建筑结构大震下弹塑性分析PPT课件
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
➢4.6.4条 , 4.6.5条 ,5.1.13条， 4.6.4条 有具体规定
➢基本遵从于《建筑抗震设计规范》
第6页/共59页
《高层民用建筑钢结构技术规程》
➢5.3.6条～5.3.10条 ,5.4.4条， 5.5.3条 有具体规定
➢有层间侧移延性比规定
第7页/共59页
弹塑性分析方法
➢动力弹塑性（时程）分析方法 ➢静力弹塑性分析方法 ➢简化弹塑性分析方法
➢方程解法
• PCG解线性方程 • 多种解动力微分方程方法 • 多种解非线性方程方法
➢接 力 S AT W E 、 P M S A P 程 序 ， 适 用 的 结 构 类 型 广 泛
第11页/共59页
动力弹塑性分析方法示意图
第12页/共59页
静力弹塑性分析方法
➢较动力弹塑性分析方法可一定程度节省计算时间 ➢与动力弹塑性分析方法互为补充 ➢PUSH中已经实现
第46页/共59页
弹塑性位移角控制
1。结构各层弹塑性最大位移、位移角，平均位移、 位移角；
2。最大变形时刻的结构整体位移、位移角曲线； 3。对于高层尤其是超高层结构应考察有害位移、
有害层间位移角，有害位移是结构真正的变形位移， 对高层结构最大有害层间位移与最大层间位移往往 差异较大，分布也不同； 4。目前抗震规范仍然以层间位移角给出判断指标， 所以弹塑性位移控制仍以规范为准。
3 。 材 料 的 弹 塑 性 模 型 ， 对 不 同 材 料 使 用 适 合 的 弹 塑性应力应变曲线，一般应以“混凝土规范”为准；
4 。 弹 塑 性 整 体 计 算 模 型 （ 如 层 模 型 、 平 面 模 型 、 三维模型等）、迭代的求解方法，也是影响弹塑分 析结果的因素之一；
5 。 弹 塑 性 分 析 参 数 的 合 理 选 择 。
第31页/共59页
实例二、2008奥运会国家主体育场看台
第32页/共59页
实例三、2008奥运会国家主体育场罩棚（鸟 巢）
第33页/共59页
静力弹塑性分析软件PUSH实 现
第34页/共59页
第35页/共59页
第36页/共59页
第37页/共59页
第38页/共59页
第39页/共59页
第40页/共59页
• 3。周期-最大层间位移曲线——基于等效单质点体 系综合统计出的结构周期顶点位移曲线。随着结构 进入弹塑性状态，结构的自振周期、顶点位移反应 也发生变化，竖向连接需求谱与能力谱曲线的交点， 则该点的层间位移值可以理解为抵抗设计烈度大震 时的结构弹塑性层间位移，也可以把该点的层间位 移与规范限值比较，比规范小则满足设计要求，反 之则认为不满足设计要求。
弹塑性分析目的、意义
➢三水准设防中的“大震不倒” ➢两阶段设计中的“第二阶段弹塑性变形验算” ➢强震下变形验算的基本问题：
计算薄弱层位移反应和变形能力；通过改善结构均匀性 和加强薄弱层使得层间位移角满足限值要求。
第1页/共59页
弹塑性分析的规范规定
➢《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001 ➢《高层混凝土结构技术规程》JGJ 3-2002 ➢《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-98
第8页/共59页
简化弹塑性分析方法及局限 ➢适应性范围小
➢薄弱层确定不准确 ➢弹塑性层间位移为估算结果
第9页/共59页
➢理论动基础力较弹扎塑实的性一分种析方法方法
➢适用范围较为广泛 ➢对使用者要求较高 ➢计算时间相对较大 ➢EPDA中已经实现
第10页/共59页
➢单元模动型力弹塑性分析原理
• 梁、杆、柱、撑采用纤维束模型 • 剪力墙采用弹塑性壳单元
第17页/共59页
第18页/共59页
第19页/共59页
第20页/共59页
第21页/共59页
第22页/共59页
第23页/共59页
第24页/共59页
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第25页/共59页
第26页/共59页
第27页/共59页
第28页/共59页
第29页/共59页
第30页/共59页
实16例.2。一弹、塑五性棵动松力体分育析场软（件2E0PD0 8A奥工程运实会例篮 球 馆 ）
第47页/共59页
第48页/共59页
第49页/共59页
结构薄弱部位的判断
1。最大层间位移、最大有害层间位移所在的楼层； 2。层间位移、有害层间位移超过规范限值的楼层； 3。结构构件塑性铰、剪力墙破坏点比较集中的部位； 4。结构局部变形较大的部位； 5。结构弹塑性反应力突变的部位。
第50页/共59页
第2页/共59页
《3.4.建3条筑竖向抗不震规则设结计构应规（范宜）》进行弹塑
性变形分析 3.6.2条 弹塑性分析可以根据具体情况采用
弹塑性静力、时程、简化方法 5.5.2条 何种结构需要进行弹塑性变形验算 5.5.3条 弹塑性变形验算方法 5.5.4条 弹塑性分析的简化方法 5.5.5条 弹塑性层间位移角限值
第53页/共59页
影响系数 层间位移角
周期-影响系数曲线 需求谱曲线
1/105
周期-最大位移角曲线
周期-加速度曲线 能力曲线
T 等效单自由度体系验算曲线
第54页/共59页
• 4。抗倒塌验算的其它方法——弹塑性分析可以按 设定的方式考虑结构的倒塌机制。如下图所示，当 结构由于外部原因，在局部失去支撑，此时分析结 构的现状。
第57页/共59页
6。在弹塑性分析过程中不考虑构件剪切破坏； 7 。 弹 塑 性 分 析 ， 应 当 考 虑 构 件 的 塑 性 发 展 ， 即 塑
性铰有可能还要延杆件方向延伸； 8 。 弹 塑 性 动 力 分 析 的 控 制 ， 按 设 防 烈 度 的 大 震 ，
取与规范一致即可； 9 。 弹 塑 性 静 力 分 析 的 控 制 ， 一 般 可 以 采 用 ： （ a ）
第4页/共59页
宜进行弹塑性变形验算的结构
1) 表5.1.21 所列高度范围且属于表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
第5页/共59页
《高层混凝土结构技术规程》
第55页/共59页
大震下结构整体性能的评估
1。弹塑性层间位移、位移角的控制； 2。结构大震下的薄弱部位的判断； 3。结构抗倒塌验算； 4 。 结 构 大 震 下 的 整 体 变 形 能 力 ， 即 最 大 变 形 ； 5。结构大震下变形、反应力的突变分析； 6。局部变形分析； 7。静力推覆的最大承载力分析； 8 。 时 程 分 析 的 各 时 刻 结 构 变 形 、 杆 件 塑 性 铰 分 析 ； 9 。 各 时 刻 杆 件 塑 性 铰 、 剪 力 墙 破 坏 点 分 布 的 分 析 ； 10。结构关键部位、削弱部位的弹塑性反应分析。
第3页/共59页
应进行弹塑性变形验算的结构
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) 7 9 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
基底剪力控制法；（b）层间位移控制法；（c）弯 矩曲率控制法（目前EPSA还没有）等。
第58页/共59页
谢谢您的观看！
第59页/共59页
第41页/共59页
第42页/共59页
第43页/共59页
第44页/共59页
荷载因子
1.3 1.25 1.2 1.15 1.1 1.05
1 0
试验数据 有限元解
1000
2000
3000
结构顶点位移(mm)
第45页/共59页
罕遇地震下结构性能的评估
• 弹塑性位移角控制 • 结构薄弱部位的判断 • 结构的抗倒塌验算 • 大震下结构抗震性能的整体评估 • 弹塑性分析结果的讨论
第56页/共59页
弹塑性分析结果的讨论
1 。 弹 塑 性 动 力 时 程 分 析 时 ， 其 弹 塑 性 地 震 波 应 尽 可能与建筑物所在地接近，如上海市专门颁布了专 用于本地区的两条弹塑性地震波；
2 。 弹 塑 性 分 析 所 采 用 构 件 （ 梁 、 板 、 柱 、 墙 ） 的 计算模型，不同的计算模型，有时计算结果会有一 定的差别；
第13页/共59页
静力弹塑性分析原理
➢较为先进的单元类型 ➢先进的弧长法加载策略 ➢非线性方程叠代方法的多种选择 ➢波前法解线性方程 ➢病态方程的特殊解法处理 ➢接力SATWE程序，适 第14页/共59页 应的结构类型
静力弹塑性分析方法示意图
第15页/共59页
动力弹塑性分析软件EPDA实 现
第16页/共59页
2。能力曲线（周期-加速度曲线）——基于等效单质 点体系综合统计出的结构周期加速度曲线。随着结 构进入弹塑性状态，结构的自振周期、顶点加速度 反应也发生变化，当该曲线穿过需求普曲线时，说 明结构能够抵抗设计烈度的大震，否则就认为不能 抵 抗 设 计 烈 度 的 大 震第情52页况/共。59页越 早 穿 过 需 求 普 曲 线 ，
薄弱部位 薄弱层
第51页/共59页
结构抗倒塌验算
• 1。需求谱曲线（周期-影响系数曲线）——结构在 静力推覆分析过程中，随着结构的破坏、结构阻尼 的增加、结构自振周期的变化，反映出结构在设计 烈度大震下的弹塑性最大水平地震影响系数曲线。 该曲线综合反映了结构弹塑性变形过程中地震作用 变化的情况。
➢基本遵从于《建筑抗震设计规范》
第6页/共59页
《高层民用建筑钢结构技术规程》
➢5.3.6条～5.3.10条 ,5.4.4条， 5.5.3条 有具体规定
➢有层间侧移延性比规定
第7页/共59页
弹塑性分析方法
➢动力弹塑性（时程）分析方法 ➢静力弹塑性分析方法 ➢简化弹塑性分析方法
➢方程解法
• PCG解线性方程 • 多种解动力微分方程方法 • 多种解非线性方程方法
➢接 力 S AT W E 、 P M S A P 程 序 ， 适 用 的 结 构 类 型 广 泛
第11页/共59页
动力弹塑性分析方法示意图
第12页/共59页
静力弹塑性分析方法
➢较动力弹塑性分析方法可一定程度节省计算时间 ➢与动力弹塑性分析方法互为补充 ➢PUSH中已经实现
第46页/共59页
弹塑性位移角控制
1。结构各层弹塑性最大位移、位移角，平均位移、 位移角；
2。最大变形时刻的结构整体位移、位移角曲线； 3。对于高层尤其是超高层结构应考察有害位移、
有害层间位移角，有害位移是结构真正的变形位移， 对高层结构最大有害层间位移与最大层间位移往往 差异较大，分布也不同； 4。目前抗震规范仍然以层间位移角给出判断指标， 所以弹塑性位移控制仍以规范为准。
3 。 材 料 的 弹 塑 性 模 型 ， 对 不 同 材 料 使 用 适 合 的 弹 塑性应力应变曲线，一般应以“混凝土规范”为准；
4 。 弹 塑 性 整 体 计 算 模 型 （ 如 层 模 型 、 平 面 模 型 、 三维模型等）、迭代的求解方法，也是影响弹塑分 析结果的因素之一；
5 。 弹 塑 性 分 析 参 数 的 合 理 选 择 。
第31页/共59页
实例二、2008奥运会国家主体育场看台
第32页/共59页
实例三、2008奥运会国家主体育场罩棚（鸟 巢）
第33页/共59页
静力弹塑性分析软件PUSH实 现
第34页/共59页
第35页/共59页
第36页/共59页
第37页/共59页
第38页/共59页
第39页/共59页
第40页/共59页
• 3。周期-最大层间位移曲线——基于等效单质点体 系综合统计出的结构周期顶点位移曲线。随着结构 进入弹塑性状态，结构的自振周期、顶点位移反应 也发生变化，竖向连接需求谱与能力谱曲线的交点， 则该点的层间位移值可以理解为抵抗设计烈度大震 时的结构弹塑性层间位移，也可以把该点的层间位 移与规范限值比较，比规范小则满足设计要求，反 之则认为不满足设计要求。
弹塑性分析目的、意义
➢三水准设防中的“大震不倒” ➢两阶段设计中的“第二阶段弹塑性变形验算” ➢强震下变形验算的基本问题：
计算薄弱层位移反应和变形能力；通过改善结构均匀性 和加强薄弱层使得层间位移角满足限值要求。
第1页/共59页
弹塑性分析的规范规定
➢《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001 ➢《高层混凝土结构技术规程》JGJ 3-2002 ➢《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-98
第8页/共59页
简化弹塑性分析方法及局限 ➢适应性范围小
➢薄弱层确定不准确 ➢弹塑性层间位移为估算结果
第9页/共59页
➢理论动基础力较弹扎塑实的性一分种析方法方法
➢适用范围较为广泛 ➢对使用者要求较高 ➢计算时间相对较大 ➢EPDA中已经实现
第10页/共59页
➢单元模动型力弹塑性分析原理
• 梁、杆、柱、撑采用纤维束模型 • 剪力墙采用弹塑性壳单元
第17页/共59页
第18页/共59页
第19页/共59页
第20页/共59页
第21页/共59页
第22页/共59页
第23页/共59页
第24页/共59页
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第25页/共59页
第26页/共59页
第27页/共59页
第28页/共59页
第29页/共59页
第30页/共59页
实16例.2。一弹、塑五性棵动松力体分育析场软（件2E0PD0 8A奥工程运实会例篮 球 馆 ）
第47页/共59页
第48页/共59页
第49页/共59页
结构薄弱部位的判断
1。最大层间位移、最大有害层间位移所在的楼层； 2。层间位移、有害层间位移超过规范限值的楼层； 3。结构构件塑性铰、剪力墙破坏点比较集中的部位； 4。结构局部变形较大的部位； 5。结构弹塑性反应力突变的部位。
第50页/共59页
第2页/共59页
《3.4.建3条筑竖向抗不震规则设结计构应规（范宜）》进行弹塑
性变形分析 3.6.2条 弹塑性分析可以根据具体情况采用
弹塑性静力、时程、简化方法 5.5.2条 何种结构需要进行弹塑性变形验算 5.5.3条 弹塑性变形验算方法 5.5.4条 弹塑性分析的简化方法 5.5.5条 弹塑性层间位移角限值
第53页/共59页
影响系数 层间位移角
周期-影响系数曲线 需求谱曲线
1/105
周期-最大位移角曲线
周期-加速度曲线 能力曲线
T 等效单自由度体系验算曲线
第54页/共59页
• 4。抗倒塌验算的其它方法——弹塑性分析可以按 设定的方式考虑结构的倒塌机制。如下图所示，当 结构由于外部原因，在局部失去支撑，此时分析结 构的现状。
第57页/共59页
6。在弹塑性分析过程中不考虑构件剪切破坏； 7 。 弹 塑 性 分 析 ， 应 当 考 虑 构 件 的 塑 性 发 展 ， 即 塑
性铰有可能还要延杆件方向延伸； 8 。 弹 塑 性 动 力 分 析 的 控 制 ， 按 设 防 烈 度 的 大 震 ，
取与规范一致即可； 9 。 弹 塑 性 静 力 分 析 的 控 制 ， 一 般 可 以 采 用 ： （ a ）
第4页/共59页
宜进行弹塑性变形验算的结构
1) 表5.1.21 所列高度范围且属于表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
第5页/共59页
《高层混凝土结构技术规程》
第55页/共59页
大震下结构整体性能的评估
1。弹塑性层间位移、位移角的控制； 2。结构大震下的薄弱部位的判断； 3。结构抗倒塌验算； 4 。 结 构 大 震 下 的 整 体 变 形 能 力 ， 即 最 大 变 形 ； 5。结构大震下变形、反应力的突变分析； 6。局部变形分析； 7。静力推覆的最大承载力分析； 8 。 时 程 分 析 的 各 时 刻 结 构 变 形 、 杆 件 塑 性 铰 分 析 ； 9 。 各 时 刻 杆 件 塑 性 铰 、 剪 力 墙 破 坏 点 分 布 的 分 析 ； 10。结构关键部位、削弱部位的弹塑性反应分析。
第3页/共59页
应进行弹塑性变形验算的结构
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) 7 9 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
基底剪力控制法；（b）层间位移控制法；（c）弯 矩曲率控制法（目前EPSA还没有）等。
第58页/共59页
谢谢您的观看！
第59页/共59页
第41页/共59页
第42页/共59页
第43页/共59页
第44页/共59页
荷载因子
1.3 1.25 1.2 1.15 1.1 1.05
1 0
试验数据 有限元解
1000
2000
3000
结构顶点位移(mm)
第45页/共59页
罕遇地震下结构性能的评估
• 弹塑性位移角控制 • 结构薄弱部位的判断 • 结构的抗倒塌验算 • 大震下结构抗震性能的整体评估 • 弹塑性分析结果的讨论
第56页/共59页
弹塑性分析结果的讨论
1 。 弹 塑 性 动 力 时 程 分 析 时 ， 其 弹 塑 性 地 震 波 应 尽 可能与建筑物所在地接近，如上海市专门颁布了专 用于本地区的两条弹塑性地震波；
2 。 弹 塑 性 分 析 所 采 用 构 件 （ 梁 、 板 、 柱 、 墙 ） 的 计算模型，不同的计算模型，有时计算结果会有一 定的差别；
第13页/共59页
静力弹塑性分析原理
➢较为先进的单元类型 ➢先进的弧长法加载策略 ➢非线性方程叠代方法的多种选择 ➢波前法解线性方程 ➢病态方程的特殊解法处理 ➢接力SATWE程序，适 第14页/共59页 应的结构类型
静力弹塑性分析方法示意图
第15页/共59页
动力弹塑性分析软件EPDA实 现
第16页/共59页
2。能力曲线（周期-加速度曲线）——基于等效单质 点体系综合统计出的结构周期加速度曲线。随着结 构进入弹塑性状态，结构的自振周期、顶点加速度 反应也发生变化，当该曲线穿过需求普曲线时，说 明结构能够抵抗设计烈度的大震，否则就认为不能 抵 抗 设 计 烈 度 的 大 震第情52页况/共。59页越 早 穿 过 需 求 普 曲 线 ，
薄弱部位 薄弱层
第51页/共59页
结构抗倒塌验算
• 1。需求谱曲线（周期-影响系数曲线）——结构在 静力推覆分析过程中，随着结构的破坏、结构阻尼 的增加、结构自振周期的变化，反映出结构在设计 烈度大震下的弹塑性最大水平地震影响系数曲线。 该曲线综合反映了结构弹塑性变形过程中地震作用 变化的情况。