抗震分析設(shè)計在midas中的實現(xiàn)

抗震分析設(shè)計在midas中的實現(xiàn)Copyright?2000-2003MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.北京邁達斯技術(shù)有限公司

黃競抗震分析方法抗震分析設(shè)計方法：

底部剪力法

反應(yīng)譜分析彈性時程分析小震不壞中震可修大震不倒靜力彈塑性分析（PUHSOVER)動力彈塑性分析抗震分析方法小震分析彈性時稱分析抗規(guī)5.1條要求：我國抗規(guī)建議，對特別不規(guī)則的建筑，甲類建筑，7、8度區(qū)，一、二類場地上高度大于80m的建筑，8度區(qū)三、四類場地和9度區(qū)高度大于60m的建筑采用彈性時程分析法對其在多遇地震下的抗震承載力與變形進行補充計算。彈性時程分析時，每條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的65%，多條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的80%。彈性時稱分析頻譜特性由特征周期反映，依據(jù)所處的場地類型和特征周期分區(qū)確定。有效峰值《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》時程分析所用地震加速度時程曲線的最大值(cm/s^2)持續(xù)時間一類指地震地面加速度值大于某值的時間總和。一類以相對值定義相對持時，即最先與最后一個之間的時段長度。

地震影響6度7度8度9度多遇地震1835(55)70(110)140罕遇地震-220(310)400(510)620彈性時稱分析定義地震波----頻譜特性程序自帶30多條地震波，如下圖對于自定義的地震波，可以采用execl表格直接粘貼或采用地震波生成器生成彈性時稱分析定義地震波-----峰值加速度規(guī)范5.1.2條規(guī)定地震波峰值如下圖：表5.1.2-2時程分析所用地震加速度時程曲線的最大值（cm/s2)地震影響6度7度8度9度多遇地震1835(55)70(110)140罕遇地震一220（310）400（510）620注：括號內(nèi)數(shù)值分別用于設(shè)計基本地震加速度為0.15g和0.30g的地區(qū)。對地震波進行調(diào)整彈性時稱分析定義時程荷載工況-----持續(xù)時間分析時間：時程分析的總的時間長度高規(guī)3.3.5規(guī)定如下：地震波的持續(xù)時間不宜小于建筑結(jié)構(gòu)基本自振周期的3～4倍，也不宜少于12s，地震波的時間間距可取0.01s或0.02s輸出時間步長：輸出時程分析結(jié)果的時間步驟數(shù)。將以(輸出步驟數(shù)x時間增量)的間隔生成結(jié)果。接續(xù)前次：把前次荷載工況的位移、速度、加速度、內(nèi)力、鉸的狀態(tài)、非線性連接單元等作為這次荷載工況的初始條件進行分析阻尼：程序提供1.振型阻尼2.質(zhì)量和剛度因子（瑞利阻尼）3.應(yīng)變能因子說明：采用振型疊加法，一定要定義特征值分析控制彈性時稱分析定義地面加速度函數(shù)名稱：從列表中選擇要使用的地面加速度。系數(shù)：地面加速度的整系數(shù)。到達時間：地面加速度開始作用于結(jié)構(gòu)上的時間。注:在"到達時間"之前的時間，地面加速度的數(shù)據(jù)為零，對結(jié)構(gòu)不發(fā)生作用。定義到達時間的目的是反映幾個時程荷載作用在同一結(jié)構(gòu)上，且各荷載發(fā)生作用的時間不同時的結(jié)構(gòu)反應(yīng)。水平地面加速度的角度：水平地面加速度作用方向與整體坐標(biāo)系X軸的夾角。彈性時稱分析層間位移角層剪力抗震分析方法中震分析設(shè)計中震分析設(shè)計《抗規(guī)》中對中震設(shè)計的內(nèi)容涉及很少，僅在總則中提到“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)，但沒有給出中震設(shè)計的判斷標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求，我國目前的抗震設(shè)計是以小震為設(shè)計基礎(chǔ)的，中震和大震則是通過地震力的調(diào)整系數(shù)和各種抗震構(gòu)造措施來保證的，但隨著復(fù)雜結(jié)構(gòu)、超高超限結(jié)構(gòu)越來越多，對中震的設(shè)計要求也越來越多，目前工程界對于結(jié)構(gòu)的中震設(shè)計有兩種方法：第一種按照中震彈性設(shè)計；第二種是按照中震不屈服設(shè)計；而這兩種設(shè)計方法在MIDAS/Gen中都可以實現(xiàn)中震分析設(shè)計一、中震彈性設(shè)計結(jié)構(gòu)的抗震承載力滿足彈性設(shè)計要求，最大地震影響系數(shù)α按表1取值，在中震作用下，設(shè)計時可不考慮地震組合內(nèi)力調(diào)整系數(shù)（即強柱弱梁、強剪弱彎調(diào)整系數(shù)），但應(yīng)采用作用分項系數(shù)、材料分項系數(shù)和抗震承載力調(diào)整系數(shù)，構(gòu)件的承載力計算時材料強度采用設(shè)計值。設(shè)防烈度7度7.5度8度8.5度9度小震α0.080.120.160.240.32中震α0.230.330.460.660.80大震α0.500.720.901.201.40中震放大系數(shù)β2.8752.752.8752.752.5大震放大系數(shù)β6.2565.62554.375表1地震影響系數(shù)（β為相對于小震的放大系數(shù)）中震分析設(shè)計1、在MIDAS/Gen中定義中震反應(yīng)譜主菜單》荷載》反應(yīng)譜分析數(shù)據(jù)》反應(yīng)譜函數(shù)：定義中震反應(yīng)譜，即在定義相應(yīng)的小震反應(yīng)譜基礎(chǔ)上輸入放大系數(shù)β即可，β值按表1取用。中震分析設(shè)計2、定義設(shè)計參數(shù)時，將抗震等級定為四級，即不考慮地震組合內(nèi)力調(diào)整系數(shù)（即強柱弱梁、強剪弱彎調(diào)整系數(shù)）。

主菜單》設(shè)計》鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計參數(shù)》定義抗震等級：將抗震等級定為四級即可。3、其它操作均同小震設(shè)計。中震分析設(shè)計二、中震不屈服設(shè)計地震作用下的內(nèi)力按中震進行計算，最大地震影響系數(shù)α按表1取值，地震作用效應(yīng)的組合均按《高規(guī)》第5.6節(jié)進行，但分項系數(shù)均取1.0，計算可不考慮地震組合內(nèi)力調(diào)整系數(shù)（即強柱弱梁、強剪弱彎調(diào)整系數(shù)），構(gòu)件的承載力計算時材料的強度取標(biāo)準(zhǔn)植。

1、在MIDAS/Gen中定義中震反應(yīng)譜內(nèi)容同中震彈性設(shè)計。2、定義設(shè)計參數(shù)時，將抗震等級定為四級，即不考慮地震組合內(nèi)力調(diào)整系數(shù)（即強柱弱梁、強剪弱彎調(diào)整系數(shù)）。內(nèi)容同中震彈性設(shè)計。中震分析設(shè)計3、定義荷載組合時將地震作用分項系數(shù)取為1.0。

主菜單》結(jié)果》荷載組合：將各項荷載組合中的地震作用分項系數(shù)取為1.0即可。中震分析設(shè)計4、將材料分項系數(shù)定義為1.0，即構(gòu)件承載力驗算時取用材料強度的標(biāo)準(zhǔn)植。

主菜單》設(shè)計》鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計參數(shù)》材料分項系數(shù)：將材料分項系數(shù)取為1.0即可。5、其它操作均同小震設(shè)計。大震分析方法優(yōu)缺點靜力彈塑性分析方法簡單，便于理解。與時程分析法相比,Pushover方法概念清晰,實施相對簡單,同樣能使設(shè)計人員在一定程度上了解結(jié)構(gòu)，在強震作用下的反應(yīng),迅速找到結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。動力彈塑性分析對軟硬件要求比較高，計算時間長，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)。大震分析抗震分析方法靜力彈塑性分析（PUSHOVER）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，分析構(gòu)件進入彈塑性狀態(tài)直至到達極限狀態(tài)時結(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)計中經(jīng)常采用的基于性能的耐震設(shè)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(shè)計就是由用戶及設(shè)計人員設(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)計方法先進行耐震設(shè)計使結(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分析評價結(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)。通過比較兩個譜曲線，評價結(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,根據(jù)性能點時的變形,對以下三個方面進行評價:1)頂點側(cè)移是否滿足抗震規(guī)范規(guī)定的彈塑性頂點位移限值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---靜力分析后進行配筋設(shè)計，并更新配筋---定義靜力彈塑性分析主控數(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”更新配筋對于梁柱，“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(gòu)件別忘了最后更新配筋方法1：利用程序配筋設(shè)計的結(jié)果

作用：將配筋結(jié)果賦予構(gòu)件，做PUSHOVER分析時需要用到截面實配鋼筋結(jié)果。對于墻，“排序”選為“墻號＋層”，“更新配筋”項激活更新配筋更新配筋勾選要編輯驗算的構(gòu)件截面方法2：利用用戶定義的配筋結(jié)果

若在此編輯驗算用截面，則構(gòu)件的最終實配配筋結(jié)果采用此定義的Pushover主控數(shù)據(jù)

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(shè)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，需要參考特梁單元某個位置的特性(如配筋)

→

I端、J端、中心Pushover荷載工況

Pushover荷載工況涉及的兩個問題

A、如何推？B、推到何種程度?Pushover荷載工況

MIDAS/Gen中提供兩種Pushover分析方法，即基于荷載增分的荷載控制法和基于目標(biāo)位移的位移控制法。MIDAS/Gen的荷載控制法采用全牛頓－拉普森（FullNewton-Raphson）方法。牛頓－拉普森方法是采用微分原理求解的方法，其優(yōu)點是速度快。采用荷載增分的Pushover分析方法的圖形介紹如下。分析獲得的最終荷載(坍塌荷載)Qu彈性極限預(yù)測的坍塌荷載Qud*X等差級數(shù)對應(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分法的Pushover分析Pushover荷載工況

基于目標(biāo)位移的位移控制法MIDAS/Gen的位移控制法是由用戶定義目標(biāo)位移，然后逐漸增加荷載直到達到目標(biāo)位移的方法。目標(biāo)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(shè)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(shè)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(shè)定目標(biāo)位移的方法。初始的目標(biāo)位移一般可假定為結(jié)構(gòu)總高度的1%、2%、4%。這些數(shù)值一般相當(dāng)于最大層間位移值，與結(jié)構(gòu)的破壞情況相關(guān)。Pushover荷載工況

輸入大于1的整數(shù)（nstep>=1)

推薦最小輸入20(默認值：20)

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(dāng)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(yīng)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：荷載控制、位移控制

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

周期與振型結(jié)果窗口Pushover荷載工況

加載方式FEMA-273推薦三種形式:1)均勻分布:各樓層側(cè)向力可取所在樓層質(zhì)量；2)倒三角形分布:結(jié)構(gòu)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(cè)向力分布；3)SRSS分布:反應(yīng)譜振型組合得到的慣性力分布。midas程序提供了自定義分布、均勻加速度分布和振型荷載分布三種加載方式均勻加速度分布：提供的側(cè)向力是用均一的加速度和相應(yīng)質(zhì)量分布的乘積獲得的；振型荷載分布：提供的側(cè)向力是用給定的振型和該振型下的圓頻率的平方(ω2)及相應(yīng)質(zhì)量分布的乘積獲得的,可以取任何一個振型其中,均勻加速度方法相當(dāng)于均勻分布,振型荷載分布方法,當(dāng)取第一振型時,相當(dāng)于倒三角分布，用戶也可以自定義水平力。采用振型荷載分布要有振型分析。MIDAS/Gen中鉸特性的說明二維梁單元和三維梁－柱單元模型

桁架單元模型

定義鉸特性值MIDAS/Gen中鉸特性的說明

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

定義鉸特性值定義鉸特性值

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積分點位置Fy,Fz（剪力）剪力-剪切應(yīng)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(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)角用戶輸入