彈塑性分析在結(jié)構(gòu)抗震分析中的應(yīng)用

金土木用戶大會(huì)靜力彈塑性及動(dòng)力彈塑性分析在結(jié)構(gòu)抗震分析中的應(yīng)用張洪偉北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)一、靜力彈塑性分析方法（Pushover）金土木用戶大會(huì)Pushover分析在結(jié)構(gòu)抗震分析中的應(yīng)用1、利用Pushover分析進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)估的基本思路。

?2、框架、剪力墻的模擬。

?3、模型的合理簡(jiǎn)化。

?4、加載模式的選擇及Pushover工況定義。

?5、結(jié)果讀取、性能評(píng)價(jià)。

?6、需要關(guān)注的幾個(gè)問題。

?北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)1、基本思路?

建立Pushover曲線

??

選擇用于評(píng)估的地震水準(zhǔn)

??

基本思路

?

選擇用于評(píng)估的性能水準(zhǔn)和目標(biāo)

???

為各性能水準(zhǔn)確定容許準(zhǔn)則?

采用特定的方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)估?北

京

金

土件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)建立Pushover曲線北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)選擇用于評(píng)估的地震水準(zhǔn)北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)選擇用于評(píng)估的性能水準(zhǔn)北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)為各性能水準(zhǔn)確定容許準(zhǔn)則?

容

許

準(zhǔn)

則

即

確

認(rèn)

塑

性

鉸

的

轉(zhuǎn)

動(dòng)

限

值

，

可

參

考FEMA356表5-6、表5-7、表6-7、表6-8及表6-18.北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)采用特定的方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)估?

能力譜方法（ATC40）?

目標(biāo)位移法（FEMA356）北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)2、框架、剪力墻塑性行為的模擬?

框架塑性行為的模擬可以通過塑性鉸模型或者纖維模型來(lái)模擬。ETABSSAP2000塑性鉸PERFORM-3D北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)纖維模型模擬框架單元的塑性行為SAP2000纖維模型PERFORM-3D北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)框架單元的塑性鉸行為塑性鉸行為軸力鉸行為

剪力鉸行為

彎矩鉸行為北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)剪力墻塑性行為的模擬剪力墻塑性行為ETABS等框架柱?SAP2000分層殼?PERFORM-3D纖維?北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)SAP2000分層殼模型?

基于復(fù)合材料力學(xué)原理將一個(gè)殼單元分成很多層?

每層根據(jù)需要設(shè)置不同的厚度和材料?

殼單元各層材料在厚度方向滿足平截面假定?

全面反映殼體結(jié)構(gòu)的空間力學(xué)性能北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)2剪力墻混凝土鋼筋22剪力墻混凝土縱向鋼筋橫向鋼筋料主軸方向22剪力墻分層殼模型混凝土層縱向鋼筋層橫向鋼筋層技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)ETABS等代框架模型?

由于早期版本的SAP2000以及目前的ETABS程序中，只提供了桿件單元的塑性鉸模型，沒有殼面的彈塑性模型，對(duì)于含剪力墻結(jié)構(gòu)的Pushover分析需要用等代框架代替剪力墻。按照性能等效、內(nèi)力等效的原則，將墻體等效為框架，并指定塑性鉸來(lái)模擬剪力墻的塑性行為。北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)整截面剪力墻、整體小開口剪力墻等代?

當(dāng)剪力墻上不開洞或者洞口較小時(shí)，洞口對(duì)剪力墻內(nèi)力分布的影響不大，這時(shí)剪力墻猶如一根豎直放置的懸臂梁，在側(cè)向荷載作用下墻肢截面的應(yīng)力及墻肢變形可直接套用材料力學(xué)公式計(jì)算。北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)雙肢剪力墻及多肢剪力墻等代?

雙肢剪力墻或多肢剪力墻水平截面的正應(yīng)力已經(jīng)不再呈一連續(xù)的直線分布，各墻肢之間的連梁既傳遞水平推向力，又傳遞剪力和彎矩。由于高層建筑層數(shù)多，從整體上看，連梁即多又密，因此可近似將有限多的連梁看成是沿豎向無(wú)限密布的連續(xù)柵片。連續(xù)柵片在層高范圍內(nèi)的總抗彎剛度與原結(jié)構(gòu)中連梁的抗彎剛度相等。墻肢軸線連續(xù)柵片等效柱等效柱北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)壁式框架的等代?

當(dāng)剪力墻的洞口尺寸較大，甚至于洞口上下梁的剛度大于洞口側(cè)邊墻的剛度時(shí)，剪力墻的受力特性接近于框架。在等代的過程中只需要計(jì)算剛臂的尺寸即可，剪力墻墻肢和連梁用相同尺寸的柱、梁代替。北

京

金軟

件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)即將推出的ETABS新版本將會(huì)采用分層殼模型解決剪力墻的塑性模擬問題?。”?/p>

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)Perform-3D纖維截面?

Perform3D提供了剪力墻纖維截面來(lái)模擬剪力墻的P-M相關(guān)行為。鋼筋混凝土剪力墻由鋼筋纖維和混凝土纖維組成

。鋼筋纖維可以屈服，可以模擬鋼筋纖維屈服后的剛度滯回退化效應(yīng)；混凝土可以開裂，同時(shí)可以滑移。北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)?

對(duì)于剪力墻的剪切行為，在PERFORM-3D中需要定義等效剪切模量來(lái)綜合考慮混凝土和鋼筋的共同作用。北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)3、Pushover模型的合理簡(jiǎn)化?

用于Pushover分析的結(jié)構(gòu)模型，應(yīng)該充分體現(xiàn)結(jié)構(gòu)行為的三維特征。質(zhì)量分布強(qiáng)度剛度北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)塑性行為指定的簡(jiǎn)化處理對(duì)于一些次要構(gòu)件可不指定相應(yīng)的塑性行為，簡(jiǎn)化推覆計(jì)算模型。對(duì)結(jié)構(gòu)中的薄弱位置或?qū)Y(jié)構(gòu)性能評(píng)估有重要意義的構(gòu)件指定相應(yīng)的塑性行為。北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)4、側(cè)向力加載模式和荷載工況?

側(cè)向荷載的分布代表在設(shè)計(jì)地震作用下結(jié)構(gòu)層慣性力的分布，側(cè)向荷載的分布模式直接影響Pushover的分析結(jié)果，因此側(cè)向荷載模式的選取是Pushover分析中的一個(gè)關(guān)鍵問題。北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)側(cè)向力加載模式UniformMode

1北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)?

事實(shí)上，任何一種側(cè)向力分布模式都不可能反映結(jié)構(gòu)全部的變形和受力要求。建議采用兩種側(cè)向力加載模式分別執(zhí)行推覆分析，從而更全面的了解結(jié)構(gòu)的抗震性能。北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)對(duì)于非對(duì)稱空間結(jié)構(gòu)，增加推覆工況前側(cè)推覆非對(duì)稱模型右側(cè)推覆左側(cè)推覆后側(cè)推覆北

京

金

土

木技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)5、結(jié)果的讀取、性能評(píng)價(jià)Pushover曲線??性能點(diǎn)Pushover分析結(jié)果分層殼結(jié)果（限SAP2000）??鉸結(jié)果北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)Pushover曲線北

京

金

土技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)性能點(diǎn)??北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)Ca、Cv參數(shù)確定?

Ca與Cv為UBC規(guī)范反應(yīng)譜與中國(guó)規(guī)范反應(yīng)譜轉(zhuǎn)換參數(shù)2.5Ca

=η

α2

maxCa

Cvr?

T

?Cv=gη2αmax?

?TT?

?北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

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Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)結(jié)構(gòu)行為類型地震持時(shí)

新建筑

一般現(xiàn)存建筑

現(xiàn)存老建筑短長(zhǎng)Type

A

Type

BType

B

Type

CType

CType

C北

京

金

土

木技

術(shù)

有

限

公

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Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)鉸結(jié)果北

京

金

土技

術(shù)

有

限

公

司BeijingCivilKingSoftwareTechnology

Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)分層殼結(jié)果?

在完成整個(gè)結(jié)構(gòu)的Pushover分析之后，分層殼的塑性行為可以通過如下幾個(gè)方面的信息來(lái)獲取：?

1）推覆過程中每一步的殼元的應(yīng)力變化；?

2）自定義繪圖函數(shù)顯示分層殼元的基底剪力-檢測(cè)點(diǎn)位移。北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

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Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)單片墻Pushover分析中混凝土層的應(yīng)力變化②①③基底剪力達(dá)到最大值上升段：受拉區(qū)拉應(yīng)力和受壓區(qū)壓應(yīng)力不斷增加受壓區(qū)混凝土壓潰，受壓區(qū)邊緣壓力應(yīng)逐漸減小，平面壓應(yīng)力峰值向內(nèi)側(cè)移動(dòng)北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

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Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)結(jié)構(gòu)性能評(píng)估?

根據(jù)Pushover曲線和求得的性能點(diǎn)，檢查結(jié)構(gòu)在性能點(diǎn)的基底剪力、頂點(diǎn)位移，并利用結(jié)構(gòu)的最大層間位移角限值來(lái)評(píng)估結(jié)構(gòu)在既定地震作用下的延性性能，從而判斷結(jié)構(gòu)的抗震能力是否達(dá)到既定地震作用下的要求。?

除了檢查結(jié)構(gòu)的整體性能，還應(yīng)檢查構(gòu)件的局部變形，即梁、柱等構(gòu)件的塑性鉸變形。根據(jù)定義鉸時(shí)給定的能力狀態(tài)（點(diǎn)B、C、D、E）和容許準(zhǔn)則（IO、LS、CP），檢查鉸的變形是否超過某性能水準(zhǔn)下的允許彈塑性變形。北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

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Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)用于評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)抗震性能的基底剪力-頂點(diǎn)位移曲線。CPLSCDIOBA用于評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)構(gòu)件塑性性能的塑性鉸力-位移曲線E北

京

金

土

木技

術(shù)

有

限

公

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Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)6、需要關(guān)注的幾個(gè)問題1）分析結(jié)果無(wú)性能點(diǎn)？2）采用單一側(cè)向加載方式？3）重力荷載？4）設(shè)計(jì)之前可否進(jìn)行推覆？5）P-Delta效應(yīng)是否考慮？6）處處加鉸行為是否可行？北

京

金

土

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軟

件

技

術(shù)

有

限

公

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Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)二、動(dòng)力彈塑性分析金土木用戶大會(huì)1、利用動(dòng)力彈塑性分析方法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震性能評(píng)估的基本思路；2、動(dòng)力彈塑性模型中構(gòu)件塑性行為的定義；3、塑性鉸的滯回屬性；4、地震波的選?。?、時(shí)程積分類型；6、抗震性能評(píng)價(jià)；8、需要關(guān)注的問題。北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

公

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Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)1、基本思路?

建立動(dòng)力彈塑性分析模型?

選擇用于評(píng)估的地震水準(zhǔn)?

基本思路?

選擇用于評(píng)估的性能水準(zhǔn)和目標(biāo)?

為各性能水準(zhǔn)確定容許準(zhǔn)則?

采用特定的方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)估北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

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Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)2、動(dòng)力彈塑性分析模型中構(gòu)件塑性行為的定義框架塑性鉸或者纖維截面?

SAP2000剪力墻分層殼框架塑性鉸或者纖維截面纖維截面表征壓彎效應(yīng)?

Perform3D剪力墻綜合的剪切材料表征剪切行為北

京

金

土

木

軟

件

技

術(shù)

有

限

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Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)3、塑性鉸的滯回屬性?

SAP2000目前的版本中提供了塑性鉸的四種滯回類型。北

京

金

土

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件

技

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有

限

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Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)?

Perform-3D中是基于YULRX曲線的滯回環(huán)類型。在循環(huán)荷載的作用下，非線性構(gòu)件的耗散能量，耗散能量的大小為滯回環(huán)的面積，滯回環(huán)的大小和形狀將很大程度上影響結(jié)構(gòu)的反應(yīng)。北

京

金

土

木

軟

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Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)4、地震波的選取?

選取一條人工波和兩條天然波對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震時(shí)程分析。?

選取的地震波要滿足地震三要素的要求，即頻譜特性、有效峰值和持續(xù)時(shí)間。?

選取的地震波在經(jīng)過轉(zhuǎn)化調(diào)整后得到的彈性反應(yīng)譜與規(guī)范的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜盡量的吻合。北

京

金

土

木

軟

件

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有

限

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Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)5、時(shí)程積分類型?

SAP2000中定義的彈塑性時(shí)程分析工況中，時(shí)程類型要選擇“直接積分”，振型積分僅能考慮連接單元的非線性屬性，而無(wú)法考慮構(gòu)件的非線性屬性。?

Perfom3D同樣采用直接積分法（Step

by

Step）北

京

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土

木

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件

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有

限

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Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)6、抗震性能評(píng)估?

結(jié)構(gòu)的性能通常是以層間彈塑性位移角衡量；?

根據(jù)平均需求/能力比判斷；36323632242024201612816128Elc-220g-YElc-220g-X-44North-220g-Y-001/20001/1000

1/666

1/500

1/400

1/333

1/285

1/250X向?qū)娱g位移1/2000

1/1000

1/666

1/500

1/400

1/333

1/285

1/250

0045Y向?qū)娱g位移北

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件

技

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有

限

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Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)?

局部構(gòu)件的抗震性能評(píng)估1、時(shí)程響應(yīng)歷程中構(gòu)件塑性鉸的形成、發(fā)展到破壞過程，找出最大的塑性變形同初始設(shè)定的性能目標(biāo)進(jìn)行比較。2、根據(jù)設(shè)定的不同材料纖維的拉、壓屈服來(lái)表征。北

京

金

土

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技

術(shù)

有

限

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Co.,Ltd.金土木用戶大會(huì)7、需要關(guān)注的問題1）材料的非線性行為？2）地震波的選??？3）骨架曲線與滯回曲線的區(qū)別？4）時(shí)程類型的定義；5）分析不收斂？北

京

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技

術(shù)