MIDAS非線性邊界分析.doc

例題11. 邊界非線性分析概要此例題將介紹利用MIDAS/Gen做邊界非線性分析的整個(gè)過程，以及查看分析結(jié)果的方法。此例題的步驟如下:1. 隔震器算例簡介2. 設(shè)定操作環(huán)境及定義材料和截面3. 用建模助手建立模型4. 建立框架柱5. 樓層復(fù)制及生成層數(shù)據(jù)6. 定義邊界條件7. 輸入樓面荷載8. 定義結(jié)構(gòu)類型9. 定義質(zhì)量10. 輸入時(shí)程分析數(shù)據(jù)11. 運(yùn)行時(shí)程分析12. 時(shí)程分析結(jié)果13. 阻尼器算例簡要分析14. 定義阻尼器特性值15. 查看阻尼器算例時(shí)程分析結(jié)果1.簡要本例題介紹使用MIDAS/Gen 進(jìn)行邊界非線性分析的方法。通過兩個(gè)例題模型來分別說明 MIDAS/Gen在進(jìn)行有隔震器和阻尼器的結(jié)構(gòu)的時(shí)程分析過程及結(jié)果。(該例題數(shù)據(jù)僅供參考) 基本數(shù)據(jù)如下： 軸網(wǎng)尺寸：見平面圖 柱: 600x600 梁： 250x600 混凝土： C30 層高： 一五層 ：3.0m 地震波： El Centro 設(shè)防烈度： 7 分析時(shí)間： 20秒 圖1. 分析模型2.設(shè)定操作環(huán)境及定義材料和截面在建立模型之前先設(shè)定環(huán)境及定義材料和截面1. 主菜單選擇 文件新項(xiàng)目2. 主菜單選擇 文件保存: 輸入文件名并保存3. 主菜單選擇 工具單位體系: 長度 m, 力 kN注：也可以通過程序右下角隨時(shí)更改單位。圖2. 定義單位體系4. 主菜單選擇 模型材料和截面特性材料： 添加：定義C30混凝土材料號：1 名稱：C30 規(guī)范：GB(RC) 混凝土：C30 材料類型：各向同性5. 主菜單選擇 模型材料和截面特性截面：添加：定義梁、柱截面尺寸 圖3 定義材料圖4 定義梁、柱截面3.用建模助手建立模型主菜單選擇 文件新項(xiàng)目主菜單選擇 模型結(jié)構(gòu)建模助手框架： 輸入：添加x坐標(biāo)，距離6，重復(fù)4； 添加z坐標(biāo)，距離6，重復(fù)1；距離3，重復(fù)1；距離6，重復(fù)1編輯： Beta角，90度；材料，C30；截面，250x600；生成框架；插入：插入點(diǎn)，0，0，0；Alpha，90度 。 圖5 建立框架4.建立框架柱生成框架柱的步驟如下：主菜單選擇 模型單元擴(kuò)展：注：此處柱子高度-3，負(fù)號代表沿Z軸負(fù)向。擴(kuò)展類型：節(jié)點(diǎn)線單元 單元類型：梁單元 材料：C30 截面：600600 輸入柱子高度：dz=3在模型窗口中選擇生成柱的節(jié)點(diǎn) 圖6 生成框架柱5.樓層復(fù)制及生成層數(shù)據(jù)文件1：主菜單選擇 建筑物數(shù)據(jù)復(fù)制層數(shù)據(jù): 復(fù)制次數(shù)：5 距離：3 添加在模型窗口中選擇要復(fù)制的單元2：主菜單選擇 建筑物數(shù)據(jù)定義層數(shù)據(jù):考慮剛性樓板 地面高度：點(diǎn)擊，若勾選使用地面高度，則程序認(rèn)定此標(biāo)高以下為地下室注：需要輸出時(shí)程分析層結(jié)果的時(shí)候，勾選時(shí)稱分析結(jié)果的層反應(yīng) 圖7 生成層數(shù)據(jù)6.定義邊界條件1：右鍵節(jié)點(diǎn)復(fù)制和移動(dòng)： 選擇底部節(jié)點(diǎn)( Z=-3),dx,dy,dz=0,0,-0.1,點(diǎn)擊試用2：主菜單選擇 模型邊界條件一般連接特性值： 名稱：ISO1 作用類型：內(nèi)力 特征值類型：鉛芯橡膠支座隔震裝置 線性特性值：有效剛度 Dx 10000000 KN/m ， Dy 1000 KN/m，Dz 1000 KN/m 非線性特性值：Dy，Dz: 彈性剛度 1000 KN/m，屈服強(qiáng)度 100 KN 注：對于連接單元的Dx方向剛度指連接單元的軸向剛度，Dy、 Dz方向剛度指連接單元的剪切向剛度 屈服后剛度與彈性剛度之比 0.02 滯后循環(huán)參數(shù) a=0.5 ,b=0.5 3：主菜單選擇 模型邊界條件一般連接： 名稱：ISO1 類型：鉛芯橡膠支座隔震裝置 兩點(diǎn)：點(diǎn)取 X=0,Y=0,Z=-3和Z=-3.1的兩節(jié)點(diǎn) 勾選復(fù)制一般連接選項(xiàng)，復(fù)制軸 x ，間距 46,點(diǎn)擊試用 重復(fù)上述步驟，將需要布置支座位置的節(jié)點(diǎn)一般連接布置好。 4：主菜單選擇 模型邊界條件一般支承: 在模型窗口中選擇Z=-3.1嵌固點(diǎn)： 圖8 輸入一般連接特性值 圖9 布置一般連接 圖10 輸入邊界條件7.輸入樓面荷載 1：主菜單選擇 荷載靜力荷載工況: DL：恒荷載 LL：活荷載 圖11 定義荷載工況2：主菜單選擇 荷載自重: 荷載工況：DL 自重系數(shù)：Z=1圖12 定義自重 3：菜單選擇 荷載定義樓面荷載類型： 定義各房間荷載:名稱：OFFICE 荷載工況：DL（LL） 樓面荷載：4，2注：此處負(fù)號代表荷載方向沿Z軸負(fù)向。 名稱：ROOF 荷載工況：DL（LL） 樓面荷載：6，0.5注： 樓面荷載分配不上，可檢查分配區(qū)域內(nèi)是否有空節(jié)點(diǎn)、重復(fù)節(jié)點(diǎn)、重復(fù)單元。 圖11 定義樓面荷載4：主菜單選擇 荷載分配樓面荷載: 樓面荷載類型：OFFICE 分配模式：雙向（或長度）荷載方向：整體坐標(biāo)系Z 復(fù)制樓面荷載：方向Z，距離43同樣的方法輸入ROOF樓面荷載圖12 定義樓面荷載 圖13 顯示樓面荷載8.定義結(jié)構(gòu)類型主菜單選擇 模型結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)類型：3D (三維分析) 將結(jié)構(gòu)的自重轉(zhuǎn)換為質(zhì)量：轉(zhuǎn)換到X、Y (地震作用方向) 圖14 定義結(jié)構(gòu)類型9.定義質(zhì)量主菜單選擇 模型質(zhì)量將荷載轉(zhuǎn)換成質(zhì)量： 質(zhì)量方向：X，Y 荷載工況：DL LL 組合系數(shù)：1.0 0.5圖15 定義荷載質(zhì)量10.輸入時(shí)程分析數(shù)據(jù) 1：主菜單選擇 荷載時(shí)程分析數(shù)據(jù)時(shí)程荷載函數(shù): 添加時(shí)程函數(shù): 時(shí)間函數(shù)數(shù)據(jù)類型：無量綱加速度 地震波：選Elcenth波（或其它波）最大值：0.035g注：抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中，7度區(qū)多遇地震地震加速度時(shí)程曲線最大值取35,所以加速度最大值取0.035g圖16 添加時(shí)程荷載函數(shù)2：主菜單選擇 荷載時(shí)程分析數(shù)據(jù)時(shí)程荷載工況:添加荷載工況名稱：SC1結(jié)束時(shí)間：20秒分析時(shí)間步長：0.02輸出時(shí)間步長：2 分析類型：非線性分析方法：振型疊加法時(shí)程類型：瞬態(tài)（地震波），當(dāng)波為諧振函數(shù)時(shí)選擇線性周期。阻尼：直接輸入， 輸入所有振型的阻尼比：0.05圖17 添加時(shí)程荷載工況3：主菜單選擇 荷載時(shí)程分析數(shù)據(jù)時(shí)程荷載工況特征值分析控制:分析類型：默認(rèn)即可頻率數(shù)量：10（振型數(shù)）其它選項(xiàng)一律默認(rèn)即可圖18 特征值分析控制4：主菜單選擇 荷載時(shí)程分析數(shù)據(jù)地面加速度時(shí)程分析荷載工況名稱：SC1X方向時(shí)程分析函數(shù)：函數(shù)名稱：Elcenth系數(shù)：1（地震波增減系數(shù)）到達(dá)時(shí)間：10秒（表示地震波開始作用時(shí)間）Y方向時(shí)程分析函數(shù)：函數(shù)名稱：Elcenth系數(shù)：1（地震波增減系數(shù)）到達(dá)時(shí)間：15秒（表示地震波開始作用時(shí)間）Z方向時(shí)程分析函數(shù)：若不考慮豎向地震作用此項(xiàng)可不填水平地面加速度的角度：X、Y兩個(gè)方向都作用有地震波時(shí)，如果輸入0度，表示X方向地震波作用于X方向，Y向地震波作用于Y方向。如果輸入90度，表示X方向地震波作用于Y方向，Y向地震波作用于X方向。如果輸入30度，表示X方向地震波作用于與X軸成30 度方向，Y向地震波作用于與Y軸成30度方向。圖19 定義地面加速度11.運(yùn)行時(shí)程分析主菜單選擇 分析運(yùn)行分析以上為整個(gè)前處理階段，包括建模、荷載輸入、分析選項(xiàng)。12.時(shí)程分析結(jié)果 （與未加隔震支座結(jié)果對比）1：主菜單選擇 結(jié)果分析結(jié)果表格周期與振型:注：周期與振型表格中，提供以下結(jié)果，各振型參與質(zhì)量、振型參與系數(shù)、振型方向系數(shù)、參與質(zhì)量。當(dāng)需要判斷模型的某一振型是X、Y向平動(dòng)還是扭轉(zhuǎn)時(shí)，需要綜合振型參與質(zhì)量和振型方向系數(shù)來判定。 圖20 周期與振型表格（未加隔震支座） 圖21 周期與振型表格（加隔震支座）2：主菜單選擇 結(jié)果時(shí)程分析結(jié)果時(shí)程分析圖形層數(shù)據(jù)圖形層剪力最大值 圖22 層數(shù)據(jù)圖形圖23 層剪力最大值（未加隔震裝置）圖24 層剪力最大值（加隔震裝置）2：主菜單選擇 結(jié)果時(shí)程分析結(jié)果層數(shù)據(jù)圖形層剪切/傾覆彎矩(by step)圖25 層剪力步驟圖26 層剪力步驟輸出圖形 （未加隔震裝置） 圖27 層剪力步驟輸出圖形 （加隔震裝置）13.粘滯阻尼器算例模型基本情況二維框架：只考慮XZ平面內(nèi)自由度的時(shí)程分析 層高3米，總高度為十層 材料：鋼材 Q345截面： W 27x94 （梁） W 36x135 （柱）圖28 二維框架14.定義阻尼器特性值1：主菜單選擇 模型邊界條件一般連接特性值： 名稱：Damper 作用類型：內(nèi)力 特征值類型：粘彈性消能器 線性特性值：有效阻尼 Dx 1000 KN*sec/m 非線性特性值： Dx:阻尼類型：Maxwell模型消能器阻尼： 2000 kN參考速度：1 m/sec阻尼指數(shù)：0.5連接彈簧剛度：1000000 KN/m 2：主菜單選擇 模型邊界條件一般連接： 名稱：Damper 類型：粘彈性消能器 兩點(diǎn)：點(diǎn)取布置阻尼器連接的兩個(gè)節(jié)點(diǎn) 重復(fù)上述步驟，將需要布置阻尼器位置的節(jié)點(diǎn)一般連