PUSHOVER分析方法全攻略学习课程

1、内容目录内容目录1 大震分析程序简介2、MIDAS/Gen适用范围3、 pushover分析原理4、操作流程详解5、 常见问题与解答第1页/共50页第一页，编辑于星期六：十七点 三十六分。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。 MID

2、AS/Gen MIDAS/Gen 能直接做剪力墙结构实现便利，结果稳定，易于掌控。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。

3、 ABAQUS ABAQUS采用纤维墙元模型程序复杂，价格昂贵，需组建专业团队。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2页/共50页第二页，编辑于星期六：十七点 三十六分。第3页/共50页第三页，编辑于星期六：十七点 三十六分。n 方法原理：方法原理： Pushover分析通过考虑构件的材料非线性特点，评估构件进入弹塑性状态直至到达极限状态时结构性能的方法。 Push

4、over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。n 分析目的：分析目的： 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。如： 1、通过pushover分析得到结构能力曲线。与需求谱曲线比较，判断结构是否能够找

5、到性能点，从整体上满足设定的大震需求性能目标。 2、性能点状态下结构的最大层间位移角是否满足规范“层间弹塑性位移角限值”的要求。（框架1/50,框剪1/100,纯剪1/120,框支层1/120） 3、是否在模拟结构地震反应不断加大的过程中，构件的破坏顺序（塑性铰开展）和概念设计预期相符， 梁、柱、墙等构件的变形, 是否超过构件某一性能水准下的允许变形。 第4页/共50页第四页，编辑于星期六：十七点 三十六分。n 能力谱曲线与需求谱曲线能力谱曲线与需求谱曲线 能力（谱）曲线：Pushover分析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)

6、。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)。PushoverAnalysisCapacity SpectrumdSaSSDOF Systemroof roof Capacity CurveMDOF SystemtransformFbaseVbaseV分析得到的荷载-位移关系能力曲线转换为加速度-位移关系能力谱曲线第5页/共50页第五页，编辑于星期六：十七点 三十六分。 需求谱曲线：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(dem

7、and spectrum)。Demand Spectrumn,2Ta22ndS4TS n,1TnTdSaSaSResponse Spectrumtransform 性能点：通过比较两个谱曲线，得到一个交点性能点（performance Point）。性能点的状况，决定着结构的性能水平(performance level)。5% ElasticSpectrumPerformance PointDemand SpectrumCapacity SpectrumaSdSmaxDmaxA第6页/共50页第六页，编辑于星期六：十七点 三十六分。n 结构性能状况判断结构性能状况判断 Pushover分析工况

8、设定需求谱参考阻尼线（图中红色线）参考周期线（图中白色射线）性能点产生方法，两种方法均可与建筑物新旧相关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pushover分析结果的合理性。一般为34倍。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况第7页/共50页第七页，编辑于星期六：十七点 三十六分。 （1）配筋条件的输入； （2）定义pushover主控数据； （3）定义pushover工况； （4）定义铰特性值，并分配铰； （5）计算与查看pushover分析结果。第8页/共50页第八页，编辑于星期六：十七点 三十六分。（1 1）配筋条件的输入）配筋

9、条件的输入 步骤同步骤同“钢筋混凝土结构抗震分析及设计钢筋混凝土结构抗震分析及设计”- -配筋输入第9页/共50页第九页，编辑于星期六：十七点 三十六分。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n 方法1 1：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。 配筋输入第10页/共50页第十页，编辑于星期六：十七点 三十六分。对于墙，“排序”选为“墙号层”， “更新配筋”项激活配筋输入第11页/共50页第十一页，编辑于星期六：十七点 三十六分。勾选要编辑验算的构件截面n 方法2 2

10、：用户自定义配筋结果 特点：在设计-钢筋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。 配筋输入第12页/共50页第十二页，编辑于星期六：十七点 三十六分。（2 2） 定义定义pushoverpushover主控数据主控数据（位置：（位置： 设计设计-pushover-pushover分析分析-pushover-pushover主控数据）主控数据） 步骤同步骤同“钢筋混凝土结构抗震分析及设计钢筋混凝土结构抗震分析及设计”- -定义主控数据第13页/共50页第十三页，编辑于星期六：十七点 三十六分。在PUSH

11、OVER 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定义初始荷载适用于所有PUSHOVER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- -定义主控数据第14页/共50页第十四页，编辑于星期六：十七点 三十六分。（3

12、3）定义）定义pushoverpushover工况工况（位置：（位置： 设计设计-pushover-pushover分析分析-pushover-pushover荷载工况）荷载工况） 步骤同步骤同“钢筋混凝土结构抗震分析及设计钢筋混凝土结构抗震分析及设计”- -定义推覆工况第15页/共50页第十五页，编辑于星期六：十七点 三十六分。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/Gen中提供两种Pushover分析方法：A A、基于荷载增量、基于荷载增量的荷载控制法的荷载控制法B B、基于目标位移的位移控制法基于目标位移的位移控制法l MIDAS/GenMIDAS/G

13、en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。 优点：是速度快，荷载概念明确。 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 承载力后开始进入下降段，此时无法再增加荷载（Gen 730 可进行判断，然后自动保证收敛）。- -定义推覆工况第16页/共50页第十六页，编辑于星期六：十七点 三十六分。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 基于荷载增分法的Pushover分析- -定义推覆工况第17页/共

14、50页第十七页，编辑于星期六：十七点 三十六分。l 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。一般认为，整体结构达到该位移时，

15、结构的破坏程度已包含并超过大震下结构的性能状态点。- -定义推覆工况第18页/共50页第十八页，编辑于星期六：十七点 三十六分。0.01.0sC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l 两种方法的比较：终止分析条件第19页/共50页第十九页，编辑于星期六：十七点 三十六分。 当前刚度比当前刚度比 変位増分変位増分 1 Column 刚度折减率：0.00.0理想弹

16、塑性 分析模型分析模型 位移控制结果位移控制结果： 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，所以无法获得稳定解定解Gen V730(NEW)Gen V730(NEW)每个步骤中都会计算当前刚度比，当前刚每个步骤中都会计算当前刚度比，当前刚度比为度比为0.00.0时将自动停止分析。时将自动停止分析。- -定义推覆工况第20页/共50页第二十页，编辑于星期六：十七点 三十六分。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:结构振动以基本振型为主时的惯性力的分布形式,类似于我国规

17、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振型时,相当于倒三角分布（如去x向平动模态或Y向平动模态）。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。- -定义推覆工况l 加载方式第21页/共50页第二十一页，编辑于星期

18、六：十七点 三十六分。输入大于1的整数，推荐最小输入20（默认值：20） 太大则步骤数太多，需要更长时间；太小则曲线点较粗糙。输入步骤数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

19、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22页/共50页第二十二页，编辑于星期六：十七点 三十六分。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 条选择基本模态作为Pushover荷载的分布模式 。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。周期与振型结果窗口- -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23页/共50页第二十三页，编辑于星期六：十七点 三十六分。（4 4）定义铰特征值，分配铰）定义铰特征值，分配铰（位置：（位置： 设计设计

20、-pushover-pushover分析分析- -定义定义pushoverpushover铰特征值铰特征值/ /分配分配pushoverpushover铰）铰） 步骤同步骤同“钢筋混凝土结构抗震分析及设计钢筋混凝土结构抗震分析及设计”- -定义分配铰第24页/共50页第二十四页，编辑于星期六：十七点 三十六分。二维梁单元和三维梁柱单元模型桁架单元模型桁架单元模型 - -定义分配铰l MIDAS/Gen MIDAS/Gen中铰特性的说明第25页/共50页第二十五页，编辑于星期六：十七点 三十六分。 三维墙单元模型三维墙单元模型由中间的线单元，上下两端的刚性杆构成。中间的线单元与三维梁柱单元相同，

21、刚性杆在xz平面内做刚体运动。 EtabsEtabs、sapsap中墙元的处理方法（等代框架）中墙元的处理方法（等代框架） 柱子： 链杆:斜支撑：- -定义分配铰第26页/共50页第二十六页，编辑于星期六：十七点 三十六分。 弯矩弯矩- -旋转角旋转角(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： 集中型、分布型集中型、分布型 桁架单元桁架单元（轴力轴力) )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GJ/L单元两端y, y, z

22、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-旋转角用户输入（GJ/L）单元中心y

23、, y, z z（弯矩）弯矩-旋转铰用户输入（EI/L）单元中心- -定义分配铰第27页/共50页第二十七页，编辑于星期六：十七点 三十六分。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 12 23 34 45 56 67 78 89 91 12 23 34 45 56 67 78 89 9- -定义M M铰（FEMAFEMA）第28页/共50页第二十八页，编辑于星期六：十七点 三十六分。 选择选择P-M-MP-M-M类型时将自动勾

24、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类型仅适用于梁柱单元和墙单元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 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面特性窗口中进行设置。铰的刚度折减系数在屈服面特性窗口中进行设置。2 21 12 2屈服面特性窗口屈服面特性窗口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

25、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的轴力对屈服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。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PMMPMM铰（FEMAFEMA）第29页/共50页第二十九页，编辑于星期六：十七点 三十六分。 用鼠标选择要分配的特性后用鼠标选择要分配的特性后拖放拖放到模型画面上到模型画面上分配了铰特性的单元上将显示铰标签分配了铰特性的单元上将显示铰标签 注意事项

26、注意事项选择的单元类型与铰特性不匹配时不能分配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一般连接单元不能使用鼠标拖放功能分配铰特性不能使用鼠标拖放功能分配铰特性- -分配铰第30页/共50页第三十页，编辑于星期六：十七点 三十六分。 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 最常用的方法，推荐方法最常用的方法，推荐方法修改修改“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

27、21 12 2- -修改铰特征值第31页/共50页第三十一页，编辑于星期六：十七点 三十六分。Gen V712(Gen V712(旧版本旧版本) )Gen V730(Gen V730(新版本新版本) )- -查看分配的铰第32页/共50页第三十二页，编辑于星期六：十七点 三十六分。（5 5）分析与结果查看）分析与结果查看（位置：（位置： 设计设计-pushover-pushover分析分析- -运行分析运行分析/ /结果查看）结果查看） 步骤同步骤同“钢筋混凝土结构抗震分析及设计钢筋混凝土结构抗震分析及设计”- -分析与结果查看第33页/共50页第三十三页，编辑于星期六：十七点 三十六分。-

28、-分析与结果查看l 查找性能控制点第34页/共50页第三十四页，编辑于星期六：十七点 三十六分。性能控制点性能控制点所对应的结构相关结果l 查找性能控制点- -分析与结果查看第35页/共50页第三十五页，编辑于星期六：十七点 三十六分。Procedure-AProcedure-A 是ATC-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

29、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。 l性能控制点确定方法- -分析与结果查看第36页/共50页第三十六页，编辑于星期六：十七点 三十六分。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。l性能控制点确定方法- -分析与结果查看第37页/共50页第三十七页，编辑于星期

30、六：十七点 三十六分。l 结果图形层- -剪力曲线- -分析与结果查看第38页/共50页第三十八页，编辑于星期六：十七点 三十六分。最大弹塑性层间位移角，判断是否满足建筑抗震设计规范条或高规条要求l 结果图形层- -层间位移角曲线- -分析与结果查看第39页/共50页第三十九页，编辑于星期六：十七点 三十六分。显示分析中使用的荷载参数显示分析中使用的荷载参数- -分析与结果查看l 各步骤铰状态图形结果第40页/共50页第四十页，编辑于星期六：十七点 三十六分。l 各步骤铰状态结果- -分析与结果查看第41页/共50页第四十一页，编辑于星期六：十七点 三十六分。ATC-40将房屋遭受地震后,可能

31、出现的状态主要分为：IOIO(ImmediateOccupancy) -立即居住DCDC(DamageControl) -损坏控制LSLS(LifeSafety) -生命安全SSSS(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 B、IOIO、LSLS、CP(CollapsePrevention)CP(CollapsePrevention)、C C为性能点,其中B B点出现塑性铰,C C点为倒塌点,CPCP为预防倒塌点,各性

32、能点所对应的横坐标为相应的弹塑性位移限值。- -分析与结果查看l 塑性铰状态说明第42页/共50页第四十二页，编辑于星期六：十七点 三十六分。l 铰状态表格统计- -分析与结果查看第43页/共50页第四十三页，编辑于星期六：十七点 三十六分。1 12 23 34 45 56 67 78 8 用图表形式绘制感兴趣的节点或单元的各种分析结果用图表形式绘制感兴趣的节点或单元的各种分析结果- -分析与结果查看 PushoverPushover分析结果图表第44页/共50页第四十四页，编辑于星期六：十七点 三十六分。l1、MIDAS/Gen中各类型构件推荐使用的铰类型？答：铰成分的定义，与构件预期破坏的

33、方式（屈服成分）有关。一般来说杆系构件容易发生弯曲破坏，轴向屈服属于脆性破坏，一般构件均不允许出现。对于受较大剪力的连梁、短柱及剪力墙，有可能发生剪切破坏。故在设置铰类型时，框架梁可定义My、Mz，连梁可定义Fz、My、Mz，一般柱定义（Fx）、My、Mz，短柱定义（Fx）、Fz、My、Mz，墙定义（Fx）、（Fz）、My、Mz，桁架定义Fx。均才有弯曲-旋转角的铰。也可根据需要自行调整。构件如因节点打断，应注意不是全选构件去分配铰，这将导致铰太多或设铰不正确，要“该设才设”。l2、MIDAS/Gen中，哪些构件的铰需自定义屈服面或铰特性？答：MIDAS/Gen中支持常规截面梁、柱、墙的自动铰特性定义，但对于十字型钢混凝土构件、型钢混凝土梁、矩形钢管混凝土柱、通过任意截面编辑参数定义的截面等复杂截面，需要自定义铰特征，或PMM相关时的屈服面。相关方法需查阅相关资料，屈服面参数可推荐使用xtract等工具完成。或采用等代刚度或特性的方法，把复杂截面构件换成能够自动分配铰特征值的截面。第45页/共50页第四十五页，编辑于星期六：十七点 三十六分。l3、铰成分中FEMA铰、双线及三折线类型，各适用于什么情况？答：FEMA铰是美国FEMA273规范里面