静力弹塑性性分析基本原理课件

,Copyright 2000-200,7,MIDAS Information Technology Co.,Ltd.,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,方法,优缺点,应用程序,主要区别,静力弹塑性分析,方法简单，便于理解。与时程分析法相比,Pushover,方法概念清晰,实施相对简单,同样能使设计人员在一定程度上了解结构，在强震作用下的反应,迅速找到结构的薄弱环节。,midas,能直接做剪力墙结构,sap,、,etabs,墙需要用组合框架代替，操作复杂。,pkpm,没有振型的加载方法。,动力弹塑性分析,对软硬件要求比较高，计算时间长，结果不便于整理，但能真实的反应结构在大震下的状态。,midas,只能做杆系结构,sap,、,etabs,只能做杆系结构,pkpm,可以做墙元。,abaqus,一般采用纤维墙元模拟。,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,(capacity 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。,分析获得的,最终荷载,(,坍塌荷载,)Q,u,弹性极限,预测的坍塌荷载,Q,ud,*X,等差级数对应的,增分荷载,位移,荷载,将最终,(n+1),步骤的增分量作为后面的增分荷载,基于荷载增分法的,Pushover,分析,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=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,：,Cs,0.0,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,:,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,),内力成分,铰特性,初始刚度,铰位置,Fx,（,轴力,）,轴力,-,位移（相对位移）,EA/L,单元中心,Fy,Fz,（,剪力,）,剪力,-,剪切应变,GAs,单元中心,（,扭矩,）,弯矩,-,旋转角,GJ/L,单元两端,y,z,（,弯矩,）,弯矩,-,旋转铰,6EI/L,3E,/L,2E,/L,单元两端,内力成分,铰特性,初始刚度,铰位置,Fx,（,轴力,）,轴力,-,应变,EA,积分点位置,Fy,Fz,（,剪力,）,剪力,-,剪切应变,G,s,积分点位置,（,扭矩,）,弯矩,-,曲率,GJ,积分点位置,y,z,（,弯矩,）,弯矩,-,曲率,E,积分点位置,内力成分,铰特性,初始刚度,铰位置,Fx,（,轴力,）,轴力,-,位移（相对位移）,EA/L,单元中心,一般连接单元,内力成分,铰特性,初始刚度,铰位置,Fx,（,轴力,）,轴力,-,变形（相对位移）,用户输入,（,EA/L,）,单元中心,Fy,Fz,（,剪力,）,剪力,-,变形（相对位移）,用户输入,（,Gas/,）,单元中心,（,扭矩,）,弯矩,-,旋转角,用户输入,（,GJ/L,）,单元中心,y,z,（,弯矩,）,弯矩,-,旋转铰,用户输入,（,EI/L,）,单元中心,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,),1,2,3,4,5,6,7,8,9,1,2,3,4,5,6,7,8,9,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,),1,选择骨架曲线类型,：,My,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。,2,1,2,屈服面特性窗口,3,3,选择屈服面特性的计算方法,4,4,定义刚度折减系数,5,5,6,6,7,7,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,Pushover,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