性l 如何選波？如何選波？初步判斷：持續(xù)時間持續(xù)時間從首次達到該時程曲線最大峰值的10%那一點算起到最后一點達到最大峰值的10%為止。有效持續(xù)時間一般為結構基本周期的510倍。52第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座動力彈塑性動力彈塑性l 如何選波？如何選波？ 2. 二次判斷-地震影響系數 與設計反應譜數據在統(tǒng)計意義上相符。 （主要振型周期點上相差不超過20%）53第三代結構設計解決方案北京邁達斯技術有限公司技術講座技術講座動力彈塑性動力彈塑性l 如何選波？如何選波？ 3. 三次判斷-基底剪