连体结构动力弹塑性分析报告-使用midas-building

1、弹塑性动力时程分析的主要技术参数指标简述基于材料的本构模型本工程混凝凝土本构构关系采采用混混凝土结结构设计计规范GB50010-2010附录C中的单轴受压应力-应变本构模型，混凝土单轴受压应力-应变关系曲线如图1-1；钢筋采用双双折线本本构模型型，如图1-2，屈屈服前后后的刚度度不同，屈屈服后的的刚度使使用折减减后的刚刚度。无无论屈服服与否，卸卸载和重重新加载载时使用用弹性刚刚度。剪剪切本构构采用了了理想弹弹塑性双双折线模模型，屈屈服前后后的刚度度不同，屈屈服前卸卸载和重重新加载载时使用用弹性刚刚度；屈屈服后卸卸载时指指向原点点，重新新加载时时使用卸卸载刚度度重新加加载。如图1-33所示。图1

2、-1 混凝土土单轴受受压应力力-应变曲曲线图1-22 双折折线钢筋筋本构关关系图1-3 理想想弹塑性性剪切本本构模型型基于截面的的塑性铰铰滞回模模型滞回模型是是动力弹弹塑性分分析的基基本参数数，共有有双折线线、三折折线、四四折线等等多种滞滞回模型型。本工程钢筋筋混凝土土和型钢钢混凝土土构件采采用了修修正武田田三折线线模型，如如图1-4所示示，其仅仅考虑了了刚度退退化，没没有考虑虑强度退退化。第第一折线线拐点用用于模拟拟开裂强强度，第第二个折折线拐点点用于模模拟屈服服强度，修修正武田田三折线线模型对对武田三三折线模模型的内内环的卸卸载刚度度计算方方法做了了修正。钢结构构构件则则采用了了标准双双折

3、线滞滞回模型型，卸载载刚度使使用弹性性刚度，如图1-5所示。图1-4 修正武武田三折折线滞回回模型图图1-5 标准双双折线滞滞回模型型非线性梁柱柱单元程序采用了了具有非非线性铰铰特性的的梁柱单单元。梁梁单元公公式使用用了柔度度法（fleexibbiliity metthodd），在在荷载作作用下的的变形和和位移使使用了小小变形和和平截面面假定理理论（欧欧拉贝努努利梁理理论，Euller Berrnouullii Beeam Theeoryy），并并假设扭扭矩和轴轴力、弯弯矩成分分互相独独立无关关联。非非线性梁梁柱单元元可考虑了P-效应，在在分析的的每个步步骤都会会考虑内内力对几几何刚度度的影响

4、响重新更更新几何何刚度矩矩阵，并并将几何何刚度矩矩阵加到到结构刚刚度矩阵阵中。根根据定义义弯矩非非线性特特性关系系的方法法，非线线性梁柱柱单元可可分为弯弯矩-旋转角角单元（集集中铰模模型）和和弯矩-曲率单单元（分分布铰模模型）。本本工程采采用的是是弯矩-旋转角角梁柱单单元，即即在单元元两端设设置了长长度为0的平动动和旋转转非线性性弹簧（非线性性弹簧用用如前所所述的基基于截面面的塑性性铰滞回回模型模模拟），而单单元内部部为弹性性的非线线性单元元类型，非非线性弹弹簧的位位置如图1-6所示。图1-6弯弯矩-旋转角角单元的的铰位置置示意图图非线性墙单单元程序提供了了带洞口口的基于于纤维模模型的非非线性

5、剪剪力墙单单元。非非线性墙墙由多个个墙单元元构成，每每个墙单单元又被被分割成成具有一一定数量量的竖向向和水平平向的纤纤维，每每个纤维维有一个个积分点点，剪切切变形则则计算每每个墙单单元的四四个高斯斯点位置置的剪切切变形。（每个纤维内力和变形的计算采用如前所述的基于材料的本构模型），考虑到墙单元产生裂缝后，水平向、竖向、剪切方向的变形具有一定的独立性，非线性墙单元不考虑泊松比的影响，假设水平向、竖向、剪切变形互相独立。每次增量步骤分析时，程序会计算各积分点上的应变，然后利用混凝土和钢筋的应力-应变关系分别计算混凝土和钢筋的应力。剪切应力计算单元高斯点位置的剪切变形。如图1-7，1-8所示。图1-

6、7非非线性墙墙单元图1-8墙单元元的各成成分铰位位置纤维材料本本构“应变等等级”的说明明混凝土材料料本构关关系中以以混凝土土的实际应应变与混混凝土峰峰值压应应变的比比值（/c）来定义混凝凝土的“应变等等级”，本工程程混凝土土的应变变等级按按如图11-9所示定定义。钢筋材料本本构关系系中以钢钢筋实际际应变与与钢筋的的屈服应应变的比比值（/ 0）来定义钢筋筋的“应变等等级”，本工程程钢筋的的应变等等级按如如图1-110所示定定义。墙单元剪切切本构关关系中以以单元的的实际剪剪切应变变与屈服服剪应变变的比值值 （/0）来定义墙墙单元的的剪切“应变等等级”，本工程程剪力墙墙单元的的剪切应应变等级级按如图

7、图1-111所示定定义。图1-9混混凝土材材料应变变等级图图1-100 钢筋材材料的应应变等级级图1-111 墙墙单元剪剪切应变变等级截面塑性铰铰“屈服状状态”的说明明双折线铰输输出一种种状态即即达到第第一屈服服的状态态(包含屈屈服后状状态)。三折折线铰输出两两种状态态，第一一个是开开裂及开开裂到屈屈曲前状状态，第第二个是是屈服及及屈服后后状态，图图例中用用两种颜颜色区分分。图形形中的比比例值为为在该项项上处于于该状态态铰的数数量与分分配给构构件的该该类型铰铰总数的的比值。计算方法本工程非线线性方程程计算采采用Neewmaark-直接积积分方法法，采用用完全牛牛顿拉拉普森法法（Neewtoom

8、-RRaphhsonn）进行行迭代收收敛计算算直至满满足收敛敛条件，迭迭代参数数中设定定最小时时间步长长为0.000001秒秒，最大大迭代次次数为330次，不考虑了了P-效应的的影响，非非线性分分析时自自动更新新阻尼矩矩阵。弹塑性动力力时程分分析结果果的分析析层间位移角角图2-1 地震波波作用X主向 塔1层间位位移角图2-2 地震波波作用Y主向 塔1层间位位移角图2-3 地震波波作用X主向 塔2层间位位移角图2-4 地震波波作用YY主向 塔2层间位位移角楼层剪力图2-5 地震波波作用XX主向 塔1楼层剪剪力图2-6 地震波波作用X主向 塔2楼层剪剪力图2-7 地震波波作用YY主向 塔1楼层剪剪

9、力图2-8 地震波波作用Y主向 塔2楼层剪剪力数值结果汇汇总表2-1 层间位位移角汇汇总结果果序号地震波层间位移角角地震波X主主向地震波Y主主向塔1塔2塔1塔21天然波N111/30001/24441/37991/39002天然波N221/44111/43221/44771/47993人工波N331/33881/33661/45441/46884包络值1/30001/24441/37991/3900表2-2 基底剪剪力汇总总结果序号地震波基底剪力（kN）地震波X主主向地震波Y主主向塔1塔2塔1塔21天然波N11845177764955122488210761142天然波N22666866564

10、1669771117629773人工波N3374728875008810010019003664包络值84517776495512248821076114图形结果汇汇总图2-9 地震波波作用XX主向 塔1 X向典型型一榀结结构框架架塑性铰铰状态（侧面与连连体桁架架相连的的一榀）图2-100 地震波波作用X主向 塔1 X向典型型一榀结结构框架架塑性铰铰状态（侧面与连体桁架相连的一榀）从图2-99，2-110可见见在地震震波X主向作作用下，绝大部分连梁及部分框架梁进入第2屈服状态，即受弯屈服；少部分框架柱进入第1屈服状态，即压弯开裂而不屈服。图2-111 地震波波作用Y主向 整塔 Y向典型型一榀结

11、结构框架架塑性铰铰状态（双塔与主桁架相连的一榀）从图2-111可见见在地震震波Y主向作作用下，绝绝大部分分连梁及部部分框架架梁进入入第2屈服状状态，即即受弯屈屈服；少少部分框框架柱进进入第1屈服状状态，即即压弯开开裂而不不屈服；主桁架架上下弦弦钢梁受受弯不屈屈服。图2-122 地震波波作用X主向 (考虑了了竖向地地震作用用)连体桁桁架部分分塑性铰铰延性系系数图2-13 地震波波作用Y主向 (考虑了了竖向地地震作用用) 连体桁桁架部分分塑性铰铰延性系系数从图2-112，2-113可见，连连体桁架架杆件的的轴向塑塑性铰延延性系数数D/DD1(即塑性性铰实际际变形与与屈服变变形的比比值)，均小小于1

12、，可见见桁架部部分不屈屈服。图2-x地地震波作作用X主向 (考虑了了竖向地地震作用用) 连体次桁架部部分塑性性铰延性性系数 图图2-y 地震波波作用YY主向 (考虑了了竖向地地震作用用) 连体桁桁架部分分塑性铰铰延性系系数从图2-xx，2-y可见，连连体次桁架杆杆件，吊吊杆的轴轴向塑性性铰延性性系数D/DD1较小小，均小小于0.5，可可见次桁架及吊杆不屈屈服。地震作用XX主向，Y主向（考考虑了竖竖向地震震作用）连连体桁架架最大轴轴向延性性系数D/DD1分别等等于0.996和0.993（等同同于杆件件轴向应应力/屈服强强度）1,即不屈屈服。地震作用XX主向，Y主向（考考虑了竖竖向地震震作用）连连

13、体桁架架最大弯弯曲延性性系数D/DD1分别等等于0.667和0.661（等同同于杆件件弯曲应应力/屈服强强度）1,即不屈屈服。图2-144 地震波波作用XX主向 剪力墙墙剪切应应变等级级图2-15 地震波波作用X主向 塔2右侧剪力力墙筒体体剪切应应变等级级图2-166 地震波波作用YY主向 剪力墙墙剪切应应变等级级 图2-17 地震波波作用YY主向 塔2右侧剪剪力墙筒筒体剪切切应变等等级从图2-114,2-16可见剪剪力墙筒筒体剪切切应变等等级绝大大部分小小于3级（即即最大剪剪切应变变0）, 0如前所所述为屈屈服剪应应变。从从图2-115,2-17可可见，在在塔2一端的的剪力墙墙筒体剪剪切应变

14、变等级局局部超过过5级，即即达到极极限剪切切变形，此此部分应应采取额额外的加加强措施施如加大大两端型型钢柱内内的型钢钢截面，增增大水平平钢筋配配筋率，或或采用组组合钢板板剪力墙墙等构造造措施。图2-188 地震波波作用XX主向 剪力墙墙混凝土土轴向应变等等级图2-19 地震波波作用Y主向 剪力墙墙混凝土土轴向应变等等级图2-200 地震波波作用X主向 钢筋轴向向应变等等级图2-21 地震波波作用Y主向 钢筋轴轴向应变变等级从图2-118,2-19可见剪剪力墙筒筒体混凝凝土轴向向应变等等级均小小于3级，如如前所述述即 c，受压不不屈服。从从图2-220.22-211可见剪剪力墙筒筒体竖向向钢筋应

15、应变等级级绝大部部分小于于2级，即即如前所所述0,极少数数墙体竖竖向钢筋筋应变等等级大于于2级，受拉拉屈服。结构弹塑性性发展历历程及抗抗震性能能总结1、输入各各工况罕罕遇地震震波进行行非线性性时程分分析后可可知，绝绝大部分分主要抗抗侧力构构件没有有发生严严重破坏坏，多数数连梁屈屈服耗能能，部分分框架梁梁参与了了塑性耗耗能，连连体桁架架不屈服服，整体体结构层层间位移移角满足足规范最最低要求求且有余余量。2、整体结结构在罕罕遇地震震波输入入过程中中，其弹弹塑性发发展历程程可以描描述为：在罕遇遇地震下下结构连连梁最先先出现塑塑性铰，随随着地震震波加速速度的增增大，连连梁塑性性变形逐逐步累积积耗能；而

16、而后结构构部分框框架梁进进入塑性性阶段参参与结构构整体耗耗能，但但框架梁梁整体塑塑性变形形有限；结构框框架柱部部分开裂裂均未进入入屈服状状态；地地震输入入结束时时绝大部部分剪力力墙未进进入屈服服状态，只只有少数数剪力墙墙应变过过大，需需额外采采取构造造措施加加强。3、结构框框架部分分在罕遇遇地震作作用下，部部分框架架梁的塑塑性变形形超过开开裂水准准，少数数超过屈屈服强度度水准；少数框架架柱塑性性变形超过过开裂水水准，均均未进入入屈服状状态，结结构框架架作为第第二道设设防体系系具有足足够的富富余。4、罕遇地地震作用用下，绝绝大部分分剪力墙墙筒体满足足抗剪不不屈服的的要求，只有少少数剪力力墙应变变过大，需需额外采采取构造造措施加加强，混混凝土受受压和钢钢筋拉压压基本处于于弹性阶阶段；5、整体来来看，结结构在罕罕遇地震震输入下下的弹塑塑性反应应及破坏坏机制，符符合结构构抗震工工程的概概念设计计要求，能达到预期的抗震性能目标。1、定义“静力弹弹塑性分分析控制制”：定义义推倒次次数（荷荷载增幅幅次数），迭迭代步骤骤数，收收敛条件件。 2、定义“Pusshovver荷载工工况”：定义义推倒控控制条件件，初始始荷载，水