PUSHOVER分析方法全攻略实用教案

1、会计学1PUSHOVER分析方法全攻略分析方法全攻略第一页，共51页。第第1页页/共共50页页第二页，共51页。方法方法优缺点优缺点应用程序应用程序主要特点主要特点静力弹塑性静力弹塑性分析分析（push-overpush-over）1、优点：方法简单，便于理解。与动力时程分析法相比，Pushover方法概念清晰，实施相对简单，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，从而完善抗震设计。2、不足：和实际结构的动力大震反应有一定差异，只能定性进行计算和整体把握，作为大震设计的参考。 MIDAS/Gen MIDAS/Gen 能直接做剪力墙结构实现便利，结果稳定，易于

2、掌控。SAP2000SAP2000、ETABSETABS适用于杆系结构墙需用支撑框架代替，实现起来较复杂。PKPMPKPM系列系列能直接做剪力墙结构动力弹塑性动力弹塑性分析分析1、优点：能较真实地反映结构在时程地震波下的耗能状况，从而判断结构的抗震性能。2、不足：A、对软硬件要求比较高，计算时间很长，结果不便于整理。B、对使用人员技术水平要求高。操作和学习时间长（一般高级软件要半年以上）。C、动力弹塑性分析目前还是世界各国正在研究的领域，方法还不够成熟。因为以上原因，不容易得到稳定和满意的结果，因此目前也只能作为参考。 ABAQUS ABAQUS采用纤维墙元模型程序复杂，价格昂贵，需组建专业团

3、队。MIDAS/GenMIDAS/Gen适用于杆系结构大跨场馆、框架等，采用先进的纤维模型。Perform 3DPerform 3D采用纤维墙元模型全英文、手动命令输入，对操作者要求高，适用于科研院校等。PKPMPKPM系列系列可以做墙元。操作便利，但人为可干预性较弱。第第2页页/共共50页页第三页，共51页。第第3页页/共共50页页第四页，共51页。第第4页页/共共50页页第五页，共51页。PushoverAnalysisCapacity SpectrumdSaSSDOF Systemroof roof Capacity CurveMDOF SystemtransformFbaseVbase

4、V分析得到(d do)的荷载-位移关系能力曲线转换为加速度-位移关系(gun x)能力谱曲线第第5页页/共共50页页第六页，共51页。 需求谱曲线：地震作用的响应谱转换(zhunhun)为用ADRS(Acceleration-Displacement Response Spectrum)方式表现的需求谱(demand spectrum)。Demand Spectrumn,2Ta22ndS4TS n,1TnTdSaSaSResponse Spectrumtransform 性能点：通过比较两个谱曲线，得到一个(y )交点性能点（performance Point）。性能点的状况，决定着结构的性能

5、水平(performance level)。5% ElasticSpectrumPerformance PointDemand SpectrumCapacity SpectrumaSdSmaxDmaxA第第6页页/共共50页页第七页，共51页。Pushover分析分析(fnx)工况工况设定设定(sh dn)需求谱需求谱参考阻尼线（图参考阻尼线（图中红色中红色线）线）参考周期线（图中参考周期线（图中白色射线白色射线）性能点产生方法，两种方法均可性能点产生方法，两种方法均可与建筑物新旧相关与建筑物新旧相关性能点性能点性能点处基底剪力、控制点的位移。可与小震下基底剪力及控制点位移比较，判断大震性能点

6、处基底剪力、控制点的位移。可与小震下基底剪力及控制点位移比较，判断大震pushover分析结分析结果的合理性。一般为果的合理性。一般为34倍。倍。性能点状况下的结构等效周期与等效阻尼性能点状况下的结构等效周期与等效阻尼修改图形显示状修改图形显示状况况第第7页页/共共50页页第八页，共51页。 （1）配筋条件的输入； （2）定义(dngy)pushover主控数据； （3）定义(dngy)pushover工况； （4）定义(dngy)铰特性值，并分配铰； （5）计算与查看pushover分析结果。第第8页页/共共50页页第九页，共51页。第第9页页/共共50页页第十页，共51页。对于梁柱(lin

7、 zh)，“排序”选为“特性值”，“更新配筋”项激活点“全选”按钮可自动(zdng)勾选构件别忘了最后(zuhu)更新配筋n 方法方法1 1：利用程序配筋设计的结果：利用程序配筋设计的结果 特点：PUSHOVER分析时混凝土构件需配置钢筋，程序直接将设计配筋结果赋予构件。 配筋输入配筋输入第第10页页/共共50页页第十一页，共51页。对于墙，“排序(pi x)”选为“墙号层”， “更新配筋”项激活第第11页页/共共50页页第十二页，共51页。勾选要编辑验算(yn sun)的构件截面n 方法方法2 2：用户自定义配筋结果：用户自定义配筋结果n 特点：在设计特点：在设计- -钢筋钢筋(gngjn)

8、(gngjn)混凝土构件设计参数混凝土构件设计参数- -编辑验算用梁（柱、墙）截面参数，输入验算用截面，构件的最终实配配筋结果以此为准。可在方法一更新后配筋的基础上修改。编辑验算用梁（柱、墙）截面参数，输入验算用截面，构件的最终实配配筋结果以此为准。可在方法一更新后配筋的基础上修改。n 第第12页页/共共50页页第十三页，共51页。第第13页页/共共50页页第十四页，共51页。在在PUSHOVER PUSHOVER 荷载工况中选择荷载工况中选择(xunz)(xunz)考虑初始荷载。考虑初始荷载。 考虑轴力变化的影响时需要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定义(dngy)(dn

9、gy)初始荷载初始荷载适用于所有适用于所有(suyu)PUSHOVER(suyu)PUSHOVER荷载工况荷载工况定义收敛条件定义收敛条件定义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，需要参考梁单元某个位置的特性自动计算具有分布型铰特性的梁单元的屈服强度时，需要参考梁单元某个位置的特性( (如配筋如配筋) ) ：I I端、端、J J端、中心端、中心- -定义主控数据定义主控数据第第14页页/共共50页页第十五页，共51页。第第15页页/共共50页页第

10、十六页，共51页。两个问题：如何推？推到何种程度？两个问题：如何推？推到何种程度？MIDAS/GenMIDAS/Gen中提供两种中提供两种PushoverPushover分析方法：分析方法：A A、基于、基于(jy)(jy)荷载增量的荷载控制法荷载增量的荷载控制法B B、基于、基于(jy)(jy)目标位移的位移控制法目标位移的位移控制法lMIDAS/GenMIDAS/Gen的荷载控制法：采用全牛顿拉普森（的荷载控制法：采用全牛顿拉普森（Full-Newton-RaphsonFull-Newton-Raphson）方法。方法。 牛顿拉普森方法是采用微分原理求解的方法。牛顿拉普森方法是采用微分原理

11、求解的方法。l 优点：是速度快，荷载概念明确。优点：是速度快，荷载概念明确。l 缺点：面对一个未知结构，荷载增量数不好控制，结构达到最大缺点：面对一个未知结构，荷载增量数不好控制，结构达到最大l 承载力后开始进入承载力后开始进入(jnr)(jnr)下降段，此时无法再增加荷载（下降段，此时无法再增加荷载（Gen Gen 730730l 可进行判断，然后自动保证收敛）。可进行判断，然后自动保证收敛）。第第16页页/共共50页页第十七页，共51页。分析获得的最终荷载(坍塌荷载) Qu弹性极限预测的坍塌荷载Qud*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

12、载基于荷载(hzi)增分法的增分法的Pushover分析分析第第17页页/共共50页页第十八页，共51页。l 基于目标基于目标(mbio)(mbio)位移的位移控制法位移的位移控制法 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(zhdng)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

13、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。一般认为，整体结构达到该位移时，结构的破坏程度已包含并超过大震下结构的性能状态点。第第18页页/共共50页页第十九页，共51页。0.01.0sC可以获得(hud)稳定解的区段荷载增量(zn lin)很难获得稳定解Cs接近(jijn)0.0时，将自动终止分析 当前刚度比当前刚度比 弹性弹性( (线性线性) )：Cs = 1.0Cs = 1.0 到屈服极限到屈服极限 ：1.0Cs0.01.0Cs0.0 负区段负区段 ：CsCs0.00.0- -定义推覆工况定义推覆工况l 两种方法的比较：终止分析条件两种方法的比

14、较：终止分析条件第第19页页/共共50页页第二十页，共51页。 当前当前(dngqin)(dngqin)刚度比刚度比 変位増分変位増分 1 Column 刚度(n d)折减率：0.0理想弹塑性 分析模型分析模型 位移位移(wiy)(wiy)控制结果：控制结果： 可获得稳定解可获得稳定解 荷载控制结果荷载控制结果：屈服后的刚度为屈服后的刚度为0.00.0，所以无法获得稳定解，所以无法获得稳定解Gen V730(NEW)Gen V730(NEW)每个步骤中都会计算当前刚度比，当前每个步骤中都会计算当前刚度比，当前刚度比为刚度比为0.00.0时将自动停止分析。时将自动停止分析。- -定义推覆工况定义

15、推覆工况第第20页页/共共50页页第二十一页，共51页。FEMA-273推荐的三种形式: 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(zhndng)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提供的三种模式加速度常量分布：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；F=ma，a为常量，F与质量m成正比，相当于均匀分布。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。当取各加载方向的第一

16、振型时,相当于倒三角分布（如去x向平动(pngdng)模态或Y向平动(pngdng)模态）。静力荷载工况：用户也可以自定义水平力。理论上，通过一定定义，可模拟SRSS分布，方法还有待研究。l 加载方式加载方式第第21页页/共共50页页第二十二页，共51页。输入大于输入大于1 1的整数的整数(zhngsh)(zhngsh)，推荐最小输入，推荐最小输入2020（默认值：（默认值：2020） 太大则步骤数太多，需要更长时间；太小则曲线点较粗糙。太大则步骤数太多，需要更长时间；太小则曲线点较粗糙。输入输入(shr)(shr)步骤数步骤数选择考虑则使用选择考虑则使用(shyng)PUSHOVER(shy

17、ng)PUSHOVER主控数据中定义的初始荷载主控数据中定义的初始荷载当使用当使用(shyng)PMM(shyng)PMM类型类型( (考虑轴力的变化考虑轴力的变化) )铰时，需要更新铰的铰时，需要更新铰的屈服强度，此时应选择考虑初始荷载。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初始荷载选择是否考虑选择是否考虑P-DeltaP-Delta分析分析选择增量控制方法选择增量控制方法定义定义PUSHOVERPUSHOVER荷载工况荷载工况可先在结果-稳定验算分析中，判断是否需要考虑P-Delta效应。如需考虑，则在pushover也勾选该选项。- -定义推覆工况定义推覆工况

18、荷载控制或位移控制，一般结构推荐使用位移控制，见下一页设置。可选用静力工况、加速度常量（F=ma，a为常量）、模态三种荷载分布形式。第第22页页/共共50页页第二十三页，共51页。最大位移一般为 总高度(god)弹塑性层间位移角限值，参见建筑抗震设计规范 条选择基本模态作为Pushover荷载(hzi)的分布模式 。X向推覆，取x向平动的模态号，y向推覆，取y向平动的模态号。周期(zhuq)与振型结果窗口- -定义推覆工况定义推覆工况终止分析条件，可勾选，以免计算异常不收敛，浪费时间。第第23页页/共共50页页第二十四页，共51页。第第24页页/共共50页页第二十五页，共51页。二维梁单元二维

19、梁单元(dnyun)(dnyun)和三维梁柱单元和三维梁柱单元(d(dnyun)nyun)模型模型 桁架单元桁架单元(dnyun)(dnyun)模型模型 l MIDAS/Gen MIDAS/Gen中铰特性的说明中铰特性的说明第第25页页/共共50页页第二十六页，共51页。 三维墙单元模型三维墙单元模型由中间的线单元，上下两端由中间的线单元，上下两端(lin dun)(lin dun)的刚性杆构成。中间的线的刚性杆构成。中间的线单元与三维梁柱单元相同，刚性杆在单元与三维梁柱单元相同，刚性杆在xzxz平面内做刚体运动。平面内做刚体运动。 EtabsEtabs、sapsap中墙元的处理中墙元的处理(

20、chl)(chl)方法（等代框架）方法（等代框架） 柱子(zh zi)： 链杆:斜支撑：- -定义分配铰定义分配铰第第26页页/共共50页页第二十七页，共51页。 弯矩弯矩- -旋转旋转(xunzhun)(xunzhun)角角(M-)(M-)本构单元本构单元 弯矩弯矩- -曲率曲率(M-)(M-)本构单元本构单元(dnyun)(dnyun)： 集中型、分布型集中型、分布型 桁架桁架(hngji)(hngji)单元（轴力单元（轴力) )内力成分铰特性初始刚度铰位置FxFx（轴力）轴力-位移（相对位移）EA/L单元中心Fy, FzFy, Fz（剪力）剪力-剪切应变GAs单元中心（扭矩）弯矩-旋转角

21、GJ/L单元两端y, y, z 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FxFx（轴力）轴力-应变EA积分点位置Fy, FzFy, Fz（剪力）剪力-剪切应变Gs积分点位置（扭矩）弯矩-曲率GJ积分点位置y, y, z 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FxFx（轴力）轴力-位移（相对位移）EA/L单元中心一般连接单元一般连接单元内力成分铰特性初始刚度铰位置FxFx（轴力）轴力-变形（相对位移）用户输入（EA/L）单元中心Fy, FzFy, 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

22、角用户输入（GJ/L）单元中心y, y, z z（弯矩）弯矩-旋转铰用户输入（EI/L）单元中心- -定义分配铰定义分配铰第第27页页/共共50页页第二十八页，共51页。选择屈服强度的输入(shr)方法选择(xunz)I、J端的特性是对称还是非对称单元(dnyun)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 12 23 34 45 56 67 78 89 91 12 23 34 45 56 67 78 89 9- -定义定义M M铰（铰（FEMAFEMA）第第28页页/共共50页页第二十九

23、页，共51页。 选择选择P-M-MP-M-M类型时将自动勾选类型时将自动勾选My-MzMy-Mz内力成分内力成分- -P-M-MP-M-M类型仅适用于梁柱类型仅适用于梁柱(lin zh)(lin zh)单元和墙单元单元和墙单元- - 膜类型的墙单元只能定义面内成分膜类型的墙单元只能定义面内成分MyMy的非线性特性的非线性特性( (面外为弹性面外为弹性) )1 1选择骨架曲线类型：选择骨架曲线类型：MyMy和和MzMz只能选择同样类型的曲线只能选择同样类型的曲线PMMPMM铰的刚度折减系数在屈服铰的刚度折减系数在屈服(qf)(qf)面特性窗口中进行设置。面特性窗口中进行设置。2 21 12 2屈

24、服屈服(qf)(qf)面特性窗口面特性窗口3 33 3选择屈服面特性的计算方法选择屈服面特性的计算方法4 44 4定义刚度折减系数定义刚度折减系数5 55 56 66 67 77 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。屈服强度的定义屈服强度的定义： 自动计算时不必用户输入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。的轴力对屈服面的影响。定义屈服面定义屈服面： 自动计算时不必输入自动计算时不必输入- -定义定义PMMPMM铰（铰（FEMAFEMA）第第29页页/共共

25、50页页第三十页，共51页。 用鼠标选择要分配的特性后拖放到模型画面上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分配了铰特性的单元上将(shngjing)(shngjing)显示铰标签显示铰标签 注意事项注意事项选择选择(xunz)(xunz)的单元类型与铰特性不匹配时不能分配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一般连接单元不能使用鼠标拖放功能分配铰特性第第30页页/共共50页页第三十一页，共51页。 修改已定义的修改已定义的PushoverPushover铰特性的方法铰特性的方法 最常用最常用(chn yn)(chn yn)的方法，

26、推荐方法的方法，推荐方法修改修改(xigi)(xigi)“MM”“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(nil)成分被分配了“MM”特性的所有单元的特性将被同时修改1 12 21 12 2- -修改铰特征值修改铰特征值第第31页页/共共50页页第三十二页，共51页。Gen V712(Gen V712(旧版本旧版本) )Gen V730(Gen V730(新版本新版本(bnbn)(bnbn)第第32页页/共共50页页第三十三页，共51页。第第33页页/共共50页页第三十四页，共5

27、1页。l 查找查找(ch zho)(ch zho)性能性能控制点控制点第第34页页/共共50页页第三十五页，共51页。性能(xngnng)控制点性能(xngnng)控制点所对应的结构相关结果l 查找查找(ch zho)(ch zho)性性能控制点能控制点- -分析与结果查看分析与结果查看第第35页页/共共50页页第三十六页，共51页。Procedure-AProcedure-A 是是ATC-40ATC-40中提供的基本方法，首先将能力谱中斜率为初始刚度的切线和阻尼比为中提供的基本方法，首先将能力谱中斜率为初始刚度的切线和阻尼比为5%5%的弹性设计响应谱的弹性设计响应谱的交点作为初始的性能点。然

28、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。重复上述过程响应谱，然后重新计算交叉点作为性能点。重复上述过程(guchng)(guchng)，直到在使用有效阻尼系数的非线性，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。采用能点。采用Procedure-AProcedure-

29、A方法确定性能点的方法参见下图。方法确定性能点的方法参见下图。 l性能控制点确定性能控制点确定(qudng)(qudng)方法方法第第36页页/共共50页页第三十七页，共51页。Procedure-B ATC-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。对弈于假定的位移延性比的放射线状弹性设计响应谱的交点作为初始的性能点。对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的有效周期和非线性设计响应谱的交点将形成一个轨迹(guj)线，该轨迹线，该轨迹(guj)线与结构的能力谱的交点为线与结构的能力谱的交点为最终的性能点。最终的性能点。l性能性能(xngnng)(xngnng)控制控制点确定方法点确定方法第第37页页/共共50页页第三十八页，共51页。l 结果结果(ji gu)(ji gu)图形图形层层- -剪力曲剪力曲线线第第38页页/共共50页页第三十九页，共51页。最大弹塑性层间位移(wiy)