用结构大师做弹塑性分析

1、第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司midas Gen & midas Building 技术讲座技术讲座新技 术 新流程 新概念用结构大师用结构大师做弹塑性分析做弹塑性分析1第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座目录目录弹塑性分析的意义两种弹塑性分析方法比较静力弹塑性分析 基本概念及原理 操作技巧； 工程实例；动力弹塑性分析弹塑性分析推荐电脑配置2第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座弹塑性分析的意义弹塑性分析的意义了解结构抵抗大震（中震）的能力； 抗震设防目标：小震不坏，中震可修，大震不倒；l 规则结构：通过概念设计和抗震构造措施

2、来保证；l 不规则结构：存在薄弱部位，局部破坏-结构倒塌；了解结构的薄弱层或薄弱位置；判断结构是否满足“强柱弱梁，强剪弱弯”3第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静、动力弹塑性分析比较静、动力弹塑性分析比较比较内容比较内容静力弹塑性静力弹塑性动力弹塑性动力弹塑性施加荷载等效静力荷载地震波加载方式单向递增往复加载单方向多向（双向/三向）材料特性双折线，三折线，FEMA滞回模型静力弹塑性还是动力弹塑性？静力弹塑性还是动力弹塑性？新高规报批稿3.11.4条规定：高度200m 时，应采用弹塑性时程分析法；高度在150200m 时，可视结构不规则程度选择静力或时程分析法。高度超过

3、300m 的结构，应由两个独立的计算进行校核； 静力弹塑性静力弹塑性基本概念及原理5第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l 静力弹塑性分析步骤静力弹塑性分析步骤静力分析和设计；查看整体指标（周期，振型，7个主要比值等）；查看超筋超限信息；生成静力弹塑性分析首选项；荷载：初始荷载，加载模式，P-delta效应；分析：步长控制，分析终止条件；非线性特性值：配筋数据，塑性铰和纤维定义；自动生成静力弹塑性分析数据（一键生成）； 荷载工况，铰数据；运行静力弹塑性分析并查看结果； 6第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性

4、l 初始荷载初始荷载定义结构的初始内力状态； 复杂结构应进行施工模拟分析，应以施工全过程完成后的内力为初始状态；（高规审批稿3.11.4） 一般：DL+0.5LL； FEMA: DL+0.25LL；对于柱铰（P-M-M相关） 初始荷载引起的轴力会影响构件的塑性铰特性值；初始荷载最好分步施加（510步）；7第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l 考虑几何非线性考虑几何非线性高规审批稿高规审批稿 5.5.1 高层建筑混凝土结构进行弹塑性计算分析时，应考虑几何非线性影响；几何非线性- P-效应 （重力二阶效应）在横向荷载引起的内力和变形基础上，竖向荷载引起

5、的附加内力和变形；8第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l 加载模式加载模式 （1）振型：振型： 做特征值分析，提取基本模态； （2）等加速度：等加速度： 惯性力，取决于各层质量； （3）静力荷载工况：静力荷载工况： 利用已定义的荷载工况； 振型振型 等加速度等加速度 静力荷载静力荷载 （4）层剪力：层剪力： 原则：反映实际的地震力分布（优选层剪力）9第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l 分析终止条件分析终止条件 达到极限层间位移角； 达到最大位移； 某个节点的最大位移 整个结构的最大位移 最大位移方向

6、当前刚度与初始刚度的比值 10第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l 塑性铰特性塑性铰特性p单轴铰与多轴铰；p铰成分： 梁：My, Mz; 柱：P-M-M相关； 支撑：轴力11第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l弹塑性本构曲线弹塑性本构曲线 FEMA 双折线双折线 三折线三折线 本构关系本构关系屈服点屈服点钢筋混凝土钢筋混凝土/型钢混凝土型钢混凝土钢结构钢结构/钢管混凝土钢管混凝土双折线P1极限弯矩Mcr极限弯矩My三折线P1开裂弯矩Mcr屈服弯矩MyP2极限弯矩Mu极限弯矩Mu12第三代结构设计解决方案

7、北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性p弹塑性本构曲线弹塑性本构曲线 三种铰对比三种铰对比(弯矩铰弯矩铰) 梁截面：400*800； E：3*107 ; I=0.0170667m4; L=4.2m; MMcr: 三种铰刚度值相同；McrMu: K双折线K三折线KFEMA ; 13第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l 配筋结果配筋结果 从绘图师导入实配钢筋结果； 计算配筋x超配系数； 可按构件指定超配系数说明：A. Pushover分析之前一定 要进行分析和设计；B. 推荐采用实配钢筋结果；14第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术

8、有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l 墙纤维墙纤维 单元屈服的判断标准：单元屈服的判断标准： x-屈服评估用残留系数； M-纤维数量； m-达到屈服的纤维数量； N-高斯积分点数量，墙单元为4个； n-达到屈服的高斯积分点数量； 轴向与弯曲：m (1-x)*M; 剪切：n (1-x)*N; 15第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l 墙纤维墙纤维- 混凝土本构模型混凝土本构模型（混规 附录C.2.4） fc*: 混凝土单轴抗压强度代表值； c: 混凝土峰值压应变； u: 曲线下降段，混凝土峰值压应变为 0.5 fc*时的混凝土压应变；不考虑

9、混凝土的抗拉能力 16第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l 墙纤维墙纤维- 钢筋本构模型钢筋本构模型 fy: 钢筋强度设计值； E1: 钢筋屈服前刚度； 弹性模量值-混规表4.2.5 E2: 钢筋屈服后刚度； = E2/E1: -0.01,接近于理想弹塑性； 17第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l 墙纤维墙纤维- 剪切模型剪切模型 - 理想弹塑性模型 1: 屈服剪应力； G: 剪切模量；G=0.4E 1: 屈服剪应变；18第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性

10、l 墙纤维墙纤维- 剪切模型剪切模型 Building中剪切破坏判断标准： 基于抗剪极限承载力的名义屈服应变方法基于抗剪极限承载力的名义屈服应变方法 使用材料强度标准值计算剪力墙构件的极限抗剪承载力使用V/(bh0)计算名义屈服剪应力名义屈服剪应变=名义屈服剪应力/剪切模量n使用Building方法计算的屈服剪应变一般在1/100003/10000之间。n可以由用户手动输入。（屈服剪应力=0.0004xG）19第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l 墙纤维墙纤维- 墙铰墙铰 墙铰墙铰（Gen） 墙纤维墙纤维（Building）判断内容内力（弯矩，剪力

11、）应力/应变整个构件单元（划分网格后）钢筋（屈服）混凝土（压碎）剪力墙（剪切破坏）判断位置墙的顶部和底部每个单元计算效率高低20第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l 性能点性能点 能力谱能力谱 需求谱需求谱 21第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l 性能点性能点 需求谱与能力谱的交点。 反映了结构在相应地震作用下的最大塑性变形能力。 寻找性能点的出发点： 性能点处，有效阻尼值相等； 22第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l 查看分析结果查看分析结果-弹塑性层

12、间位移角弹塑性层间位移角 是否满足抗规中规定的弹塑性层间位移角限值要求； (抗规抗规表表5.5.5 弹塑性层间位移角限值弹塑性层间位移角限值) 结构类型【p】单层钢筋混凝土柱排架1/30钢筋混凝土框架1/50地步框架砌体房屋中的框架-抗震墙1/100钢筋混凝土框架-抗震墙、板柱-抗震墙、框架-核心筒1/100钢筋混凝土抗震墙、筒中筒1/120多、高层钢结构1/5023第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l 查看分析结果查看分析结果-基底剪力基底剪力； 与反应谱法得到的基底剪力在合理比例范围之内；(35倍) 地震影响系数最大值地震影响系数最大值 设防设

13、防烈度烈度6（0.05g）7（0.10g）7（0.15g）8（0.20g）8（0.30g）9（0.40g）小震0.040.080.120.160.240.32中震0.120.230.340.450.680.90大震0.280.500.720.901.201.4024第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l 查看分析结果查看分析结果-塑性铰分布塑性铰分布； FEMA: B（屈服）、IO 、 LS 、 CP 、 C 、 D 、 E（完全破坏） 双折线；1-yield； 三折线： 1-yield、2-yield； 纤维：应变等级1、2、3、4、5 反映混凝土

14、/钢筋/墙单元受力状态； 数值为当前应变与屈服应变之比； 反映单元破坏的程度静力弹塑性静力弹塑性操作技巧26第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l 如何找到性能点？如何找到性能点？ 查看超筋超限信息梁：受压区高度；最大配筋率；最小受剪截面等；柱：轴压比，最大配筋率；最小受剪截面； 节点抗剪验算等； 墙梁：受压区高度；最大配筋率；最小受剪截面等；墙柱：轴压比，最大配筋率；最小受剪截面；稳定性验算等；超筋超筋-承载力高估承载力高估-收敛不容易，结果不准确；收敛不容易，结果不准确；调整，尽量消除超筋超限构件；调整，尽量消除超筋超限构件；应特别关注对构件塑性

15、特性有影响的部分；应特别关注对构件塑性特性有影响的部分；27第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l 如何找到性能点？如何找到性能点？ 优化设置 初始荷载分布施加（510步）；28第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l 如何找到性能点？如何找到性能点？ 优化设置 选择层剪力层剪力或振型振型加载模式；29第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l 如何找到性能点？如何找到性能点？ 优化设置 选择等步长加载；自动调整步长：未收敛时自动减小步长；在荷载位移曲线接近水平段反复迭

16、代，提高精度的 同时，增加计算时间。30第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l 如何找到性能点？如何找到性能点？ 优化设置 设定最大位移控制点及其方向；最大位移方向取为加载方向；控制节点可指定为顶层角柱顶点；31第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l 如何找到性能点？如何找到性能点？ 优化设置 塑性铰的定义：弯矩-旋转角；不考虑轴力铰； 横向荷载作用下框架结构梁单元弯矩最大值一般出现在两端。集中铰为端部非线性弹簧加上中间弹性单元，分析更容易收敛。对于梁柱单元，一般不允许发生轴向破坏，所以可不考虑轴力铰。32

17、第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l 如何找到性能点？如何找到性能点？ 优化设置先初算再细算，初算时： 先算一个方向； 减小步骤数（30步）； 不考虑P-Delta效应；采用实配钢筋；在building中建模等33第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l 如何提高基底剪力？如何提高基底剪力？ 选择塑性铰类型； 三种铰对比(弯矩铰) 梁截面：400mm*800mm； 弹性模量：3*104Mpa ; 惯性矩：0.0170667m4; 长度：4.2m；MMcr: 三种铰刚度值相同；McrMu: K双折线K三折线K

18、FEMA ; 34第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l 如何提高基底剪力？如何提高基底剪力？ 提高纤维剪切屈服应变值；将输入方法改为用户输入；计算屈服剪应力：=G x 取为4/10000; 35第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座静力弹塑性静力弹塑性l 如何提高基底剪力？如何提高基底剪力？ 增加剪力墙网格尺寸；剪力墙网格尺寸越大，越不容易破坏；单元破坏=刚度折减=承载力下降； 静力弹塑性静力弹塑性工程实例37第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座工程实例工程实例结构形式：框剪结构共计37层，1层为底盘。

19、基本设置如下：38第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座工程实例工程实例静力弹塑性结果曲线：基底剪力：大震：1.099*104KN；小震：3019.525KN比例：3.64；最大弹塑性层间位移角：0.0034容许层间位移角：1/10039第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座工程实例工程实例铰状态： 剪力墙铰主要发生在2层根部。40第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座工程实例工程实例结构形式：框剪结构，中间开洞；共计14层，3层为夹层，4F为转换层基本设置如下：41第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座工

20、程实例工程实例静力弹塑性结果曲线：基底剪力：大震：2.193*104KN；小震：6935.675KN比例：3.162；最大弹塑性层间位移角：0.003336容许层间位移角：1/10042第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座工程实例工程实例铰状态： 框架墙铰主要出现在转换层附近梁端。 墙铰从转换层开始逐渐向下蔓延。43第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座工程实例工程实例层间位移角：44第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座工程实例工程实例结构形式：主体剪力墙结构，底下3层伸出部分框架；共计26层，68.1m.基本设置如下：45

21、第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座工程实例工程实例静力弹塑性结果曲线：基底剪力：大震：2.078*104KN；小震：10141KN比例：2.049；最大弹塑性层间位移角：0.00473容许层间位移角：1/12046第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座工程实例工程实例铰状态： 梁大部分处于开裂状态。 部分剪力墙发生剪切破坏。47第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座工程实例工程实例层间位移角：动力弹塑性动力弹塑性49第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座动力弹塑性动力弹塑性l 如何选波？如何选波？1.

22、初步判断：频谱特性（特征周期）；频谱特性（特征周期）； Tg=2 EPV/EPA; (地震波) EPV：有效峰值速度； EPA：有效峰值加速度； 与规范比较，误差控制在20%以内。 设计地设计地震分组震分组场地类别场地类别I0I1第一组0.250.300.400.500.70第二组0.300.350.450.600.80第三组0.350.400.500.700.9550第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座动力弹塑性动力弹塑性l 如何选波？如何选波？初步判断：有效峰值加速度有效峰值加速度 计算所选地震波的有效峰值加速度EPA； 地震能量较大区域处的加速度平均值；地震能量较

23、大区域处的加速度平均值； 按照规范规定进行调幅；罕遇罕遇地震地震6度度7度度8度度9度度0.05g0.10g0.15g0.20g0.30g0.40g加速度最大值12522031040051062051第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座动力弹塑性动力弹塑性l 如何选波？如何选波？初步判断：持续时间持续时间从首次达到该时程曲线最大峰值的10%那一点算起到最后一点达到最大峰值的10%为止。有效持续时间一般为结构基本周期的510倍。52第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座动力弹塑性动力弹塑性l 如何选波？如何选波？ 2. 二次判断-地震影响系数 与设计反应谱数据在统计意义上相符。 （主要振型周期点上相差不超过20%）53第三代结构设计解决方案北京迈达斯技术有限公司技术讲座技术讲座动力弹塑性动力弹塑性l 如何选波？如何选波？ 3. 三次判断-基底剪