抗震專題2-時程分析2

1、抗震專題2-時程分析2第一頁，共54頁。內(nèi) 容時程分析Why 時程分析？Whats 時程分析？時程分析理論時程分析要素時程分析工況定義時程分析結(jié)果查看第二頁，共54頁。midas CivilWhy 時程分析？抗震規(guī)范對于非規(guī)則橋梁的E2地震作用有使用時程分析方法分析的要求。而且非規(guī)則橋梁的塑性鉸轉(zhuǎn)動能力驗算是需要用時程分析得到塑性轉(zhuǎn)角。非線性抗震分析方法可分為非線性靜力分析方法和非線性動力分析方法。由于靜力彈塑性分析存在反映結(jié)構(gòu)動力特性方面的缺陷、不能考慮荷載往復(fù)作用效應(yīng)等原因，在需要精確分析結(jié)構(gòu)動力特性的重要結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用受到了限制。第三頁，共54頁。midas CivilWhats 時程分析

2、？非線性時程分析（Nonlinear Time History Analysis）是將構(gòu)件的非線性恢復(fù)力特性，通過滯回曲線，分析結(jié)構(gòu)隨時間響應(yīng)的動力分析方法。第四頁，共54頁。midas Civil非線性時程分析原理第五頁，共54頁。midas Civil非線性時程分析原理第六頁，共54頁。midas Civil非線性時程分析原理第七頁，共54頁。midas Civil非線性時程分析原理第八頁，共54頁。midas Civil非線性時程分析原理第九頁，共54頁。midas Civil非線性時程分析原理第十頁，共54頁。midas Civil時程分析要素時程分析地震作用（地震波）彈塑性構(gòu)件（彈塑

3、性鉸：骨架/纖維）邊界非線性單元（減隔振支座等）第十一頁，共54頁。midas Civil時程分析要素地震作用- 地震波選取第十二頁，共54頁。midas Civil時程分析要素地震作用- 地震波選取建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB 50011-2010）第十三頁，共54頁。midas Civil時程分析要素地震作用- 地震波選取確定實錄波的特征周期Tg因為擬相對速度反應(yīng)譜PSV和擬絕對加速度的反應(yīng)譜PSA之間有近似關(guān)系： 則可得到特征周期 ：其中：EPA為有效峰值加速度,EPV為有效峰值速度。有效峰值速度（EPV）:取0.1s-2秒范圍的速度平均值除2.5，一般來說加速度最大值發(fā)生在中間周期范圍。有效

4、峰值加速度（EPA）:取秒范圍的加速度平均值除2.5，一般來說加速度最大值發(fā)生在短周期范圍。第十四頁，共54頁。midas Civil時程分析要素地震作用- 地震波選取確定實錄波的持續(xù)時間第十五頁，共54頁。midas Civil時程分析要素地震作用- 地震波選取峰值調(diào)整系數(shù)=設(shè)計EPA/地震EPA設(shè)計反應(yīng)譜的有效峰值實錄波有效峰值加速度（EPA）:取秒范圍的加速度平均值除2.5，一般來說加速度最大值發(fā)生在短周期范圍。第十六頁，共54頁。midas Civil時程分析要素地震作用- 地震波選取（1）啟動Building 程序中的結(jié)構(gòu)大師第十七頁，共54頁。midas Civil時程分析要素地震

5、作用- 地震波選取（2）根據(jù)地勘情況選擇相應(yīng)的分組、烈度等第十八頁，共54頁。midas Civil時程分析要素地震作用- 地震波選?。?）在列表中根據(jù)特征周期（實錄波）及持續(xù)時間選擇地震波第十九頁，共54頁。midas Civil時程分析要素地震作用- 地震波選取第二十頁，共54頁。midas Civil時程分析要素彈塑性鉸-集中/分布第二十一頁，共54頁。midas Civil時程分析要素集中型鉸相對于分布型鉸具有計算量少的優(yōu)點，但是如圖所示集中型鉸需要事先假定鉸的分布位置，當實際情況與假設(shè)情況不符時(如彎矩最大位置不是在假定位置)，計算結(jié)果有可能出錯。分布型鉸雖然計算量較大但是可以相對準

6、確的反映鉸的實際分布情況，因此可以得到更準確的分析結(jié)果。 彈塑性鉸-集中/分布第二十二頁，共54頁。midas Civil時程分析要素彎矩鉸的彎矩-旋轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線不僅受端部彎矩的影響同時也受構(gòu)件跨中的彎矩影響。因此為了準確定義彎矩鉸的彎矩-旋轉(zhuǎn)角關(guān)系需要事先假設(shè)彎矩在構(gòu)件的分布狀態(tài)。彈塑性鉸-集中/分布第二十三頁，共54頁。midas Civil時程分析要素彈塑性鉸-滯回模型構(gòu)件的單向內(nèi)力的荷載和變形的關(guān)系叫做骨架曲線?；诠羌芮€并考慮往復(fù)荷載作用下的卸載和加載時的荷載-位移關(guān)系稱為滯回模型。動力彈塑性分析中一般使用滯回模型模擬構(gòu)件的恢復(fù)力特性。 Whats滯回模型滯回模型對非線性分析結(jié)果

7、的影響較大，因此需要選擇能夠正確反映使用材料和構(gòu)件的恢復(fù)力特性的滯回模型。第二十四頁，共54頁。midas Civil時程分析要素彈塑性鉸-多軸鉸滯回模型多軸鉸模型多軸鉸滯回模型（P-M, P-M-M）纖維模型 一般來說柱構(gòu)件的軸力和兩個方向的彎矩之間是相關(guān)的，雖然可以用實體單元模擬柱以反映柱的復(fù)雜的受力狀態(tài)，但是仿真分析的耗時較多。為了提高計算效率一般采用多軸鉸模型多軸鉸模型來模擬柱的非線性狀態(tài)。第二十五頁，共54頁。纖維模型是按梁單元建模后將梁截面分割為多個纖維，通過纖維的非線性特性來模擬構(gòu)件的非線性特性的分析方法。不用分割多個單元，也可以精確分析非線性特性。midas Civil時程分析

8、要素彈塑性鉸-多軸鉸滯回模型多軸鉸滯回模型（P-M, P-M-M）纖維模型多軸鉸滯回模型的軸力和兩個方向的彎矩根據(jù)屈服面定義，由塑性理論考慮軸力與兩個彎矩成分的相互作用。由滯回模型定義各內(nèi)力成分的判別狀態(tài)，比起纖維模型判別狀態(tài)所需的計算量少得多。第二十六頁，共54頁。midas Civil時程分析要素受彎矩和軸力同時作用的梁柱單元，特別是三維分析中軸力和兩個方向的彎矩之間的內(nèi)力相關(guān)關(guān)系非常復(fù)雜，對動力分析結(jié)果影響也較大。程序中提供了P-M型相關(guān)和P-M-M型相關(guān)兩種相關(guān)類型。 P-M型相關(guān)關(guān)系在計算初始屈服面時，使用初始荷載引起的軸力計算屈服彎矩。此時，兩個方向的彎矩相關(guān)關(guān)系被忽略。判別鉸狀態(tài)

9、時，軸力與兩方向彎矩都是按獨立的方式進行判別。P-M型相關(guān)作用 P-M-M 型相關(guān)關(guān)系在計算各時刻的屈服彎矩時，可以考慮軸力的變化計算抗彎屈服強度。各時間步驟，可以考慮協(xié)同考慮三個內(nèi)力成分判別鉸狀態(tài)。但是，P-M-M 型相關(guān)關(guān)系中只支持隨動硬化型(Kinematic Hardening type)鉸特性。P-M-M相關(guān)作用 彈塑性鉸-多軸鉸滯回模型第二十七頁，共54頁。midas Civil時程分析要素彈塑性鉸-多軸鉸滯回模型3個成分可以獨立定義不同類型本構(gòu)，作為獨立判別條件！僅能定義隨動模型，My,Mz根據(jù)Fx被鎖定，作為判別條件?。▍f(xié)同）P-MP-M-MVS第二十八頁，共54頁。midas

10、 Civil時程分析要素PMM-隨動硬化，主要用于鋼材。對于鋼筋混凝土墩柱主要用武田模型?？梢允褂肞-M相關(guān)，來考慮軸力彎矩相關(guān)關(guān)系。彈塑性鉸-多軸鉸滯回模型第二十九頁，共54頁。midas Civil時程分析要素彈塑性鉸-纖維模型 彈塑性鉸的類型可分為單軸鉸模型、基于塑性理論的多軸鉸模型、纖維模型。單軸鉸模型不考慮各內(nèi)力之間的相互影響，一般用于希望快速獲得大致結(jié)果的簡化計算中。多軸鉸模型可考慮軸力和彎矩、以及兩個彎矩間的相互影響，但是同樣具有不能反映復(fù)雜受力影響的缺陷。纖維模型不僅可以準確模擬受彎構(gòu)件的力學(xué)特性，而且可以考慮截面內(nèi)纖維的局部損傷狀態(tài)。另外纖維模型同樣可以考慮軸力和彎矩、兩個彎

11、矩之間的相互影響，但是因為不能反映剪切破壞，所以一般用于剪切變形不大的線單元。纖維模型的計算也是基于平截面假定的。 第三十頁，共54頁。midas Civil時程分析要素彈塑性鉸-纖維模型第三十一頁，共54頁。midas Civil時程分析要素彈塑性鉸-纖維模型顯然，如果考慮了鋼筋與混凝土的粘結(jié)滑移時，變形過程截面將不能保持平面！第三十二頁，共54頁。midas Civil時程分析要素彈塑性鉸-纖維模型某個纖維的應(yīng)變=（纖維截面的y軸曲率，z軸曲率，軸向應(yīng)變）x (纖維距y軸位置，距z軸位置，1(各纖維相同軸力)第三十三頁，共54頁。midas Civil時程分析要素彈塑性鉸-纖維模型截面不平

12、衡力通過積分各纖維的應(yīng)力求得。第三十四頁，共54頁。midas Civil時程分析要素彈塑性鉸-纖維模型123456注意：1. 截面和鋼筋均可通過3 4 5三步導(dǎo)入，但前提是已經(jīng)在設(shè)計中定義好截面的鋼筋。2. 6步中程序默認鋼筋的材料為類型1材料。3.程序支持此處自定義鋼筋（上圖藍色區(qū)域）。第三十五頁，共54頁。midas Civil時程分析要素彈塑性鉸-纖維模型注意：1. 2步為選擇截面外框線321第三十六頁，共54頁。midas Civil時程分析要素彈塑性鉸-纖維模型注意：1. 1步為選擇截面外框線及上頁生成的保護層內(nèi)線。231第三十七頁，共54頁。midas Civil時程分析要素彈塑

13、性鉸-纖維模型注意：即將被分割的區(qū)域會以陰影形式顯示。必須注意修改材料號。1234第三十八頁，共54頁。midas Civil時程分析要素132第三十九頁，共54頁。midas Civil時程分析要素123第四十頁，共54頁。midas Civil時程分析要素注意：最終程序以不同顏色顯示不同材料。第四十一頁，共54頁。midas Civil時程分析工況定義工況定義流程第四十二頁，共54頁。midas Civil時程分析工況定義時程荷載函數(shù)添加第四十三頁，共54頁。midas Civil時程分析工況定義該增量對分析結(jié)果的精度有較大的影響。按照經(jīng)驗時間增量一般可以取時程加載函數(shù)周期或結(jié)構(gòu)振動的最小

14、自振周期的1/10sec。選擇之前定義的時程荷載條件，作為先行于當前定義荷載工況的條件。根據(jù)選擇的荷載條件，得到位移、速度、加速度、內(nèi)力、鉸的狀態(tài)參數(shù)、非線性連接單元狀態(tài) 參數(shù)，以此作為初始條件進行分析。第四十四頁，共54頁。midas Civil時程分析工況定義比例阻尼又稱為古典阻尼(Classical Damping)，是指阻尼與質(zhì)量或剛度矩陣成比例。一般結(jié)構(gòu)的動力分析可以使用比例阻尼，比例阻尼可分解為各振型的阻尼。 非比例阻尼是指阻尼不與質(zhì)量或剛度矩陣成比例，一般用于由不同材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)或具有消能減震裝置的結(jié)構(gòu)。非比例阻尼不能直接分解為各振型的阻尼，需要通過振型形狀計算各振型的應(yīng)變能和耗

15、能來計算各振型的阻尼比。 時程工況定義第四十五頁，共54頁。midas Civil時程分析工況定義時程工況定義第四十六頁，共54頁。midas Civil時程分析工況定義到達時間：地面加速度開始作用于結(jié)構(gòu)上的時間。水平地面加速度的角度：輸入地面加速度水平方向的成分繞整體坐標系Z軸旋轉(zhuǎn)的角度。以X軸為準，逆時針為正值，順時針為負值。指定動力荷載第四十七頁，共54頁。midas Civil時程分析結(jié)果查看延性系數(shù)第四十八頁，共54頁。midas Civil時程分析結(jié)果查看鉸狀態(tài)第四十九頁，共54頁。midas Civil時程分析結(jié)果查看時程圖形結(jié)果第五十頁，共54頁。midas Civil時程分析結(jié)果查看延性系數(shù)比較模型類型單元D/D2骨架分布鉸2830.827纖維鉸2831.677橋墩1墩底位置