靜力彈塑性基本原理

靜力彈塑性分析的基本原理Copyright?2000-2003MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司

黃競大震分析方法優(yōu)缺點(diǎn)應(yīng)用程序主要區(qū)別靜力彈塑性分析方法簡單，便于理解。與時(shí)程分析法相比,Pushover方法概念清晰,實(shí)施相對(duì)簡單,同樣能使設(shè)計(jì)人員在一定程度上了解結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)震作用下的反應(yīng),迅速找到結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。midas能直接做剪力墻結(jié)構(gòu)sap、etabs墻需要用組合框架代替，操作復(fù)雜。pkpm沒有振型的加載方法。動(dòng)力彈塑性分析對(duì)軟硬件要求比較高，計(jì)算時(shí)間長，結(jié)果不便于整理，但能真是的反應(yīng)結(jié)構(gòu)在大震下的狀態(tài)。midas只能做桿系結(jié)構(gòu)sap、etabs只能做桿系結(jié)構(gòu)pkpm可以做墻元。abaqus一般采用纖維墻元模擬。靜力彈塑性分析（Pushover分析）適用工程高層結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)體育場(chǎng)靜力彈塑性分析（Pushover分析）Pushover分析是考慮構(gòu)件的材料非線性特點(diǎn)，分析構(gòu)件進(jìn)入彈塑性狀態(tài)直至到達(dá)極限狀態(tài)時(shí)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的方法。Pushover分析是最近在地震研究及耐震設(shè)計(jì)中經(jīng)常采用的基于性能的耐震設(shè)計(jì)(Performance-BasedSeismicDesign,PBSD)方法中最具代表性的分析方法。所謂基于性能的耐震設(shè)計(jì)就是由用戶及設(shè)計(jì)人員設(shè)定結(jié)構(gòu)的目標(biāo)性能(targetperformance)，并使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能滿足該目標(biāo)性能的方法。Pushover分析前要經(jīng)過一般設(shè)計(jì)方法先進(jìn)行耐震設(shè)計(jì)使結(jié)構(gòu)滿足小震不壞、中震可修的規(guī)范要求，然后再通過pushover分析評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)在大震作用下是否滿足預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)性能。

靜力彈塑性分析（Pushover分析）Pushover分析是通過逐漸加大預(yù)先設(shè)定的荷載直到最大性能控制點(diǎn)位置，獲得荷載－位移能力曲線(capacitycurve)。靜力彈塑性分析（Pushover分析）多自由度的荷載－位移關(guān)系轉(zhuǎn)換為使用單自由度體系的加速度－位移方式表現(xiàn)的能力譜(capacityspectrum)，地震作用的響應(yīng)譜轉(zhuǎn)換為用ADRS(Acceleration-DisplacementResponseSpectrum)方式表現(xiàn)的需求譜(demandspectrum)。通過比較兩個(gè)譜曲線，評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)在彈塑性狀態(tài)下的最大需求內(nèi)力和變形能力，通過與目標(biāo)性能的比較，決定結(jié)構(gòu)的性能水平(performancelevel)。分析目的經(jīng)Pushover分析后,得到性能點(diǎn),根據(jù)性能點(diǎn)時(shí)的變形,對(duì)以下三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià):1)頂點(diǎn)側(cè)移是否滿足抗震規(guī)范規(guī)定的彈塑性頂點(diǎn)位移限值2)層間位移角是否滿足抗震規(guī)范規(guī)定的彈塑性層間位移角限值。3)構(gòu)件的局部變形是指梁、柱等構(gòu)件塑性鉸的變形,檢驗(yàn)它是否超過建筑某一性能水準(zhǔn)下的允許變形操作步驟---靜力分析后進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)，并更新配筋---定義靜力彈塑性分析主控?cái)?shù)據(jù)---定義靜力彈塑性分析工況---定義鉸特性值，并分配鉸---計(jì)算并查看靜力彈塑性分析結(jié)果靜力彈塑性分析（Pushover分析）建模及進(jìn)行靜力分析

步驟同“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震分析及設(shè)計(jì)”更新配筋對(duì)于梁柱，“排序”選為“特性值”，“更新配筋”項(xiàng)激活點(diǎn)“全選”按鈕可自動(dòng)勾選構(gòu)件別忘了最后更新配筋方法1：利用程序配筋設(shè)計(jì)的結(jié)果

作用：將配筋結(jié)果賦予構(gòu)件，做PUSHOVER分析時(shí)需要用到截面實(shí)配鋼筋結(jié)果。對(duì)于墻，“排序”選為“墻號(hào)＋層”，“更新配筋”項(xiàng)激活更新配筋更新配筋勾選要編輯驗(yàn)算的構(gòu)件截面方法2：利用用戶戶定義的配配筋結(jié)果若在此編輯輯驗(yàn)算用截截面，則構(gòu)構(gòu)件的最終終實(shí)配配筋筋結(jié)果采用用此定義的的Pushover荷載工況Pushover荷載工況涉涉及的兩個(gè)個(gè)問題A、如何推？？B、推到何種種程度?Pushover荷載工況MIDAS/Gen中提供兩種種Pushover分析方法，，即基于荷載增增分的荷載控制制法和基于目標(biāo)位位移的位移移控制法。MIDAS/Gen的荷載控制制法采用全牛頓頓－拉普森森（FullNewton-Raphson）方法。牛牛頓－拉普普森方法是是采用微分分原理求解解的方法，，其優(yōu)點(diǎn)是是速度快。。采用荷載載增分的Pushover分析方法的的圖形介紹紹如下。分析獲得的最終荷載(坍塌荷載)Qu彈性極限預(yù)測(cè)的坍塌荷載Qud*X等差級(jí)數(shù)對(duì)應(yīng)的增分荷載位移荷載將最終(n+1)步驟的增分量作為后面的增分荷載基于荷載增增分法的Pushover分析Pushover荷載工況基于目標(biāo)位位移的位移移控制法MIDAS/Gen的位移控制制法是由用用戶定義目目標(biāo)位移，，然后逐漸漸增加荷載載直到達(dá)到到目標(biāo)位移移的方法。。目標(biāo)位移移分為整體體控制和主主節(jié)點(diǎn)控制制兩種，整整體控制是是所有節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的位移都都要滿足用用戶輸入最最大位移，，位移也是是整體位移移，不設(shè)置置某一方向向的位移控控制。主節(jié)節(jié)點(diǎn)控制是是用戶指定定特定節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的特定方方向上的最最大位移的的方法?；谛阅艿牡哪驼鹪O(shè)計(jì)計(jì)大部分是是先確定可可能發(fā)生最最大位移的的節(jié)點(diǎn)和位位移方向后后給該節(jié)點(diǎn)點(diǎn)設(shè)定目標(biāo)標(biāo)位移的方方法。初始的目標(biāo)標(biāo)位移一般般可假定為為結(jié)構(gòu)總高高度的1%、2%、4%。這些數(shù)值值一般相當(dāng)當(dāng)于最大層層間位移值值，與結(jié)構(gòu)構(gòu)的破壞情情況相關(guān)。。Pushover荷載工況輸入大于1的整數(shù)（nstep>=1)推薦最小輸輸入20(默認(rèn)值：20)輸入步驟數(shù)數(shù)選擇考慮則則使用PUSHOVER主控?cái)?shù)據(jù)中中定義的初初始荷載當(dāng)使用PMM類型(考慮軸力的的變化)鉸時(shí)，需要要更新鉸的的屈服強(qiáng)度，，此時(shí)應(yīng)選選擇考慮初初始荷載。。選擇是否考考慮初始荷荷載選擇是否考考慮P-Delta分析選擇增量控控制方法：荷載控制、、位移控制制定義PUSHOVER荷載工況Pushover荷載工況最大位移一般為總高度×彈塑性層間位移角限值，參見《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》5.5.5

條選擇基本模態(tài)作為Pushover荷載的分布模式

周期與振型型結(jié)果窗口口Pushover荷載工況終止分析條條件可以獲得穩(wěn)穩(wěn)定解的區(qū)區(qū)段荷載增量很很難獲得穩(wěn)穩(wěn)定解Cs接近0.0時(shí)，將自動(dòng)動(dòng)終止分析析當(dāng)前剛度比比彈性(線性)：Cs=1.0到屈服極限限：1.0>Cs>0.0負(fù)區(qū)段：Cs＜0.0Pushover荷載工況當(dāng)前剛度比比変位増分1Column剛度折減率率：0.0→理想彈塑性性分析模型位移控制結(jié)結(jié)果：可獲得穩(wěn)定定解荷載控制結(jié)結(jié)果：屈服后的剛剛度為0.0，所以無法法獲得穩(wěn)定定解GenV730(NEW)每個(gè)步驟中中都會(huì)計(jì)算算當(dāng)前剛度度比，當(dāng)前前剛度比為為0.0時(shí)將自動(dòng)停停止分析。。Pushover荷載工況加載方式FEMA-273推薦三種形形式:1)均勻分布:各樓層側(cè)向向力可取所所在樓層質(zhì)質(zhì)量；2)倒三角形分分布:結(jié)構(gòu)振動(dòng)以以基本振型型為主時(shí)的的慣性力的的分布形式式,類似于我國國規(guī)范中用用底部剪力力法確定的的側(cè)向力分分布；3)SRSS分布:反應(yīng)譜振型型組合得到到的慣性力力分布。midas程序提供了了自定義分分布、均勻勻加速度分分布和振型型荷載分布布三種加載載方式均勻加速度度分布：提供的側(cè)向向力是用均均一的加速速度和相應(yīng)應(yīng)質(zhì)量分布布的乘積獲獲得的；振型荷載分分布：提供的側(cè)向向力是用給給定的振型型和該振型型下的圓頻頻率的平方方(ω2)及相應(yīng)質(zhì)量量分布的乘乘積獲得的的,可以取任何何一個(gè)振型型其中,均勻加速度度方法相當(dāng)當(dāng)于均勻分分布,振型荷載分分布方法,當(dāng)取第一振振型時(shí),相當(dāng)于倒三三角分布，，用戶也可可以自定義義水平力。。采用振型型荷載分布布要有振型型分析。Pushover主控?cái)?shù)據(jù)在PUSHOVER荷載工況中中選擇考慮慮初始荷載載?？紤]軸力變變化的影響響時(shí)需要考考慮初始荷荷載定義初始荷荷載適用于所有有PUSHOVER荷載工況定義收斂條條件定義PUSHOVER鉸的剛度折折減率默認(rèn)認(rèn)值：在此修改默默認(rèn)值后點(diǎn)點(diǎn)擊確認(rèn)鍵鍵，則所有有鉸的剛度度折減率都都將自動(dòng)修修改。設(shè)置剛度折折減率默認(rèn)認(rèn)值自動(dòng)計(jì)算具具有分布型型鉸特性的的梁單元的的屈服強(qiáng)度度時(shí)，需要要參考特梁梁單元某個(gè)個(gè)位置的特特性(如配筋)→I端、J端、中心MIDAS/Gen中鉸特性的的說明二維梁單元元和三維梁梁－柱單元元模型桁架單元模模型定義鉸特性性值MIDAS/Gen中鉸特性的的說明三維墻單元元模型由中間的線線單元，上上下兩端的的剛性桿構(gòu)構(gòu)成。中間間的線單元元與三維梁梁－柱單元元相同，剛剛性桿在xz平面內(nèi)做剛剛體運(yùn)動(dòng)。。Etabs、sap中墻元的處處理方法。。柱子：定義鉸特性性值鏈桿:斜支撐：定義鉸特性性值彎矩-旋轉(zhuǎn)角(M-θ)本構(gòu)單元彎矩-曲率(M-Φ)本構(gòu)單元：集中型、分分布型桁架單元（軸力)內(nèi)力成分鉸特性初始剛度鉸位置Fx（軸力）軸力-位移（相對(duì)位移）EA/L單元中心Fy,Fz（剪力）剪力-剪切應(yīng)變GAs單元中心Ｍｘ（扭矩）彎矩-旋轉(zhuǎn)角GJ/L單元兩端Ｍy,Ｍz

（彎矩）彎矩-旋轉(zhuǎn)鉸6EI/L,3EＩ/L,2EＩ/L單元兩端內(nèi)力成分鉸特性初始剛度鉸位置Fx（軸力）軸力-應(yīng)變EA積分點(diǎn)位置Fy,Fz（剪力）剪力-剪切應(yīng)變GＡs積分點(diǎn)位置Ｍｘ（扭矩）彎矩-曲率GJ積分點(diǎn)位置Ｍy,Ｍz

（彎矩）彎矩-曲率EＩ積分點(diǎn)位置內(nèi)力成分鉸特性初始剛度鉸位置Fx（軸力）軸力-位移（相對(duì)位移）EA/L單元中心一般連接單單元內(nèi)力成分鉸特性初始剛度鉸位置Fx（軸力）軸力-變形（相對(duì)位移）用戶輸入（EA/L）單元中心Fy,Fz（剪力）剪力-變形（相對(duì)位移）用戶輸入（Gas/Ｌ）單元中心Ｍｘ（扭矩）彎矩-旋轉(zhuǎn)角用戶輸入（GJ/L）單元中心Ｍy,Ｍz

（彎矩）彎矩-旋轉(zhuǎn)鉸用戶輸入（EI/L）單元中心定義鉸特性性值—M鉸（FEMA）選擇屈服強(qiáng)強(qiáng)度的輸入入方法選擇I、J端的特性是是對(duì)稱還是是非對(duì)稱單元兩端特特性為非對(duì)對(duì)稱時(shí)在此此輸入輸入M/MY、D/DY輸入屈服強(qiáng)強(qiáng)度選擇受拉和和受壓區(qū)段段特性是否否相同輸入容許標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)用戶輸入屈屈服變形(新增)輸入初始剛剛度(新增)123456789123456789定義鉸特性性值—PMM鉸（FEMA）選擇P-M-M類型時(shí)將自自動(dòng)勾選My-Mz內(nèi)力成分-P-M-M類型僅適用用于梁柱單單元和墻單單元-膜類型的墻墻單元只能能定義面內(nèi)內(nèi)成分My的非線性特特性(面外為彈性性)1選擇骨架曲曲線類型：My和Mz只能選擇同同樣類型的的曲線＊．PMM鉸的剛度折折減系數(shù)在在屈服面特特性窗口中中進(jìn)行設(shè)置置。212屈服面特性性窗口33選擇屈服面面特性的計(jì)計(jì)算方法44定義剛度折折減系數(shù)556677ＰＭＭ鉸類型中即使選擇了用戶戶輸入也不不能修改屈屈服強(qiáng)度實(shí)際分析中中并不使用用該值。屈服強(qiáng)度的的定義：自動(dòng)計(jì)算時(shí)時(shí)不必用戶戶輸入－考慮軸軸力變化的的影響時(shí)，，在各步驟驟計(jì)算中都都將考慮變變化的軸力力對(duì)屈服面面的影響。。定義屈服面面：自動(dòng)計(jì)算時(shí)時(shí)不必輸入入分配PUSHOVER鉸特性值用鼠標(biāo)選擇擇要分配的的特性后拖放到模型畫面面上→分配了鉸特特性的單元元上將顯示示鉸標(biāo)簽注意事項(xiàng)選擇的單元元類型與鉸鉸特性不匹匹配時(shí)不能能分配一般連接單單元不能使用鼠鼠標(biāo)拖放功功能分配鉸鉸特性修改PUSHOVER鉸特性值修改已定義義的Pushover鉸特性的方方法最常用的的方法，，推薦方方法修改“MM”一次性修修改多個(gè)個(gè)單元的的鉸特性性在定義鉸鉸特性值值窗口中中直接修修改則被分配配了該特特性的單單元的鉸鉸特性值值將同時(shí)時(shí)被修改改“定義鉸鉸特性值值”:可以修改改鉸特性性的所有有內(nèi)力成成分被分配了了“MM”特性的所所有單元元的特性性將被同同時(shí)修改改1212查看分配配的鉸GenV712(舊版本)GenV730(新版本)運(yùn)行靜力力彈塑性性分析查看靜力力彈塑性性分析結(jié)結(jié)果查找性能能控制點(diǎn)點(diǎn)查看靜力力彈塑性性分析結(jié)結(jié)果性能控制制點(diǎn)性能控制制點(diǎn)所對(duì)對(duì)應(yīng)的結(jié)結(jié)構(gòu)相關(guān)關(guān)結(jié)果查找性能能控制點(diǎn)點(diǎn)查看靜力力彈塑性性分析結(jié)結(jié)果性能控制制點(diǎn)確定定方法Procedure-A是ATC-40中提供的的基本方方法，首首先將能能力譜中中斜率為為初始剛剛度的切切線和阻阻尼比為為5%的彈性設(shè)設(shè)計(jì)響應(yīng)應(yīng)譜的交交點(diǎn)作為為初始的的性能點(diǎn)點(diǎn)。然后后確定初初始性能能點(diǎn)位置置的等效效阻尼，，然后求求使用有有效阻尼尼系數(shù)的的非線性性設(shè)計(jì)響響應(yīng)譜，，然后重重新計(jì)算算交叉點(diǎn)點(diǎn)作為性性能點(diǎn)。。重復(fù)上上述過程程，直到到在使用用有效阻阻尼系數(shù)數(shù)的非線線性設(shè)計(jì)計(jì)響應(yīng)譜譜和能力力譜的的的交點(diǎn)位位置上位位移響應(yīng)應(yīng)和加速速度響應(yīng)應(yīng)的變化化量在誤誤差范圍圍內(nèi)，將將此時(shí)的的交點(diǎn)視視為性能能點(diǎn)。采采用Procedure-A方法確定定性能點(diǎn)點(diǎn)的方法法參見下下圖。查看靜力力彈塑性性分析結(jié)結(jié)果性能控制制點(diǎn)確定定方法Procedure-BATC-40中計(jì)算性性能點(diǎn)的的第二種種方法是是首先假假設(shè)位移移延性比比，然后后計(jì)算對(duì)對(duì)應(yīng)延性性比的結(jié)結(jié)構(gòu)的結(jié)結(jié)構(gòu)的有有效周期期，將有有效周期期直線和和5%彈性設(shè)計(jì)計(jì)響應(yīng)譜譜的交點(diǎn)點(diǎn)作為初初始的性性能點(diǎn)。。對(duì)弈于于假定的的位移延延性比的的放射線線狀的有有效周期期和非線線性設(shè)計(jì)計(jì)響應(yīng)譜譜的交點(diǎn)點(diǎn)將形成成一個(gè)軌軌跡線，，該軌跡跡線與結(jié)結(jié)構(gòu)的能能力譜的的交點(diǎn)為為最終的的性能點(diǎn)點(diǎn)。Pushover圖形－層層剪力查看靜力力彈塑性性分析結(jié)結(jié)果Pushover圖形－層層間位移移角最大彈塑性層間位移角，判斷是否滿