Midas抗震帮助说课讲解

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。Midas抗震帮助-写在前面的话吾尝终日坐而论道，欲达师之所命，然则回视来路，喟叹师目标之远大，飘飘乎如遗世而独立，自知生性愚钝，淼淼乎似沧海一栗，虽鞠躬尽瘁终不能达其万一。何解？吾生也有涯，而知也无涯，试问孰能遍知古今？路漫漫其修远兮。念至此，心中抑郁之情稍解，思及离别将之，吾虽未成大器，尚愿得著一文以慰后世来者，遂成此文。憾白驹过隙，仓促而就，恐错误百出，贻笑大方，见谅。或曰：而立之年而知天命，足以。Midas接触单元Midas粘弹性消能器模型边界条件一般连接特性值在civil中的粘弹性消能器同时拥

2、有粘性（与变形速度成比例而产生的力）和弹性（与变形成比例而产生的力）。主要用于增大结构的消能能力，减小由地震、缝等引起的动力反应，从而提高结构的安全性和实用性。粘弹性消能器(ViscoelasticDamper)在六个自由度上由线性弹簧和(非)线性阻尼器并联后与线性弹簧串联而成。MIDAS/Civil提供3种粘弹性消能器模型。Maxwell模型如下图所示，线性弹簧与阻尼器串联的模型，适用于流动粘弹性装置。Maxwell模型的力变形关系式如下：粘弹性消能器的刚度：粘弹性消能器的阻尼常数：连接构件的刚度：定义粘弹性消能器的非线性特性的常数：单元两节点间的变形：粘弹性消能器的变形：连接构件的变形输入

3、并将输入为0。实际模型概念图图1.6图1.7消能器阻尼（Cd）：输入消能器的阻尼。参考速度（VO）：一般取1.0。注：一般厂家提供的消能器阻尼（Cd）的单位为（力/速度），使用此功能时，首先建议把程序的单位体系转换为厂家提供的消能器阻尼（Cd）的单位后，输入消能器阻尼（Cd）值，参考速度（VO）输入1.0。阻尼指数（s）：决定粘弹性消能器的非线性特性的常数（粘弹性阻尼力作用方向与位移速度的方向相反，并为速度绝对值的s方成正比。）注：非线性阻尼指数一般可取0.351.0。连接弹簧刚度（kb）：将消能器与结构连接起来的弹簧的刚度，其值可以由用户直接输入。当选择刚接时，程序将忽视连接弹簧的刚度。Ke

4、lvin（voigt）模型如下图所示，线性弹簧与阻尼器并联的模型，适用于固体粘弹性装置。Kelvin(voigt)模型的力变形关系式如下，式中右侧每项的值都是已知值，所以可直接解方程求出作用在消能器上的力。实际模型概念图图1.8图1.9Midas界面消能器刚度（kd)：输入消能器刚度。消能器阻尼(Cd)：输入消能器的阻尼。参考速度（VO)：一般取1.0。注：一般厂家提供的消能器阻尼（Cd）的单位为(力/速度），使用此功能时，首先建议把程序的单位体系转换为厂家提供的消能器阻尼（Cd）的单位后，输入消能器阻尼（Cd）值，参考速度（VO）输入1.0。阻尼指数(s)：决定粘弹性消能器的非线性特性的常数

5、（粘弹性阻尼力作用方向与位移速度的方向相反，并为速度绝对值的s方成正比）。注：非线性阻尼指数一般可取0.351.0。粘弹性消能器的概念图如图1.8所示，是由线性弹簧和粘性阻尼并联而成的Kelvin模型和具有线性弹簧的连结构件来连接两节点的。另外，当不存在连结构件或连接构件的刚度比消能装置的刚度大很多是，可将该连接构件按刚度输入。单元的力-变形关系式如下式所示。其中，：粘弹性消能器的刚度：粘弹性消能器的阻尼常数：连接构件的刚度：定义粘弹性消能器的非线性特性的常数：单元两节点间的变形：粘弹性消能器的变形：连接构件的变形由上式可以看出，粘性消能既包含与变形的变化率成比例的线性粘性消能，还包含与变形变

6、化率的指数函数成比例的非线性粘性消能。阻尼-支撑组合模型（Maxwell+Kelvin）阻尼-支撑组合模型是Keivin模型与弹簧并联的模型。适用于如下图的减震支撑装置。图1.10阻尼-支承组合模型及概念图图1.11Midas界面消能器刚度（kd)：输入消能器刚度。消能器阻尼(Cd)：输入消能器的阻尼。参考速度（VO)：一般取1.0。注：一般厂家提供的消能器阻尼（Cd）的单位为(力/速度），使用此功能时，首先建议把程序的单位体系转换为厂家提供的消能器阻尼（Cd）的单位后，输入消能器阻尼（Cd）值，参考速度（VO）输入1.0。阻尼指数(s)：决定粘弹性消能器的非线性特性的常数(粘弹性阻尼力作用方

7、向与位移速度的方向相反，并为速度绝对值的s方成正比。)注：非线性阻尼指数一般可取0.351.0。连接弹簧刚度(kb)：将消能器与结构连接起来的弹簧的刚度，其值可以由用户直接输入。当选择刚接时，程序将忽视连接弹簧的刚度。间隙图1.12Midas界面当间隙单元两个节点的缩小的相对位移(在六个自由度上各自的相对位移)超过了间隙单元内部的初始间隙时，该方向的刚度将开始发生作用。另外，还可以输入与间隙单元并联的附加线性粘性阻尼器的有效阻尼(图中未显示)。弹性刚度(k)：间隙单元的弹性刚度。根据研究一般区委梁体的轴向刚度，一般数量级取为104KN/m。初始间隙(o)：间隙单元的初始间隙。钩当钩单元两个节点

8、的扩大的相对位移(在六个自由度上各自的相对位移)超过了钩单元内部的初始间隙时，该方向的刚度将开始发生作用。另外，还可以输入与钩单元并联的附加线性粘性阻尼器的有效阻尼(图中未显示)。弹性刚度(k)：钩单元的弹性刚度。初始间隙(o)：钩单元的初始间隙。滞后系统滞后系统(HystereticSystem)由在六个自由度上分别具有单向塑性(UniaxialPlasticity)的弹簧组成。另外，还可以输入与滞后系统并联的附加线性粘性阻尼器的有效阻尼(图中未显示)。弹性刚度(k)：弹簧屈服前的初期刚度。屈服强度(Fy)：弹簧的屈服强度。屈服后刚度与弹性刚度之比(r)：屈服后的切线刚度与初期弹性刚度之比。

9、屈服指数(s)：决定屈服位置曲线形状的参数。(该值越大，曲线越接近二直线模型。)滞后循环参数()：决定恢复力曲线形状的参数。滞后循环参数()：决定恢复力曲线形状的参数。铅芯橡胶支承隔震装置铅芯橡胶支承隔震装置(LeadRubberBearingIsolator)中的两个剪切弹性支承具有二轴塑性(BiaxialPlasticity)相关特性，其余四个自由度具有线性弹性特性。另外，还可以输入与滞后系统并联的附加线性粘性阻尼器的有效阻尼(图中未显示)。剪切弹性支承的参数如下：弹性刚度(k)：弹簧屈服前的初期刚度。屈服强度(Fy)：弹簧的屈服强度。屈服后刚度与弹性刚度之比(r)：屈服后的切线刚度与初期

10、弹性刚度之比。屈服指数(s)：决定屈服位置曲线形状的参数。(该值越大，曲线越接近二直线模型。)滞后循环参数()：决定恢复力曲线形状的参数。滞后循环参数()：决定恢复力曲线形状的参数。摩擦摆隔震装置摩擦摆隔震装置(FrictionPendulumSystemIsolator)中的两个剪切弹性支承具有二轴塑性(BiaxialPlasticity)相关特性，轴向初始间隙为零的间隙弹性支承，其余三个旋转自由度具有线性弹性特性。另外，还可以输入与滞后系统并联的附加线性粘性阻尼器的有效阻尼(图中未显示)。摩擦摆隔震装置得轴向弹性支承的参数如下：特征值非弹性铰特性值非弹性铰用于动力弹塑性分析，通过定义结构刚

11、度的折减实现非线性分析。铰类型：梁柱集中：梁柱类型的集中铰通过转动和平移弹簧把结构的非弹性性能集中在单元的两端和中心。结构的其它位置假定为弹性。集中非弹性铰通过力矩与转角或者力与位移之间的关系定义。定义非弹性铰的滞回模型。骨架：是一种经验性的滞回模型，即假设3个平移自由度和3个旋转自由度的铰的特性各自作用而不互相影响，并对各自由度铰的特性分别定义的单轴(单向)铰滞回模型(uni-axialhingehysteresismodel)。屈服面特性值：需要在设计钢筋混凝土构件设计参数用于验算的柱截面数据中输入桥墩箍筋以及纵向钢筋。否则不能自动计算。弹塑性材料模型混凝土模型-Kent&Park模型fc

12、：混凝土抗压强度D623.1.3条K：横向约束引起的抗压强度提高系数（一般为1）_cu：压碎时的极限应变：约束钢筋屈服强度：由D62第3.2.2条确定。但是程序后面标明=0.00733，只好取为0.008_c0：产生最大压应力时的应变（一般为0.002）Z：应变软化时的斜率h：核心混凝土的高度（核心混凝土是指箍筋围成的外援围成的区域）sh：个人认为是桥墩直径/宽度ps：箍筋的配筋率混凝土模型-Mander模型特点：1988年Mander针对横向约束混凝土提出的本构模型。横向约束箍筋不仅能够约束混凝土，还能起到防止主筋的屈曲以及剪切破坏的作用。而且大大提高了被约束受压混凝土的强度以及延性。Man

13、der模型直接提供了约束混凝土的应力-应变关系，故适用于任意形状的截面。且考虑了纵向、横向约束钢筋的配筋量以及屈服强度、配筋形状等。能够正确计算出混凝土的有效约束应力。Mander模型虽然采用的是1973年Popovic提出的单轴应力-应变关系曲线，但取的是考虑多轴后的有效约束力还原为单轴应力-应变关系的算法。说明：Mander模型适用于任意截面形状。对于导入的钢筋材料和截面数据能够自动计算其强度（仅支持圆形、矩形截面）。对于其它任意截面，用户可手动输入材料以及截面数据后，也可自动计算强度。无约束混凝土fco：无约束混凝土的抗压强度，即公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD6220

14、04）中3.13规定的混凝土轴心抗压强度标准值fck。eco：对应于fco的混凝土应变，一般定为千分之二。Ec：混凝土的弹性模型，选择Mander等时，程序内部自动计算。手动输入时，由D62规范3.1.5确定。Ft：输入混凝土的抗拉强度，用户可直接手动输入，此时由D62规范3.1.3确定，也可以忽略。Et：根据抗拉强度，自动计算。约束混凝土：约束钢筋屈服强度：由D62第3.2.2条确定。钢材Menegotto-Pinto模型：钢筋屈服强度，由D62第3.2.2条确定。：钢筋初始刚度，由D62第3.2.4条确定。：屈服后钢筋的刚度和初始刚度之比。纤维截面分割纤维单元是将梁单元截面分割为许多只有轴

15、向变形的纤维的模型，使用纤维模型时可利用纤维材料的应力-应变关系和截面应变的分布形状假定较为准确地截面的弯矩-曲率关系，特别是可以考虑轴力引起的中和轴的变化。但是因为使用了几种理想化的骨架曲线(skeletoncurve)计算反复荷载作用下梁的响应，所以与实际构件的真实响应还是有些误差。MIDAS/Civil中的纤维模型使用了下面的几个假定。截面的变形维持平截面并与构件轴线垂直。不考虑钢筋与混凝土之间的滑移(bond-slip)。梁单元截面形心的连线为直线弯矩-曲率曲线计算E2时用到非线性动力时程需要设置塑性铰，需要在模型材料和截面特性弯矩-曲率曲线中进行计算（但是在工作栏中无法看到，所以刚开

16、始做的时候根本不知道，为此被老师哼哼教导.）名称：定义名称。截面：选择要计算M-曲线的截面。需要符合以下项目，才能被选。材料必须是混凝土材料必须配筋（设计RC设计RC设计截面配筋）仅适用于“数据库/用户”截面中的箱型截面、管型截面、实腹长方形截面、实腹圆形截面、八角形、实腹八角形截面、轨道型截面、实腹轨道型截面，“数值”截面中的任意截面。位置：选择单元的I端或J端。（“位置”适用于变截面，选择I、MID、J截面的钢筋计算截面特性。）混凝土：选择已定义好的混凝土弹塑性材料特性值。在HYPERLINKmk:MSITStore:J:workCivil_2010.chm:/04_模型/07_材料和截面

17、特性值/14_2纤维材料特性值.htm弹塑性材料特性值对话框中定义。钢筋：选择已定义好的钢筋弹塑性材料特性值。在HYPERLINKmk:MSITStore:J:workCivil_2010.chm:/04_模型/07_材料和截面特性值/14_2纤维材料特性值.htm弹塑性材料特性值对话框中定义。轴力：输入初始轴力（ms输个0就可以，个人以为是上部结构平均对桥墩引起的轴力）中和轴角度：输入要计算M-曲线的方向，默认0度为Z方向。（90度为Y方向）点数：输出曲线的点数（越多越精确）上述输入完成后点击添加会出现在左栏，勾选后点击计算选择截面，当结果栏显示0后，点击输出选择截面的详细结果，则自动生成d

18、oc文档。（此时Midas貌似会自动关闭所有doc文档，所以请注意保存）钢筋混凝土抗震设计构件类型设计-RC设计-钢筋混凝土抗震设计构件类型这一步也没有在工作中显示，且是以上一节内容为基础得到，由于我的工作集中于桥墩计算，故以桥墩验算为例。关键在于弯矩-曲率曲线输入其中下面的phi为希腊第21个字母，即代表曲率，y应该代表Yield，u代表Ultimate，即屈服曲率及极限曲率（个人认为，查了半天），而这在上一节得到的doc文档中得到，数量个人认为即为数据数量。其余的都很好输入。RC设计参数选择08抗震细则。在Midas2010中设计RC设计抗震设计，这个根据研究需要现行运行分析，然后将RC设

19、计中各参数定义好再进行，然后在下拉菜单下查看结果。节点弹性支承在结构的边界及弹性地基梁的支承位置上通常利用弹性支撑单元建立结构计算模型。在缺少自由度的单元（如桁架单元、平面应力单元和板单元）之间相互连接的节点上，为防止出现奇异（singularError）也可使用弹性支撑单元。SDx、SDy、SDz分别为沿x、y、z方向的弹性支承刚度，SRx、Sry、SRz分别为绕整体坐标系x、y、z方向的转动弹性刚度。需要计算桩（Pile）基础的轴向弹性支承刚度时，刚度的大小可用只计算。其中E、A及H分别为桩（Pile）的弹性模量、有效截面面积及有效长度。在本模型中，E由D62规范第3.1.5条查得C30为

20、3.00KN/，A为，H取为10m。反应谱法反应谱函数荷载反应谱分析数据反应谱函数反应谱数据确认要输入的反应谱数据类型。+无量纲加速度：加速度反应谱除以重力加速度得到的频谱。放大放大系数：输入反应谱数据的调整系数。最大值：反应谱数据的最大值可根据用户在这里输入的值来调整。是反应谱函数放大系数的另一种定义方法。如反应谱函数的最大加速度为0.045g，如果定义最大值为0.09g，那么相当于放大系数为0.09g/0.045g=2，且反应谱数据中的所有数据都放大2倍。重力加速度输入重力加速度。该数据将被用于将无量纲加速度和等效质量转换为荷载。阻尼比输入结构的阻尼比，也可以在设计反应谱中直接输入（有的设

21、计反应谱中有阻尼比输入选项）。根据公路桥梁抗震设计细则JTG/TB02-012008（以下简称08抗震细则）6.3.2条规定，混凝土结构的阻尼比可取为0.05（一般钢结构取为0.02，钢混叠合梁取为0.04）。反应谱分析时有三处可输入阻尼比：a设计反应谱中直接输入(例如建筑抗震设计反应谱)；b在本对话框中输入；c在反应谱分析工况中输入。程序最终使用的阻尼比优先顺序为c，b，a。E1水平设计加速反应谱China（JTG/TB02-01-2008）输入数据桥梁类型参照08抗震细则3.1.2。各桥梁抗震设防类别适用范围桥梁抗震设防类别适用范围A类单跨跨径超过150m的特大桥B类单跨跨径不超过150m

22、的高速公路、一级公路上的桥梁，单跨跨径不超过150m的二级公路上的特大桥、大桥C类二级公路上的中桥、小巧，单跨跨径不超过150m的三、四及公路上的特大桥、大桥D类三、四级公路上的中桥、小桥分区特征周期、场地类型根据GB183062001.中国地震动参数区划图确定。设防烈度根据图纸所提供数据。抗震规范E1。（E1：工程场地重现期较短的地震作用，对应于第二级设防水准。E2：工程场地重现期较长的地震作用，对应于第二级设防水准）输出数据特征周期根据08抗震细则5.2.3条：特征周期按桥址位置在中国地震动反应谱特征周期区划图上查取，根据场地类别，按下表取值。设计加速度反应谱特征周期调整表区划图上的特征周

23、期（s）场地类型划分IIIIIIIV0.350.250.350.150.650.400.300.400.550.750.450.350.450.650.90由于分区特征周期为0.35，场地类型为I类，故特征周期调整为0.25。重要性系数根据08抗震细则3.1.4-2选取。各类桥梁的抗震重要性系数桥梁分类E1地震作用E2地震作用A类1.01.7B类0.43（0.5）1.3（1.7）C类0.341.0D类0.23注：高速公路和一级公路上的大桥、特大桥，其抗震重要性系数取B类括号内的值。场地系数根据08抗震细则5.2.2确定。抗震设防烈度场地类型67890.05g0.1g0.15g0.2g0.3g0

24、.4gI1.21.00.90.90.90.9II1.01.01.01.01.01.0III1.11.31.21.21.01.0IV1.21.41.31.31.00.9阻尼调整系数按照08抗震细则5.2.4条确定。阻尼调整系数，除有专门规定外，结构的阻尼比应取值为0.05，此时阻尼调整系数为1.0。当结构的阻尼比按有关规定取之不等于0.05是，阻尼调整系数应按下式取值。此处取为0.05，故取为1.0。EPA根据08抗震细则3.2.2选取。抗震设防烈度和水平向设计基本地震动加速度峰值A抗震设防烈度6789A0.05g0.10（0.15）g0.20（0.30）g0.40gE1竖向设计加速度反应谱在此

25、勾选，其余相同。根据08抗震细则5.2.5，竖向设计加速度反应谱由水平向设计加速度反应谱成以下是给出的竖向/水平向谱比函数R。T0.1s0.1sT质量菜单中输入模型的质量数据，即建立模型的质量矩阵。2、在分析特征值分析控制中输入特征值数量和各种分析控制数据。3、运行分析HYPERLINKmk:MSITStore:D:MJ.squall文档MidasMidas%20wordMIdas帮助Civil_2010.chm:/06_分析/10_运行结构分析.htm运行结构分析或点击图标菜单HYPERLINKmk:MSITStore:D:MJ.squall文档MidasMidas%20wordMIdas帮

26、助Civil_2010.chm:/06_分析/10_运行结构分析.htm运行结构分析。4、结构分析结束之后，可以在结果HYPERLINKmk:MSITStore:D:MJ.squall文档MidasMidas%20wordMIdas帮助Civil_2010.chm:/07_结果/11_振型形状.htm振型形状或结果分析结果表格HYPERLINKmk:MSITStore:D:MJ.squall文档MidasMidas%20wordMIdas帮助Civil_2010.chm:/07_结果/11_振型形状.htm振型形状中查看各振型形状和特征值(自振周期和自振频率)。频率数量的确定结果-分析结果表格

27、-周期与振型在各方向上，振型参与质量之和不足90%时，应该增加分析的振型数量；当无限增加振型数量也无法使振型参与质量之和达到90%时，应查看建立的模型是否正确，或有一些不必要的附属构件。输入频率数量过多会导致未知错误！（例如输入1000会导致无法运行，原因不明）时程分析根据08抗震细则6.5.2条规定，时程分析的最终结果，当采用3组时程波计算时，应取3组计算结果的最大值；当采用7组时程波计算时，可取7组计算结果的平均值。此处选用三组实际加速度记录分别为1940年的EICentro波（适用于中软场地II-III类场地）、1952年TaftLinconSchool波（中硬场地II-III类场地）、1971年SanFernando波共三组地震波取最大值。经过调幅处理作为抗震分析的依据，并考虑入射角度为0度和90度两种情况。对E1或E2地震水平，各分析3*2=6种工况，取共6种工况的最大值作为地震动效应。E1时程分析时程荷载工况分析类型线性：进行线性时程动力分析。E1非线性：进行非线性时程动力分析。E2分析方法振型叠加法：结构的位移用相互正交位移向量的线性组合的形态求解的方法，这个方法的前提条件是阻尼矩阵可以用质量矩阵和刚度矩阵的线性组合所表示。这种方法是结构分析程序中使用最多的方法之一，对大型结