midas的弹塑性分析

1、,MIDAS的弹塑性分析,Copyright2000-2003MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd.,北京迈达斯技术有限公司,目录,大震分析软件概况静力弹塑性分析midasGen操作流程动力弹塑性分析midasBuilding工程实例结语,大震分析软件概况,静力弹塑性分析（以midasGen介绍）,适用工程,高层结构,空间结构,体育场,建模及进行静力分析步骤同“钢筋混凝土结构抗震分析及设计”,更新配筋,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作用：将配筋结果赋予构件，做P

2、USHOVER分析时需要用到截面实配钢筋结果。,对于墙，“排序”选为“墙号层”，“更新配筋”项激活,更新配筋,更新配筋,勾选要编辑验算的构件截面,方法2：利用用户定义的配筋结果若在此编辑验算用截面，则构件的最终实配配筋结果采用此定义的,Pushover荷载工况,Pushover荷载工况涉及的两个问题,A、如何推？B、推到何种程度?,Pushover荷载工况,midasGen中提供两种Pushover分析方法，即基于荷载增分的荷载控制法和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（FullNewton-Raphson）方法。牛顿拉普森方法是采用微分原理求解的方法，

3、其优点是速度快。采用荷载增分的Pushover分析方法的图形介绍如下。,基于荷载增分法的Pushover分析,Pushover荷载工况,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

4、值一般相当于最大层间位移值，与结构的破坏情况相关。,Pushover荷载工况,输入大于1的整数（nstep=1)推荐最小输入20(默认值：20),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：荷载控制、位移控制,定义PUSHOVER荷载工况,Pushover荷载工况,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,周期与振型结果窗口,Push

5、over荷载工况,终止分析条件,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：1.0Cs0.0负区段：Cs0.0,Pushover荷载工况,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,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。,Pushover荷载工况,加载方式,FEMA-273推荐三种形式: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

6、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。,midasGen程序提供自定义分布、均匀加速度分布和振型荷载分布三种加载方式均匀加速度分布：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；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其中,均匀加速度方法相当于均匀分布,振型荷载分布方法,当取第一振型时,相当于倒三角分布，用户也可以自定义水平力。采用振型荷载分布要有振型分析。,Pushover主控数据,在PUSHOVER荷载工况中

7、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,midasGen中铰特性的说明,二维梁单元和三维梁柱单元模型,桁架单元模型,定义铰特性值,midasGen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、

8、sap中墙元的处理方法。,柱子：,定义铰特性值,链杆:,斜支撑：,定义铰特性值,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,定义铰特性值M铰（FEMA）,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),定义铰特性值PMM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

9、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,分配PUSHOVER铰特性值,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,修改

10、PUSHOVER铰特性值,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,查看分配的铰,运行静力弹塑性分析,查看静力弹塑性分析结果,查找性能控制点,查看静力弹塑性分析结果,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,查看静力弹塑性分析结果,性能控制点确定方法,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

11、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。,查看静力弹塑性分析结果,性能控制点确定方法,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。对应于假定的位移延性比的放射线状

12、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。,Pushover图形层剪力,查看静力弹塑性分析结果,Pushover图形层间位移角,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,查看静力弹塑性分析结果,查看静力弹塑性分析结果,各步骤铰状态图形结果,显示分析中使用的荷载参数,查看静力弹塑性分析结果,Pushover铰状态结果,塑性铰状态说明,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(LifeS

13、afety)-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。,查看静力弹塑性分析结果,铰状态表格统计,查看静力弹塑性分析结果,查看静力弹塑性分析结果,Pushover分析结果图表,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

14、种分析结果,动力弹塑性分析（以midasBuilding介绍）,适用工程,多层结构,高层结构,层概念结构,某院50层模型,1.项目介绍,-分析目的,-项目简介,评价结构的抗震性能评价结构设计合理性,2.建筑简介,标准层,1层,3层,6层,7-50层,华东院50层模型,2.建筑简介,立面,立面,华东院50层模型,2.建筑简介,低层(3层),高层(40层),内核芯筒600,800,1200mm,139层柱:SRC,4050层柱:RC,华东院50层模型,3.主要荷载,-楼面荷载,-低层:恒荷载=7.0kN,活荷载=6.0kN-高层:恒荷载=5.4kN,活荷载=5.0kN,-地震作用,华东院50层模型

15、,3.主要荷载,-设计反应谱,华东院50层模型,3.主要荷载,-ElCentroNS(PGA=0.4g),华东院50层模型,1.截面信息:柱、边梁、核芯筒,4.主要构件的截面和设计条件,SRC柱(1900 x1900,-680 x680 x40 x40),边梁800 x1000,华东院50层模型,2.截面信息:楼板(130mm),核芯筒(600mm,800mm,1000mm,1200mm),4.主要构件的截面和设计条件,华东院50层模型,-设计信息,-配筋信息,华东院50层模型,4.主要构件的截面和设计条件,5.非线性参数,-梁铰,华东院50层模型,-柱铰,华东院50层模型,5.非线性参数,-

16、墙纤维,Concrete,Steel,Shear,Stress-StrainCurveforaWall,华东院50层模型,5.非线性参数,-动力弹塑性分析工况,华东院50层模型,5.非线性参数,6.线性分析结果,-周期结果(周期和振型质量参与系数),周期,振型参与质量,华东院50层模型,-主要振型,Mode1,Mode2,Mode3,Mode4,华东院50层模型,6.线性分析结果,-分析结果,6,7层,20层,41层,基底剪力:30782kN,层间位移,最大层间位移角RS_0:1/937RS_90:1/912,华东院50层模型,6.线性分析结果,-主要构件计算配筋,华东院50层模型,6.线性分

17、析结果,-层剪力时程,某院50层模型,9.动力弹塑性分析结果,图形介绍,蓝色：1F绿色：25F红色：50F(顶层),图形介绍,蓝色：1F绿色：25F红色：50F(顶层),-层位移时程,某院50层模型,9.动力弹塑性分析结果,基底剪力,顶层位移,9.动力弹塑性分析结果,-顶层位移-基底剪力滞回曲线,某院50层模型,柱滞回曲线,某院50层模型,墙的剪应力-应变滞回曲线,1stStory,墙构件和单元,某院50层模型,梁滞回曲线,某院50层模型,天津小白塔,项目概况,天津小白塔,操作界面,静力弹塑性分析,动力弹塑性分析,注：详细说明见“建筑大师系列手册”之结构大师非线性分析。,天津小白塔,动力弹塑性

18、分析工况,注：详细说明见“建筑大师系列手册”之结构大师非线性分析。,天津小白塔,动力弹塑性分析结果提取,层间位移角-结果来源：天津小白塔-富力地产设计院对应菜单：动力弹塑性分析动力弹塑性分析结果弹塑性结果图形楼层分析结果图形层位移/速度/加速度，楼层结果图形选择“层间位移角”;,最大的层间位移角是0.003，是三百分之一，发生在第26层。通过图形我们看到在16层和31层左右发生了拐角，这个结果和结构的布置有关，这个工程在16层和31层设置了加强层，刚度发生了突变，如下图所示；,天津小白塔,动力弹塑性分析结果提取,层剪力（最大值）-结果来源：天津小白塔-富力地产设计院对应菜单：动力弹塑性分析动力

19、弹塑性分析结果弹塑性结果图形楼层分析结果图形层剪力（最大值），结果类型选择“剪力”;,天津小白塔,动力弹塑性分析结果提取,墙内力（动力弹塑性最大值）-结果来源：天津小白塔-富力地产设计院对应菜单：动力弹塑性分析动力弹塑性分析结果墙内力;内力成分选择轴力N；,天津小白塔,动力弹塑性分析结果提取,框架铰状态（取地震波值比较大的那一个点，2.18秒）-结果来源：天津小白塔-富力地产设计院对应菜单：动力弹塑性分析动力弹塑性分析结果铰结果，选“框架铰状态（弹塑性）”，如下图所示；,天津小白塔,动力弹塑性分析结果提取,墙铰状态（取地震波值比较大的那一个点，2.18秒）-结果来源：天津小白塔-富力地产设计院

20、对应菜单：动力弹塑性分析动力弹塑性分析结果铰结果，选“墙铰状态（弹塑性）”，如下图所示；,关于弹塑性分析的几个常见问题步骤同“钢筋混凝土结构抗震分析及设计”,问题1.是做静力弹塑性还是做动力弹塑性分析？,抗规5.5.2条规定：,“应”进行弹塑性变形验算的结构如下：（1）8度、类场地和9度时，高大的单层钢筋混凝土柱厂房的横向排架；（2）79度时楼层屈服强度系数小于0.5的钢筋混凝土框架结构；（3）高度大于150m的钢结构；（4）甲类建筑和9度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构；（5）采用隔震和消能减震设计的结构。“宜”进行弹塑性变形验算的结构如下：（1）抗规表5.1.2-1所列高度范围且属于抗

21、规表3.4.2-2所列竖向不规则类型的高层建筑结构;（2）7度、类场地和8度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构；（3）板柱-抗震墙结构和底部框架砖房；（4）高度不大于150m的高层钢结构。,问题2.影响分析结果的四个因素？,线性设计结果-不能有超筋超限的构件荷载-初始荷载作用下不要有屈服的构件-Pushover：加载模式(层剪力模式)-动力弹塑性：地震波铰特性-是否采用了实配钢筋计算的？-如何计算的？-纤维的划分精度程序非线性分析方法的收敛性,问题3.初始荷载要使用施工阶段结果吗？,选择初始荷载的目的-实际上要选择的是初始内力状态-计算初始状态基础上的地震作用效应理论上应使用施工阶段分析的内力结果-考虑和不考虑施工阶段分析，内力结果相差较大准确的施工阶段分析-要考虑实际的结构、荷载、边界的变化目前一般采用DL+0.5*LL,问题4.Pushover分析应选取什么样的加载模式？,Pushover分析的加载模式-静力荷载工况、等加速度、振型、层地震剪力原则：应反映实际的地震力分布一般选择：第一振型-原因：多层结构的地震力接近倒三角形，与第一振型接近推荐：层剪力模式，对高层或不规则结构更接近实际的地震力分布固定加载模式的理论缺陷：加载模式在分析过程中不变,问题5.如何选取动力弹塑性分析地震波？,满足地震动三要素：-频