静力弹塑性性分析基本原理20080830课件

1、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 李传林大 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sap2000、etabs墙需要用组合框架代替，操作复杂，不太可能实现。pkpm没有振型的加载方法。弹塑性分析较不成熟，使用较少。动力弹塑性分析对软硬件要求比较高，计算时间长，结

2、果不便于整理，但能真是的反应结构在大震下的状态。midas只能做杆系结构sap2000、etabssap2000只能做杆系结构Etabs不能做pkpm可以做墙元。弹塑性分析较不成熟，使用较少。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

3、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

4、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、

5、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）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 最大位移一般为 总高度弹塑性层间位移角限值，参

6、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 ：Cs0.0Pushover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。Pusho

7、ver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

8、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。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Gs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

9、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)1234567891234567

10、89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。212屈服面特性窗口33选择屈服面特性的计算方法44定义刚度折减系数556677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PUSH

11、OVER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1212查看分配的铰Gen V712(旧版本)Gen V730(新版本)运行静力弹塑性分析查看静力弹塑性分析结果查

12、找性能控制点查看静力弹塑性分析结果性能控制点性能控制点所对应的结构相关结果查找性能控制点Pushover图形层剪力查看静力弹塑性分析结果Pushover图形层间位移角最大弹塑性层间位移角，判断是否满足建筑抗震设计规范5.5.5 条或高规4.6.5条要求查看静力弹塑性分析结果查看静力弹塑性分析结果 各步骤铰状态图形结果显示分析中使用的荷载参数查看静力弹塑性分析结果 Pushover铰状态结果塑性铰状态说明ATC-40将房屋遭受地震后,可能出现的状态主要分为：IO(ImmediateOccupancy) -立即居住DC(DamageControl) -损坏控制LS(LifeSafety) -生命安全SS(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