5-PUSHOVER分析方法全攻略—Gen730版.ppt

静力弹塑性分析方法 Gen730版 Copyright 2000 2003MIDASInformationTechnologyCo Ltd 北京迈达斯技术有限公司 内容目录 1大震分析程序简介2 MIDAS Gen适用范围3 pushover分析原理4 操作流程详解5 常见问题与解答 1 主要大震分析程序 高层结构 空间结构 体育场 2 MIDAS Gen适用范围 方法原理 Pushover分析通过考虑构件的材料非线性特点 评估构件进入弹塑性状态直至到达极限状态时结构性能的方法 Pushover分析是最近在地震研究及耐震设计中经常采用的基于性能的耐震设计 Performance BasedSeismicDesign PBSD 方法中最具代表性的分析方法 所谓基于性能的耐震设计就是由用户及设计人员设定结构的目标性能 targetperformance 并使结构设计能满足该目标性能的方法 分析目的 Pushover分析前要经过一般设计方法先进行耐震设计使结构满足小震不坏 中震可修的规范要求 然后再通过pushover分析评价结构在大震作用下是否满足预先设定的目标性能 如 1 通过pushover分析得到结构能力曲线 与需求谱曲线比较 判断结构是否能够找到性能点 从整体上满足设定的大震需求性能目标 2 性能点状态下结构的最大层间位移角是否满足规范 层间弹塑性位移角限值 的要求 框架1 50 框剪1 100 纯剪1 120 框支层1 120 3 是否在模拟结构地震反应不断加大的过程中 构件的破坏顺序 塑性铰开展 和概念设计预期相符 梁 柱 墙等构件的变形 是否超过构件某一性能水准下的允许变形 3 pushover分析原理 能力谱曲线与需求谱曲线能力 谱 曲线 Pushover分析通过逐渐加大预先设定的荷载直到最大性能控制点位置 获得荷载 位移能力曲线 capacitycurve 多自由度的荷载 位移关系转换为使用单自由度体系的加速度 位移方式表现的能力谱 capacityspectrum 分析得到的荷载 位移关系能力曲线 转换为加速度 位移关系能力谱曲线 3 pushover分析原理 需求谱曲线 地震作用的响应谱转换为用ADRS Acceleration DisplacementResponseSpectrum 方式表现的需求谱 demandspectrum 性能点 通过比较两个谱曲线 得到一个交点 性能点 performancePoint 性能点的状况 决定着结构的性能水平 performancelevel 3 pushover分析原理 结构性能状况判断 Pushover分析工况 设定需求谱 参考阻尼线 图中红色线 参考周期线 图中白色射线 性能点产生方法 两种方法均可 与建筑物新旧相关 性能点 性能点处基底剪力 控制点的位移 可与小震下基底剪力及控制点位移比较 判断大震pushover分析结果的合理性 一般为3 4倍 性能点状况下的结构等效周期与等效阻尼 修改图形显示状况 3 pushover分析原理 4 操作流程详解 1 配筋条件的输入 2 定义pushover主控数据 3 定义pushover工况 4 定义铰特性值 并分配铰 5 计算与查看pushover分析结果 1 配筋条件的输入步骤同 钢筋混凝土结构抗震分析及设计 4 操作流程详解 配筋输入 对于梁柱 排序 选为 特性值 更新配筋 项激活 点 全选 按钮可自动勾选构件 别忘了最后更新配筋 方法1 利用程序配筋设计的结果特点 PUSHOVER分析时混凝土构件需配置钢筋 程序直接将设计配筋结果赋予构件 4 操作流程详解 配筋输入 对于墙 排序 选为 墙号 层 更新配筋 项激活 4 操作流程详解 配筋输入 勾选要编辑验算的构件截面 方法2 用户自定义配筋结果特点 在设计 钢筋混凝土构件设计参数 编辑验算用梁 柱 墙 截面参数 输入验算用截面 构件的最终实配配筋结果以此为准 可在方法一更新后配筋的基础上修改 4 操作流程详解 配筋输入 2 定义pushover主控数据 位置 设计 pushover分析 pushover主控数据 步骤同 钢筋混凝土结构抗震分析及设计 4 操作流程详解 定义主控数据 在PUSHOVER荷载工况中选择考虑初始荷载 考虑轴力变化的影响时需要考虑初始荷载 定义初始荷载 适用于所有PUSHOVER荷载工况 定义收敛条件 定义PUSHOVER铰的刚度折减率默认值 在此修改默认值后点击确认键 则所有铰的刚度折减率都将自动修改 设置刚度折减率默认值 自动计算具有分布型铰特性的梁单元的屈服强度时 需要参考梁单元某个位置的特性 如配筋 I端 J端 中心 4 操作流程详解 定义主控数据 3 定义pushover工况 位置 设计 pushover分析 pushover荷载工况 步骤同 钢筋混凝土结构抗震分析及设计 4 操作流程详解 定义推覆工况 两个问题 如何推 推到何种程度 MIDAS Gen中提供两种Pushover分析方法 A 基于荷载增量的荷载控制法B 基于目标位移的位移控制法 MIDAS Gen的荷载控制法 采用全牛顿 拉普森 Full Newton Raphson 方法 牛顿 拉普森方法是采用微分原理求解的方法 优点 是速度快 荷载概念明确 缺点 面对一个未知结构 荷载增量数不好控制 结构达到最大承载力后开始进入下降段 此时无法再增加荷载 Gen730可进行判断 然后自动保证收敛 4 操作流程详解 定义推覆工况 基于荷载增分法的Pushover分析 4 操作流程详解 定义推覆工况 基于目标位移的位移控制法 MIDAS Gen的位移控制法是由用户定义目标位移 然后逐渐增加荷载直到达到目标位移的方法 目标位移分为整体控制和主节点控制两种 整体控制是所有节点的位移都要满足用户输入最大位移 位移也是整体位移 不设置某一方向的位移控制 主节点控制是用户指定特定节点的特定方向上的最大位移的方法 基于性能的耐震设计大部分是先确定可能发生最大位移的节点和位移方向后给该节点设定目标位移的方法 初始的目标位移一般可假定为结构总高度的1 2 4 这些数值一般相当于最大层间位移值 与结构的破坏情况相关 一般认为 整体结构达到该位移时 结构的破坏程度已包含并超过大震下结构的性能状态点 4 操作流程详解 定义推覆工况 可以获得稳定解的区段 荷载增量很难获得稳定解 Cs接近0 0时 将自动终止分析 当前刚度比 弹性 线性 Cs 1 0到屈服极限 1 0 Cs 0 0负区段 Cs 0 0 4 操作流程详解 定义推覆工况 两种方法的比较 终止分析条件 当前刚度比 変位増分 1Column刚度折减率 0 0 理想弹塑性 分析模型 位移控制结果 可获得稳定解 荷载控制结果 屈服后的刚度为0 0 所以无法获得稳定解 GenV730 NEW 每个步骤中都会计算当前刚度比 当前刚度比为0 0时将自动停止分析 4 操作流程详解 定义推覆工况 FEMA 273推荐的三种形式 1 均匀分布 各楼层侧向力可取所在楼层质量 2 倒三角形分布 结构振动以基本振型为主时的惯性力的分布形式 类似于我国规范中用底部剪力法确定的侧向力分布 3 SRSS分布 反应谱振型组合得到的惯性力分布 MIDAS提供的三种模式加速度常量分布 提供的侧向力是用均一的加速度和相应质量分布的乘积获得的 F ma a为常量 F与质量m成正比 相当于均匀分布 振型荷载分布 提供的侧向力是用给定的振型和该振型下的圆频率的平方 2 及相应质量分布的乘积获得的 可以取任何一个振型 当取各加载方向的第一振型时 相当于倒三角分布 如去x向平动模态或Y向平动模态 静力荷载工况 用户也可以自定义水平力 理论上 通过一定定义 可模拟SRSS分布 方法还有待研究 4 操作流程详解 定义推覆工况 加载方式 输入大于1的整数 推荐最小输入20 默认值 20 太大则步骤数太多 需要更长时间 太小则曲线点较粗糙 输入步骤数 选择考虑则使用PUSHOVER主控数据中定义的初始荷载当使用PMM类型 考虑轴力的变化 铰时 需要更新铰的屈服强度 此时应选择考虑初始荷载 选择是否考虑初始荷载 选择是否考虑P Delta分析 选择增量控制方法 定义PUSHOVER荷载工况 可先在结果 稳定验算分析中 判断是否需要考虑P Delta效应 如需考虑 则在pushover也勾选该选项 4 操作流程详解 定义推覆工况 荷载控制或位移控制 一般结构推荐使用位移控制 见下一页设置 可选用静力工况 加速度常量 F ma a为常量 模态三种荷载分布形式 最大位移一般为总高度 弹塑性层间位移角限值 参见 建筑抗震设计规范 5 5 5条 选择基本模态作为Pushover荷载的分布模式 X向推覆 取x向平动的模态号 y向推覆 取y向平动的模态号 周期与振型结果窗口 4 操作流程详解 定义推覆工况 终止分析条件 可勾选 以免计算异常不收敛 浪费时间 4 定义铰特征值 分配铰 位置 设计 pushover分析 定义pushover铰特征值 分配pushover铰 步骤同 钢筋混凝土结构抗震分析及设计 4 操作流程详解 定义分配铰 二维梁单元和三维梁 柱单元模型 桁架单元模型 4 操作流程详解 定义分配铰 MIDAS Gen中铰特性的说明 三维墙单元模型由中间的线单元 上下两端的刚性杆构成 中间的线单元与三维梁 柱单元相同 刚性杆在xz平面内做刚体运动 Etabs sap中墙元的处理方法 等代框架 柱子 链杆 斜支撑 4 操作流程详解 定义分配铰 弯矩 旋转角 M 本构单元 弯矩 曲率 M 本构单元 集中型 分布型 桁架单元 轴力 一般连接单元 4 操作流程详解 定义分配铰 选择屈服强度的输入方法 选择I J端的特性是对称还是非对称 单元两端特性为非对称时在此输入 输入M MY D DY 输入屈服强度 选择受拉和受压区段特性是否相同 输入容许标准 用户输入屈服变形 新增 输入初始刚度 新增 4 操作流程详解 定义M铰 FEMA 选择P M M类型时将自动勾选My Mz内力成分 P M M类型仅适用于梁柱单元和墙单元 膜类型的墙单元只能定义面内成分My的非线性特性 面外为弹性 选择骨架曲线类型 My和Mz只能选择同样类型的曲线 PMM铰的刚度折减系数在屈服面特性窗口中进行设置 屈服面特性窗口 选择屈服面特性的计算方法 定义刚度折减系数 铰类型中即使选择了用户输入也不能修改屈服强度 实际分析中并不使用该值 屈服强度的定义 自动计算时不必用户输入 考虑轴力变化的影响时 在各步骤计算中都将考虑变化的轴力对屈服面的影响 定义屈服面 自动计算时不必输入 4 操作流程详解 定义PMM铰 FEMA 用鼠标选择要分配的特性后拖放到模型画面上 分配了铰特性的单元上将显示铰标签 注意事项 选择的单元类型与铰特性不匹配时不能分配一般连接单元不能使用鼠标拖放功能分配铰特性 4 操作流程详解 分配铰 修改已定义的Pushover铰特性的方法 最常用的方法 推荐方法 修改 MM 一次性修改多个单元的铰特性在定义铰特性值窗口中直接修改 则被分配了该特性的单元的铰特性值将同时被修改 定义铰特性值 可以修改铰特性的所有内力成分 被分配了 MM 特性的所有单元的特性将被同时修改 4 操作流程详解 修改铰特征值 GenV712 旧版本 GenV730 新版本 4 操作流程详解 查看分配的铰 5 分析与结果查看 位置 设计 pushover分析 运行分析 结果查看 步骤同 钢筋混凝土结构抗震分析及设计 4 操作流程详解 分析与结果查看 4 操作流程详解 分析与结果查看 查找性能控制点 性能控制点 性能控制点所对应的结构相关结果 查找性能控制点 4 操作流程详解 分析与结果查看 Procedure A是ATC 40中提供的基本方法 首先将能力谱中斜率为初始刚度的切线和阻尼比为5 的弹性设计响应谱的交点作为初始的性能点 然后确定初始性能点位置的等效阻尼 然后求使用有效阻尼系数的非线性设计响应谱 然后重新计算交叉点作为性能点 重复上述过程 直到在使用有效阻尼系数的非线性设计响应谱和能力谱的的交点位置上位移响应和加速度响应的变化量在误差范围内 将此时的交点视为性能点 采用Procedure A方法确定性能点的方法参见下图 性能控制点确定方法 4 操作流程详解 分析与结果查看 Procedure BATC 40中计算性能点的第二种方法是首先假设位移延性比 然后计算对应延性比的结构的结构的有效周期 将有效周期直线和5 弹性设计响应谱的交点作为初始的性能点 对弈于假定的位移延性比的放射线状的有效周期和非线性设计响应谱的交点将形成一个轨迹线 该轨迹线与结构的能力谱的交点为最终的性能点 性能控制点确定方法 4 操作流程详解 分析与结果查看 结果图形 层 剪力曲线 4 操作流程详解 分析与结果查看 最大弹塑性层间位移角 判断是否满足 建筑抗震设计规范 5 5 5条或高规4 6 5条要求 结果图形 层 层间位移角曲线 4 操作流程详解 分析与结果查看 显示分析中使用的荷载参数 4 操作流程详解 分析与结果查看 各步骤铰状态图形结果 各步骤铰状态结果 4 操作流程详解 分析与结果查看 ATC 40将房屋遭受地震后 可能出现的状态主要分为 IO ImmediateOccupancy 立即居住DC DamageControl 损坏控制LS LifeSafety 生命安全SS StructuralStability 结构稳定ATC 40给出了梁 柱 墙等构件在上述几种相应状态下的塑性限值 无论何种类型铰 都可以用图表示 纵轴表示轴力 弯矩 剪力等 横轴表示轴向变形 曲率 转角等 其中B IO LS CP CollapsePrevention C为性能点 其中B点出现塑性铰 C点为倒塌点 CP为预防倒塌点 各性能点所对应的横坐标为相应的弹塑性位移限值 4 操作流程详解 分析与结果查看 塑性铰状态说明 铰状态表格统计 4 操作流程详解 分析与结果查看 1 2 3 4 5 6 7 8 用图表形式绘制感兴趣的节点或单元的各种分析结果 4 操作流程详解 分析与结果查看 Pushover分析结果图表 1 MIDAS Gen中各类型构件推荐使用的铰类型 答 铰成分的定义 与构件预期破坏的方式 屈服成分 有关 一般来说杆系构件容易发生弯曲破坏 轴向屈服属于脆性破坏 一般构件均不允许出现 对于受较大剪力的连梁 短柱及剪力墙 有可能发生剪切破坏 故在设置铰类型时 框架梁可定义My Mz 连梁可定义Fz My Mz 一般柱定义 Fx My Mz 短柱定义 Fx Fz My Mz 墙定义 Fx Fz My Mz 桁架定义Fx 均才有弯曲 旋转角的铰 也可根据需要自行调整 构件如因节点打断 应注意不是全选构件去分配铰 这将导致铰太多或设铰不正确 要 该设才设 2 MIDAS Gen中 哪些构件的铰需自定义屈服面或铰特性 答 MIDAS Gen中支持常规截面梁 柱 墙的自动铰特性定义 但对于十字型钢混凝土构件 型钢混凝土梁 矩形钢管混凝土柱 通过任意截面编辑参数定义的截面等复杂截面 需要自定义铰特征 或PMM相关时的屈服面 相关方法需查阅相关资料 屈服面参数可推荐使用xtract等工具完成 或采用等代刚度或特性的方法 把复杂截面构件换成能够自动分配铰特征值的截面 5 常见问题与解答 3 铰成分中FEMA铰 双线及三折线类型 各适用于什么情况 答 FEMA铰是美国FEMA273规范里面推荐使用的铰类型 其特点是铰开展状态发展分为5个阶段 方便界定构件破坏的程度 且存在刚度下降的屈服段 能较好模拟结构的最终屈服状态 双线性和三折线为另外两种铰开展的简化模型 双线性适用于混凝土构件 三折线可用于钢构件 铰本构设置的不同 对整体推覆结果有一定的影响 在结果异常时 可考虑更换铰本构类型进行试算 4 如推覆过程中信息栏发生报错异常 一般有哪些原因 答 一般分析中信息栏有几种常见报错 A 提示单元在初始荷载下某些单元发生轴向屈服 这在日本等国外规范中是不允许的 所以给出错误提