静力弹塑性性分析基本原理ppt课件.ppt

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1、,静力弹塑性分析的基本原理,Copyright 2000-2003 MIDAS Information Technology Co., Ltd.,北京迈达斯技术有限公司 黄竞,大 震 分 析,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,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-Based Seismic Design, PBSD)方法中最具代表性的分析方法。所

2、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(target performance)，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。,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(capacity curve)。,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(capa

3、city spectrum)，地震作用的响应谱转换为用ADRS(Acceleration-Displacement Response Spectrum)方式表现的需求谱(demand spectrum)。,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(performance level)。,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

4、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）,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”,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。,对于墙，“排序”选为“墙号层”， “更新配筋”项激活,更新配筋,更

5、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,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?,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（Full Newton-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。,基于荷载增分法的Pushover分析

6、,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。,Pushover荷载工况,输入大于1的整数（nstep=

7、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,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,Pushover荷载工况,终止分析条件,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

8、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 ：Cs0.0,Pushover荷载工况,当前刚度比,変位増分,1 Column 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,Gen V730(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。,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

9、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(2)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。,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

10、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,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,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:

11、,斜支撑：,定义铰特性值,弯矩-旋转角(M-)本构单元,弯矩-曲率(M-)本构单元： 集中型、分布型,桁架单元（轴力),一般连接单元,定义铰特性值M铰（FEMA）,选择屈服强度的输入方法,选择I、J端的特性是对称还是非对称,单元两端特性为非对称时在此输入,输入M/MY、D/DY,输入屈服强度,选择受拉和受压区段特性是否相同,输入容许标准,用户输入屈服变形(新增),输入初始刚度(新增),定义铰特性值PMM 铰（FEMA）,选择P-M-M类型时将自动勾选My-Mz内力成分-P-M-M类型仅适用于梁柱单元和墙单元- 膜类型的墙单元只能定义面内成分My的非线性特性(面外为弹性),选择骨架曲线类型：My

12、和Mz只能选择同样类型的曲线PMM铰的刚度折减系数在屈服面特性窗口中进行设置。,屈服面特性窗口,选择屈服面特性的计算方法,定义刚度折减系数,铰类型中即使选择了用户输入也不能修改屈服强度 实际分析中并不使用该值。,屈服强度的定义： 自动计算时不必用户输入 考虑轴力变化的影响时，在各步骤计算中都将考虑变化的轴力对屈服面的影响。,定义屈服面： 自动计算时不必输入,分配PUSHOVER铰特性值,用鼠标选择要分配的特性后拖放到模型画面上分配了铰特性的单元上将显示铰标签,注意事项,选择的单元类型与铰特性不匹配时不能分配一般连接单元不能使用鼠标拖放功能分配铰特性,修改PUSHOVER铰特性值,修改已定义的P

13、ushover铰特性的方法 最常用的方法，推荐方法,修改“MM”,一次性修改多个单元的铰特性在定义铰特性值窗口中直接修改 则被分配了该特性的单元的铰特性值将同时被修改 “定义铰特性值”: 可以修改铰特性的所有内力成分,被分配了“MM”特性的所有单元的特性将被同时修改,查看分配的铰,Gen V712(旧版本),Gen V730(新版本),运行静力弹塑性分析,查看静力弹塑性分析结果,查找性能控制点,查看静力弹塑性分析结果,性能控制点,性能控制点所对应的结构相关结果,查找性能控制点,查看静力弹塑性分析结果,性能控制点确定方法,Procedure-A是ATC-40中提供的基本方法，首先将能力谱中斜率为

14、初始刚度的切线和阻尼比为5%的弹性设计响应谱的交点作为初始的性能点。然后确定初始性能点位置的等效阻尼，然后求使用有效阻尼系数的非线性设计响应谱，然后重新计算交叉点作为性能点。重复上述过程，直到在使用有效阻尼系数的非线性设计响应谱和能力谱的的交点位置上位移响应和加速度响应的变化量在误差范围内，将此时的交点视为性能点。采用Procedure-A方法确定性能点的方法参见下图。,查看静力弹塑性分析结果,性能控制点确定方法,Procedure-BATC-40中计算性能点的第二种方法是首先假设位移延性比，然后计算对应延性比的结构的结构的有效周期，将有效周期直线和5%弹性设计响应谱的交点作为初始的性能点。对

15、弈于假定的位移延性比的放射线状的有效周期和非线性设计响应谱的交点将形成一个轨迹线，该轨迹线与结构的能力谱的交点为最终的性能点。,Pushover图形层剪力,查看静力弹塑性分析结果,Pushover图形层间位移角,最大弹塑性层间位移角，判断是否满足建筑抗震设计规范5.5.5 条或高规4.6.5条要求,查看静力弹塑性分析结果,查看静力弹塑性分析结果,各步骤铰状态图形结果,显示分析中使用的荷载参数,查看静力弹塑性分析结果,Pushover铰状态结果,塑性铰状态说明,ATC-40将房屋遭受地震后,可能出现的状态主要分为：IO(ImmediateOccupancy) -立即居住DC(DamageCont

16、rol) -损坏控制LS(LifeSafety) -生命安全SS(StructuralStability)-结构稳定ATC-40给出了梁、柱、墙等构件在上述几种相应状态下的塑性限值,无论何种类型铰,都可以用图表示,纵轴表示轴力、弯矩、剪力等,横轴表示轴向变形、曲率、转角等,其中B、IO、LS、CP(CollapsePrevention)、C为性能点,其中B点出现塑性铰,C点为倒塌点,CP为预防倒塌点,各性能点所对应的横坐标为相应的弹塑性位移限值。,查看静力弹塑性分析结果,铰状态表格统计,查看静力弹塑性分析结果,查看静力弹塑性分析结果,Pushover分析结果图表,1,2,3,4,5,6,7,8,用图表形式绘制感兴趣的节点或单元的各种分析结果,谢 谢 大 家,