PUSHOVER分析方法全攻略

PUSHOVER分析方法全攻略演示文稿目前一頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點內容目錄1大震分析程序簡介2、MIDAS/Gen適用范圍3、pushover分析原理4、操作流程詳解5、常見問題與解答目前二頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點1、主要大震分析程序方法優(yōu)缺點應用程序主要特點靜力彈塑性分析（push-over）1、優(yōu)點：方法簡單，便于理解。與動力時程分析法相比，Pushover方法概念清晰，實施相對簡單，能使設計人員在一定程度上了解結構在強震作用下的反應，迅速找到結構的薄弱環(huán)節(jié)，從而完善抗震設計。2、不足：和實際結構的動力大震反應有一定差異，只能定性進行計算和整體把握，作為大震設計的參考。MIDAS/Gen

能直接做剪力墻結構——實現(xiàn)便利，結果穩(wěn)定，易于掌控。SAP2000、ETABS適用于桿系結構——墻需用支撐框架代替，實現(xiàn)起來較復雜。PKPM系列能直接做剪力墻結構動力彈塑性分析1、優(yōu)點：能較真實地反映結構在時程地震波下的耗能狀況，從而判斷結構的抗震性能。2、不足：A、對軟硬件要求比較高，計算時間很長，結果不便于整理。B、對使用人員技術水平要求高。操作和學習時間長（一般高級軟件要半年以上）。C、動力彈塑性分析目前還是世界各國正在研究的領域，方法還不夠成熟。因為以上原因，不容易得到穩(wěn)定和滿意的結果，因此目前也只能作為參考。ABAQUS采用纖維墻元模型——程序復雜，價格昂貴，需組建專業(yè)團隊。MIDAS/Gen適用于桿系結構——大跨場館、框架等，采用先進的纖維模型。Perform3D采用纖維墻元模型——全英文、手動命令輸入，對操作者要求高，適用于科研院校等。PKPM系列可以做墻元。——操作便利，但人為可干預性較弱。目前三頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點高層結構空間結構體育場2、MIDAS/Gen適用范圍目前四頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點方法原理：Pushover分析通過考慮構件的材料非線性特點，評估構件進入彈塑性狀態(tài)直至到達極限狀態(tài)時結構性能的方法。Pushover分析是最近在地震研究及耐震設計中經(jīng)常采用的基于性能的耐震設計(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計就是由用戶及設計人員設定結構的目標性能(targetperformance)，并使結構設計能滿足該目標性能的方法。分析目的：Pushover分析前要經(jīng)過一般設計方法先進行耐震設計使結構滿足小震不壞、中震可修的規(guī)范要求，然后再通過pushover分析評價結構在大震作用下是否滿足預先設定的目標性能。如：1、通過pushover分析得到結構能力曲線。與需求譜曲線比較，判斷結構是否能夠找到性能點，從整體上滿足設定的大震需求性能目標。2、性能點狀態(tài)下結構的最大層間位移角是否滿足規(guī)范“層間彈塑性位移角限值”的要求。（框架1/50,框剪1/100,純剪1/120,框支層1/120）3、是否在模擬結構地震反應不斷加大的過程中，構件的破壞順序（塑性鉸開展）和概念設計預期相符，梁、柱、墻等構件的變形,是否超過構件某一性能水準下的允許變形。

3、pushover分析原理目前五頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點能力譜曲線與需求譜曲線

能力（譜）曲線：Pushover分析通過逐漸加大預先設定的荷載直到最大性能控制點位置，獲得荷載－位移能力曲線(capacitycurve)。多自由度的荷載－位移關系轉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)。分析得到的荷載-位移關系能力曲線轉換為加速度-位移關系能力譜曲線3、pushover分析原理目前六頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點

需求譜曲線：地震作用的響應譜轉換為用ADRS(Acceleration-DisplacementResponseSpectrum)方式表現(xiàn)的需求譜(demandspectrum)。性能點：通過比較兩個譜曲線，得到一個交點——性能點（performancePoint）。性能點的狀況，決定著結構的性能水平(performancelevel)。3、pushover分析原理目前七頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點結構性能狀況判斷

Pushover分析工況設定需求譜參考阻尼線（圖中紅色線）參考周期線（圖中白色射線）性能點產(chǎn)生方法，兩種方法均可與建筑物新舊相關性能點性能點處基底剪力、控制點的位移?？膳c小震下基底剪力及控制點位移比較，判斷大震pushover分析結果的合理性。一般為3～4倍。性能點狀況下的結構等效周期與等效阻尼修改圖形顯示狀況3、pushover分析原理目前八頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點4、操作流程詳解（1）配筋條件的輸入；（2）定義pushover主控數(shù)據(jù)；（3）定義pushover工況；（4）定義鉸特性值，并分配鉸；（5）計算與查看pushover分析結果。目前九頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點（1）配筋條件的輸入

步驟同“鋼筋混凝土結構抗震分析及設計”4、操作流程詳解-配筋輸入目前十頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點對于梁柱，“排序”選為“特性值”，“更新配筋”項激活點“全選”按鈕可自動勾選構件別忘了最后更新配筋方法1：利用程序配筋設計的結果

特點：PUSHOVER分析時混凝土構件需配置鋼筋，程序直接將設計配筋結果賦予構件。

4、操作流程詳解-配筋輸入目前十一頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點對于墻，“排序”選為“墻號＋層”，“更新配筋”項激活4、操作流程詳解-配筋輸入目前十二頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點勾選要編輯驗算的構件截面方法2：用戶自定義配筋結果

特點：在設計-鋼筋混凝土構件設計參數(shù)-編輯驗算用梁（柱、墻）截面參數(shù)，輸入驗算用截面，構件的最終實配配筋結果以此為準?？稍诜椒ㄒ桓潞笈浣畹幕A上修改。

4、操作流程詳解-配筋輸入目前十三頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點（2）定義pushover主控數(shù)據(jù)

（位置：設計-pushover分析-pushover主控數(shù)據(jù)）

步驟同“鋼筋混凝土結構抗震分析及設計”4、操作流程詳解-定義主控數(shù)據(jù)目前十四頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點

在PUSHOVER荷載工況中選擇考慮初始荷載。

考慮軸力變化的影響時需要考慮初始荷載

定義初始荷載

適用于所有PUSHOVER荷載工況

定義收斂條件

定義PUSHOVER鉸的剛度折減率默認值：在此修改默認值后點擊確認鍵，則所有鉸的剛度折減率都將自動修改。

設置剛度折減率默認值

自動計算具有分布型鉸特性的梁單元的屈服強度時，需要參考梁單元某個位置的特性(如配筋)

：I端、J端、中心4、操作流程詳解-定義主控數(shù)據(jù)目前十五頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點（3）定義pushover工況

（位置：設計-pushover分析-pushover荷載工況）

步驟同“鋼筋混凝土結構抗震分析及設計”4、操作流程詳解-定義推覆工況目前十六頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點兩個問題：如何推？推到何種程度？MIDAS/Gen中提供兩種Pushover分析方法：A、基于荷載增量的荷載控制法B、基于目標位移的位移控制法MIDAS/Gen的荷載控制法：采用全牛頓－拉普森（Full-Newton-Raphson）方法。牛頓－拉普森方法是采用微分原理求解的方法。優(yōu)點：是速度快，荷載概念明確。缺點：面對一個未知結構，荷載增量數(shù)不好控制，結構達到最大

承載力后開始進入下降段，此時無法再增加荷載（Gen730

可進行判斷，然后自動保證收斂）。4、操作流程詳解-定義推覆工況目前十七頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點分析獲得的最終荷載(坍塌荷載)Qu彈性極限預測的坍塌荷載Qud*X等差級數(shù)對應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分法的Pushover分析4、操作流程詳解-定義推覆工況目前十八頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點

基于目標位移的位移控制法MIDAS/Gen的位移控制法是由用戶定義目標位移，然后逐漸增加荷載直到達到目標位移的方法。目標位移分為整體控制和主節(jié)點控制兩種，整體控制是所有節(jié)點的位移都要滿足用戶輸入最大位移，位移也是整體位移，不設置某一方向的位移控制。主節(jié)點控制是用戶指定特定節(jié)點的特定方向上的最大位移的方法?；谛阅艿哪驼鹪O計大部分是先確定可能發(fā)生最大位移的節(jié)點和位移方向后給該節(jié)點設定目標位移的方法。初始的目標位移一般可假定為結構總高度的1%、2%、4%。這些數(shù)值一般相當于最大層間位移值，與結構的破壞情況相關。一般認為，整體結構達到該位移時，結構的破壞程度已包含并超過大震下結構的性能狀態(tài)點。4、操作流程詳解-定義推覆工況目前十九頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點可以獲得穩(wěn)定解的區(qū)段荷載增量很難獲得穩(wěn)定解Cs接近0.0時，將自動終止分析

當前剛度比

彈性(線性)：Cs=1.0

到屈服極限

：1.0>Cs>0.0

負區(qū)段

：Cs＜0.0

4、操作流程詳解-定義推覆工況

兩種方法的比較：終止分析條件目前二十頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點

當前剛度比

変位増分

1Column

剛度折減率

：0.0→理想彈塑性

分析模型

位移控制結果：可獲得穩(wěn)定解

荷載控制結果：屈服后的剛度為0.0，所以無法獲得穩(wěn)定解GenV730(NEW)每個步驟中都會計算當前剛度比，當前剛度比為0.0時將自動停止分析。4、操作流程詳解-定義推覆工況目前二十一頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點FEMA-273推薦的三種形式:1)均勻分布:各樓層側向力可取所在樓層質量；2)倒三角形分布:結構振動以基本振型為主時的慣性力的分布形式,類似于我國規(guī)范中用底部剪力法確定的側向力分布；3)SRSS分布:反應譜振型組合得到的慣性力分布。MIDAS提供的三種模式加速度常量分布：提供的側向力是用均一的加速度和相應質量分布的乘積獲得的；F=ma，a為常量，F(xiàn)與質量m成正比，相當于均勻分布。振型荷載分布：提供的側向力是用給定的振型和該振型下的圓頻率的平方(ω^2)及相應質量分布的乘積獲得的,可以取任何一個振型。當取各加載方向的第一振型時,相當于倒三角分布（如去x向平動模態(tài)或Y向平動模態(tài)）。靜力荷載工況：用戶也可以自定義水平力。理論上，通過一定定義，可模擬SRSS分布，方法還有待研究。4、操作流程詳解-定義推覆工況

加載方式目前二十二頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點

輸入大于1的整數(shù)，推薦最小輸入20（默認值：20）

太大則步驟數(shù)太多，需要更長時間；太小則曲線點較粗糙。

輸入步驟數(shù)

選擇考慮則使用PUSHOVER主控數(shù)據(jù)中定義的初始荷載

當使用PMM類型(考慮軸力的變化)鉸時，需要更新鉸的屈服強度，此時應選擇考慮初始荷載。

選擇是否考慮初始荷載

選擇是否考慮P-Delta分析

選擇增量控制方法

定義PUSHOVER荷載工況

可先在結果-穩(wěn)定驗算分析中，判斷是否需要考慮P-Delta效應。如需考慮，則在pushover也勾選該選項。4、操作流程詳解-定義推覆工況

荷載控制或位移控制，一般結構推薦使用位移控制，見下一頁設置。

可選用靜力工況、加速度常量（F=ma，a為常量）、模態(tài)三種荷載分布形式。目前二十三頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點最大位移一般為總高度×彈塑性層間位移角限值，參見《建筑抗震設計規(guī)范》5.5.5

條選擇基本模態(tài)作為Pushover荷載的分布模式。X向推覆，取x向平動的模態(tài)號，y向推覆，取y向平動的模態(tài)號。周期與振型結果窗口4、操作流程詳解-定義推覆工況終止分析條件，可勾選，以免計算異常不收斂，浪費時間。目前二十四頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點（4）定義鉸特征值，分配鉸

（位置：設計-pushover分析-定義pushover鉸特征值/分配pushover鉸）

步驟同“鋼筋混凝土結構抗震分析及設計”4、操作流程詳解-定義分配鉸目前二十五頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點二維梁單元和三維梁－柱單元模型

桁架單元模型

4、操作流程詳解-定義分配鉸MIDAS/Gen中鉸特性的說明目前二十六頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點

三維墻單元模型由中間的線單元，上下兩端的剛性桿構成。中間的線單元與三維梁－柱單元相同，剛性桿在xz平面內做剛體運動。

Etabs、sap中墻元的處理方法（等代框架）柱子：鏈桿:斜支撐：4、操作流程詳解-定義分配鉸目前二十七頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點

彎矩-旋轉角(M-θ)本構單元

彎矩-曲率(M-Φ)本構單元：集中型、分布型

桁架單元（軸力)內力成分鉸特性初始剛度鉸位置Fx（軸力）軸力-位移（相對位移）EA/L單元中心Fy,Fz（剪力）剪力-剪切應變GAs單元中心Ｍｘ（扭矩）彎矩-旋轉角GJ/L單元兩端Ｍy,Ｍz

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

（彎矩）彎矩-曲率EＩ積分點位置內力成分鉸特性初始剛度鉸位置Fx（軸力）軸力-位移（相對位移）EA/L單元中心

一般連接單元內力成分鉸特性初始剛度鉸位置Fx（軸力）軸力-變形（相對位移）用戶輸入（EA/L）單元中心Fy,Fz（剪力）剪力-變形（相對位移）用戶輸入（Gas/Ｌ）單元中心Ｍｘ（扭矩）彎矩-旋轉角用戶輸入（GJ/L）單元中心Ｍy,Ｍz

（彎矩）彎矩-旋轉鉸用戶輸入（EI/L）單元中心4、操作流程詳解-定義分配鉸目前二十八頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點選擇屈服強度的輸入方法選擇I、J端的特性是對稱還是非對稱單元兩端特性為非對稱時在此輸入輸入M/MY、D/DY輸入屈服強度選擇受拉和受壓區(qū)段特性是否相同輸入容許標準用戶輸入屈服變形(新增)輸入初始剛度(新增)1234567891234567894、操作流程詳解-定義M鉸（FEMA）目前二十九頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點

選擇P-M-M類型時將自動勾選My-Mz內力成分

-

P-M-M類型僅適用于梁柱單元和墻單元

-膜類型的墻單元只能定義面內成分My的非線性特性(面外為彈性)1選擇骨架曲線類型：My和Mz只能選擇同樣類型的曲線＊．PMM鉸的剛度折減系數(shù)在屈服面特性窗口中進行設置。212屈服面特性窗口33選擇屈服面特性的計算方法44定義剛度折減系數(shù)556677ＰＭＭ鉸類型中即使選擇了用戶輸入也不能修改屈服強度實際分析中并不使用該值。屈服強度的定義：自動計算時不必用戶輸入－考慮軸力變化的影響時，在各步驟計算中都將考慮變化的軸力對屈服面的影響。定義屈服面：自動計算時不必輸入4、操作流程詳解-定義PMM鉸（FEMA）目前三十頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點

用鼠標選擇要分配的特性后拖放到模型畫面上

→分配了鉸特性的單元上將顯示鉸標簽

注意事項

選擇的單元類型與鉸特性不匹配時不能分配

一般連接單元不能使用鼠標拖放功能分配鉸特性4、操作流程詳解-分配鉸目前三十一頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點

修改已定義的Pushover鉸特性的方法

最常用的方法，推薦方法

修改“MM”

一次性修改多個單元的鉸特性

在定義鉸特性值窗口中直接修改則被分配了該特性的單元的鉸特性值將同時被修改

“定義鉸特性值”:可以修改鉸特性的所有內力成分

被分配了“MM”特性的所有單元的特性將被同時修改12124、操作流程詳解-修改鉸特征值目前三十二頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點GenV712(舊版本)GenV730(新版本)4、操作流程詳解-查看分配的鉸目前三十三頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點（5）分析與結果查看

（位置：設計-pushover分析-運行分析/結果查看）

步驟同“鋼筋混凝土結構抗震分析及設計”4、操作流程詳解-分析與結果查看目前三十四頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點4、操作流程詳解-分析與結果查看

查找性能控制點目前三十五頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點性能控制點性能控制點所對應的結構相關結果

查找性能控制點4、操作流程詳解-分析與結果查看目前三十六頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點Procedure-A是ATC-40中提供的基本方法，首先將能力譜中斜率為初始剛度的切線和阻尼比為5%的彈性設計響應譜的交點作為初始的性能點。然后確定初始性能點位置的等效阻尼，然后求使用有效阻尼系數(shù)的非線性設計響應譜，然后重新計算交叉點作為性能點。重復上述過程，直到在使用有效阻尼系數(shù)的非線性設計響應譜和能力譜的的交點位置上位移響應和加速度響應的變化量在誤差范圍內，將此時的交點視為性能點。采用Procedure-A方法確定性能點的方法參見下圖。

性能控制點確定方法4、操作流程詳解-分析與結果查看目前三十七頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點Procedure-B

ATC-40中計算性能點的第二種方法是首先假設位移延性比，然后計算對應延性比的結構的結構的有效周期，將有效周期直線和5%彈性設計響應譜的交點作為初始的性能點。對弈于假定的位移延性比的放射線狀的有效周期和非線性設計響應譜的交點將形成一個軌跡線，該軌跡線與結構的能力譜的交點為最終的性能點。性能控制點確定方法4、操作流程詳解-分析與結果查看目前三十八頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點結果圖形——層-剪力曲線4、操作流程詳解-分析與結果查看目前三十九頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點最大彈塑性層間位移角，判斷是否滿足《建筑抗震設計規(guī)范》5.5.5條或高規(guī)4.6.5條要求結果圖形——層-層間位移角曲線4、操作流程詳解-分析與結果查看目前四十頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點

顯示分析中使用的荷載參數(shù)4、操作流程詳解-分析與結果查看各步驟鉸狀態(tài)圖形結果目前四十一頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點各步驟鉸狀態(tài)結果4、操作流程詳解-分析與結果查看目前四十二頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點ATC-40將房屋遭受地震后,可能出現(xiàn)的狀態(tài)主要分為：IO(ImmediateOccupancy)-立即居住DC(DamageControl)-損壞控制LS(LifeSafety)-生命安全SS(StructuralStability)-結構穩(wěn)定ATC-40給出了梁、柱、墻等構件在上述幾種相應狀態(tài)下的塑性限值,無論何種類型鉸,都可以用圖表示,縱軸表示軸力、彎矩、剪力等,橫軸表示軸向變形、曲率、轉角等,其中B、IO、LS、CP(CollapsePrevention)、C為性能點,其中B點出現(xiàn)塑性鉸,C點為倒塌點,CP為預防倒塌點,各性能點所對應的橫坐標為相應的彈塑性位移限值。4、操作流程詳解-分析與結果查看塑性鉸狀態(tài)說明目前四十三頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點鉸狀態(tài)表格統(tǒng)計4、操作流程詳解-分析與結果查看目前四十四頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點12345678

用圖表形式繪制感興趣的節(jié)點或單元的各種分析結果4、操作流程詳解-分析與結果查看

Pushover分析結果圖表目前四十五頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點1、MIDAS/Gen中各類型構件推薦使用的鉸類型？答：鉸成分的定義，與構件預期破壞的方式（屈服成分）有關。一般來說桿系構件容易發(fā)生彎曲破壞，軸向屈服屬于脆性破壞，一般構件均不允許出現(xiàn)。對于受較大剪力的連梁、短柱及剪力墻，有可能發(fā)生剪切破壞。故在設置鉸類型時，框架梁可定義My、Mz，連梁可定義Fz、My、Mz，一般柱定義（Fx）、My、Mz，短柱定義（Fx）、Fz、My、Mz，墻定義（Fx）、（Fz）、My、Mz，桁架定義Fx。均才有彎曲-旋轉角的鉸。也可根據(jù)需要自行調整。構件如因節(jié)點打斷，應注意不是全選構件去分配鉸，這將導致鉸太多或設鉸不正確，要“該設才設”。2、MIDAS/Gen中，哪些構件的鉸需自定義屈服面或鉸特性？答：MIDAS/Gen中支持常規(guī)截面梁、柱、墻的自動鉸特性定義，但對于十字型鋼混凝土構件、型鋼混凝土梁、矩形鋼管混凝土柱、通過任意截面編輯參數(shù)定義的截面等復雜截面，需要自定義鉸特征，或PMM相關時的屈服面。相關方法需查閱相關資料，屈服面參數(shù)可推薦使用xtract等工具完成。或采用等代剛度或特性的方法，把復雜截面構件換成能夠自動分配鉸特征值的截面。5、常見問題與解答目前四十六頁\總數(shù)四十九頁\編于十六點3、鉸成分中FEMA鉸、雙線及三折線類型，各適用于什么情況？答：FEMA鉸是美國FEMA273規(guī)范里面推