靜力彈塑性性分析基本原理20080830課件

1、靜力彈塑性分析的基本原理Copyright 2000-2003 MIDAS Information Technology Co., Ltd.北京邁達斯技術(shù)有限公司 黃競 李傳林大 震 分 析方法優(yōu)缺點應(yīng)用程序主要區(qū)別靜力彈塑性分析方法簡單，便于理解。與時程分析法相比,Pushover方法概念清晰,實施相對簡單,同樣能使設(shè)計人員在一定程度上了解結(jié)構(gòu)，在強震作用下的反應(yīng),迅速找到結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。midas能直接做剪力墻結(jié)構(gòu)sap2000、etabs墻需要用組合框架代替，操作復(fù)雜，不太可能實現(xiàn)。pkpm沒有振型的加載方法。彈塑性分析較不成熟，使用較少。動力彈塑性分析對軟硬件要求比較高，計算時間長，結(jié)

2、果不便于整理，但能真是的反應(yīng)結(jié)構(gòu)在大震下的狀態(tài)。midas只能做桿系結(jié)構(gòu)sap2000、etabssap2000只能做桿系結(jié)構(gòu)Etabs不能做pkpm可以做墻元。彈塑性分析較不成熟，使用較少。abaqus一般采用纖維墻元模擬。靜力彈塑性分析（Pushover分析）適用工程高層結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)體育場靜力彈塑性分析（Pushover分析）Pushover分析是考慮構(gòu)件的材料非線性特點，分析構(gòu)件進入彈塑性狀態(tài)直至到達極限狀態(tài)時結(jié)構(gòu)響應(yīng)的方法。Pushover分析是最近在地震研究及耐震設(shè)計中經(jīng)常采用的基于性能的耐震設(shè)計(Performance-Based Seismic Design, PBSD)方法中最

3、具代表性的分析方法。所謂基于性能的耐震設(shè)計就是由用戶及設(shè)計人員設(shè)定結(jié)構(gòu)的目標(biāo)性能(target performance)，并使結(jié)構(gòu)設(shè)計能滿足該目標(biāo)性能的方法。Pushover分析前要經(jīng)過一般設(shè)計方法先進行耐震設(shè)計使結(jié)構(gòu)滿足小震不壞、中震可修的規(guī)范要求，然后再通過pushover分析評價結(jié)構(gòu)在大震作用下是否滿足預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)性能。 靜力彈塑性分析（Pushover分析）Pushover分析是通過逐漸加大預(yù)先設(shè)定的荷載直到最大性能控制點位置，獲得荷載位移能力曲線(capacity curve)。靜力彈塑性分析（Pushover分析）多自由度的荷載位移關(guān)系轉(zhuǎn)換為使用單自由度體系的加速度位移方式表現(xiàn)的

4、能力譜(capacity spectrum)，地震作用的響應(yīng)譜轉(zhuǎn)換為用ADRS(Acceleration-Displacement Response Spectrum)方式表現(xiàn)的需求譜(demand spectrum)。通過比較兩個譜曲線，評價結(jié)構(gòu)在彈塑性狀態(tài)下的最大需求內(nèi)力和變形能力，通過與目標(biāo)性能的比較，決定結(jié)構(gòu)的性能水平(performance level)。分析目的經(jīng)Pushover分析后,得到性能點,根據(jù)性能點時的變形,對以下三個方面進行評價:1)頂點側(cè)移 是否滿足抗震規(guī)范規(guī)定的彈塑性頂點位移限值2)層間位移角 是否滿足抗震規(guī)范規(guī)定的彈塑性層間位移角限值。3)構(gòu)件的局部變形 是指梁、

5、柱等構(gòu)件塑性鉸的變形,檢驗它是否超過建筑某一性能水準(zhǔn)下的允許變形操作步驟-靜力分析后進行配筋設(shè)計，并更新配筋-定義靜力彈塑性分析主控數(shù)據(jù)-定義靜力彈塑性分析工況-定義鉸特性值，并分配鉸-計算并查看靜力彈塑性分析結(jié)果靜力彈塑性分析（Pushover分析）對于墻，“排序”選為“墻號層”， “更新配筋”項激活更新配筋更新配筋勾選要編輯驗算的構(gòu)件截面方法2：利用用戶定義的配筋結(jié)果若在此編輯驗算用截面，則構(gòu)件的最終實配配筋結(jié)果采用此定義的Pushover荷載工況 Pushover荷載工況涉及的兩個問題 A、如何推？B、推到何種程度?Pushover荷載工況 最大位移一般為 總高度彈塑性層間位移角限值，參

6、見建筑抗震設(shè)計規(guī)范5.5.5 條選擇基本模態(tài)作為Pushover荷載的分布模式 周期與振型結(jié)果窗口Pushover荷載工況 終止分析條件可以獲得穩(wěn)定解的區(qū)段荷載增量很難獲得穩(wěn)定解Cs接近0.0時，將自動終止分析 當(dāng)前剛度比 彈性(線性)：Cs = 1.0 到屈服極限 ：1.0Cs0.0 負區(qū)段 ：Cs0.0Pushover荷載工況 當(dāng)前剛度比 変位増分 1 Column 剛度折減率：0.0理想彈塑性 分析模型 位移控制結(jié)果： 可獲得穩(wěn)定解 荷載控制結(jié)果：屈服后的剛度為0.0，所以無法獲得穩(wěn)定解Gen V730(NEW)每個步驟中都會計算當(dāng)前剛度比，當(dāng)前剛度比為0.0時將自動停止分析。Pusho

7、ver荷載工況 加載方式FEMA-273推薦三種形式: 1)均勻分布:各樓層側(cè)向力可取所在樓層質(zhì)量； 2)倒三角形分布:結(jié)構(gòu)振動以基本振型為主時的慣性力的分布形式,類似于我國規(guī)范中用底部剪力法確定的側(cè)向力分布； 3)SRSS分布:反應(yīng)譜振型組合得到的慣性力分布。midas程序提供了自定義分布、均勻加速度分布和振型荷載分布三種加載方式均勻加速度分布：提供的側(cè)向力是用均一的加速度和相應(yīng)質(zhì)量分布的乘積獲得的；振型荷載分布：提供的側(cè)向力是用給定的振型和該振型下的圓頻率的平方(2)及相應(yīng)質(zhì)量分布的乘積獲得的,可以取任何一個振型其中,均勻加速度方法相當(dāng)于均勻分布,振型荷載分布方法,當(dāng)取第一振型時,相當(dāng)于倒

8、三角分布，用戶也可以自定義水平力。采用振型荷載分布要有振型分析。定義鉸特性值 彎矩-旋轉(zhuǎn)角(M-)本構(gòu)單元 彎矩-曲率(M-)本構(gòu)單元： 集中型、分布型 桁架單元（軸力)內(nèi)力成分鉸特性初始剛度鉸位置Fx（軸力）軸力-位移（相對位移）EA/L單元中心Fy, Fz（剪力）剪力-剪切應(yīng)變GAs單元中心（扭矩）彎矩-旋轉(zhuǎn)角GJ/L單元兩端y, z（彎矩）彎矩-旋轉(zhuǎn)鉸6EI/L,3E/L,2E/L單元兩端內(nèi)力成分鉸特性初始剛度鉸位置Fx（軸力）軸力-應(yīng)變EA積分點位置Fy, Fz（剪力）剪力-剪切應(yīng)變Gs積分點位置（扭矩）彎矩-曲率GJ積分點位置y, z（彎矩）彎矩-曲率E積分點位置內(nèi)力成分鉸特性初始剛

9、度鉸位置Fx（軸力）軸力-位移（相對位移）EA/L單元中心一般連接單元內(nèi)力成分鉸特性初始剛度鉸位置Fx（軸力）軸力-變形（相對位移）用戶輸入（EA/L）單元中心Fy, Fz（剪力）剪力-變形（相對位移）用戶輸入（Gas/）單元中心（扭矩）彎矩-旋轉(zhuǎn)角用戶輸入（GJ/L）單元中心y, z（彎矩）彎矩-旋轉(zhuǎn)鉸用戶輸入（EI/L）單元中心定義鉸特性值M鉸（FEMA）選擇屈服強度的輸入方法選擇I、J端的特性是對稱還是非對稱單元兩端特性為非對稱時在此輸入輸入M/MY、D/DY輸入屈服強度選擇受拉和受壓區(qū)段特性是否相同輸入容許標(biāo)準(zhǔn)用戶輸入屈服變形(新增)輸入初始剛度(新增)1234567891234567

10、89定義鉸特性值PMM 鉸（FEMA） 選擇P-M-M類型時將自動勾選My-Mz內(nèi)力成分-P-M-M類型僅適用于梁柱單元和墻單元- 膜類型的墻單元只能定義面內(nèi)成分My的非線性特性(面外為彈性)1選擇骨架曲線類型：My和Mz只能選擇同樣類型的曲線PMM鉸的剛度折減系數(shù)在屈服面特性窗口中進行設(shè)置。212屈服面特性窗口33選擇屈服面特性的計算方法44定義剛度折減系數(shù)556677鉸類型中即使選擇了用戶輸入也不能修改屈服強度 實際分析中并不使用該值。屈服強度的定義： 自動計算時不必用戶輸入 考慮軸力變化的影響時，在各步驟計算中都將考慮變化的軸力對屈服面的影響。定義屈服面： 自動計算時不必輸入分配PUSH

11、OVER鉸特性值 用鼠標(biāo)選擇要分配的特性后拖放到模型畫面上分配了鉸特性的單元上將顯示鉸標(biāo)簽 注意事項選擇的單元類型與鉸特性不匹配時不能分配一般連接單元不能使用鼠標(biāo)拖放功能分配鉸特性修改PUSHOVER鉸特性值 修改已定義的Pushover鉸特性的方法 最常用的方法，推薦方法修改“MM” 一次性修改多個單元的鉸特性在定義鉸特性值窗口中直接修改 則被分配了該特性的單元的鉸特性值將同時被修改 “定義鉸特性值”: 可以修改鉸特性的所有內(nèi)力成分被分配了“MM”特性的所有單元的特性將被同時修改1212查看分配的鉸Gen V712(舊版本)Gen V730(新版本)運行靜力彈塑性分析查看靜力彈塑性分析結(jié)果查

12、找性能控制點查看靜力彈塑性分析結(jié)果性能控制點性能控制點所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)相關(guān)結(jié)果查找性能控制點Pushover圖形層剪力查看靜力彈塑性分析結(jié)果Pushover圖形層間位移角最大彈塑性層間位移角，判斷是否滿足建筑抗震設(shè)計規(guī)范5.5.5 條或高規(guī)4.6.5條要求查看靜力彈塑性分析結(jié)果查看靜力彈塑性分析結(jié)果 各步驟鉸狀態(tài)圖形結(jié)果顯示分析中使用的荷載參數(shù)查看靜力彈塑性分析結(jié)果 Pushover鉸狀態(tài)結(jié)果塑性鉸狀態(tài)說明ATC-40將房屋遭受地震后,可能出現(xiàn)的狀態(tài)主要分為：IO(ImmediateOccupancy) -立即居住DC(DamageControl) -損壞控制LS(LifeSafety) -生命安全SS(StructuralStability)-結(jié)構(gòu)穩(wěn)定ATC-40給出了梁、柱、墻等構(gòu)件在上述幾種相應(yīng)狀態(tài)下的塑性限值,無論何種類型鉸,都可以用圖表示,縱軸表示軸力、彎矩、剪力等,橫軸表示