某连体结构动力弹塑性分析报告-使用midas_building

某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
1.1基于材料的本构模型
本⼯程混凝⼟本构关系采⽤《混凝⼟结构设计规范》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；钢筋采⽤双折线本构模型，如图1-2，屈服前后的刚度不同，屈服后的刚度使⽤折减后的刚度。

⽆论屈服与否，卸载和重新加载时使⽤弹性刚度。

剪切本构采⽤了理想弹塑性双折线模型，屈服前后的刚度不同，屈服前卸载和重新加载时使⽤弹性刚度；屈服后卸载时指向原点，重新加载时使⽤卸载刚度重新加载。

如图1-3所⽰。

图1-1 混凝⼟单轴受压应⼒-应变曲线图1-2 双折线钢筋本构关系
图1-3 理想弹塑性剪切本构模型
1.2基于截⾯的塑性铰滞回模型
滞回模型是动⼒弹塑性分析的基本参数，共有双折线、三折线、四折线等多种滞回模型。

本⼯程钢筋混凝⼟和型钢混凝⼟构件采⽤了修正武⽥三折线模型，如图
1-4所⽰，其仅考虑了刚度退化，没有考虑强度退化。

第⼀折线拐点⽤于模拟开裂强度，第⼆个折线拐点⽤于模拟屈服强度，修正武⽥三折线模型对武⽥三折线模型的内环的卸载刚度计算⽅法做了修正。

钢结构构件则采⽤了标准双折线滞回模型，卸载刚度使⽤弹性刚度，如图1-5所⽰。

图1-4 修正武⽥三折线滞回模型图1-5 标准双折线滞回模型
1.3⾮线性梁柱单元
程序采⽤了具有⾮线性铰特性的梁柱单元。

梁单元公式使⽤了柔度法（flexibility method），在荷载作⽤下的变形和位移使⽤了⼩变形和平截⾯假定理论（欧拉贝努利梁理论，Euler Bernoulli Beam Theory），并假设扭矩和轴⼒、弯矩成分互相独⽴⽆关联。

⾮线性梁柱单元可考虑了P-Δ效应，在分析的每个步骤都会考虑内⼒对⼏何刚度的影响重新更新⼏何刚度矩阵，并将⼏
何刚度矩阵加到结构刚度矩阵中。

根据定义弯矩⾮线性特性关系的⽅法，⾮线性梁柱单元可分为弯矩-旋转⾓单元（集中铰模型）和弯矩-曲率单元（分布铰模型）。

本⼯程采⽤的是弯矩-旋转⾓梁柱单元，即在单元两端设置了长度为0的平动和旋转⾮线性弹簧（⾮线性弹簧⽤如前所述的基于截⾯的塑性铰滞回模型模拟），⽽单元内部为弹性的⾮线性单元类型，⾮线性弹簧的位置如图1-6所⽰。

图1-6弯矩-旋转⾓单元的铰位置⽰意图
1.4⾮线性墙单元
程序提供了带洞⼝的基于纤维模型的⾮线性剪⼒墙单元。

⾮线性墙由多个墙单元构成，每个墙单元⼜被分割成具有⼀定数量的竖向和⽔平向的纤维，每个纤维有⼀个积分点，剪切变形则计算每个墙单元的四个⾼斯点位置的剪切变形。

（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1-7 ⾮线性墙单元
图1-8 墙单元的各成分铰位置
1.5纤维材料本构“应变等级”的说明
混凝⼟材料本构关系中以混凝⼟的实际应变与混凝⼟峰值压应变的⽐值
（ε/ εc）来定义混凝⼟的“应变等级”，本⼯程混凝⼟的应变等级按如图1-9所⽰定义。

钢筋材料本构关系中以钢筋实际应变与钢筋的屈服应变的⽐值（ε/ ε0）来定义钢筋的“应变等级”，本⼯程钢筋的应变等级按如图1-10所⽰定义。

墙单元剪切本构关系中以单元的实际剪切应变与屈服剪应变的⽐值（γ/γ0）来定义墙单元的剪切“应变等级”，本⼯程剪⼒墙单元的剪切应变等级按如图1-11所⽰定义。

图1-9 混凝⼟材料应变等级图1-10 钢筋材料的应变等级
图1-11 墙单元剪切应变等级
1.6截⾯塑性铰“屈服状态”的说明
双折线铰输出⼀种状态即达到第⼀屈服的状态(包含屈服后状态)。

三折线铰输出两种状态，第⼀个是开裂及开裂到屈曲前状态，第⼆个是屈服及屈服后状态，图例中⽤两种颜⾊区分。

图形中的⽐例值为在该项上处于该状态铰的数量与分配给构件的该类型铰总数的⽐值。

1.7计算⽅法
本⼯程⾮线性⽅程计算采⽤Newmark-β直接积分⽅法，采⽤完全⽜顿－拉普森法（Newtom-Raphson）进⾏迭代收敛计算直⾄满⾜收敛条件，迭代参数中设定最⼩时间步长为0.00001秒，最⼤迭代次数为30次，不考虑了P-Δ效应的影响，⾮线性分析时⾃动更新阻尼矩阵。

2.弹塑性动⼒时程分析结果的分析
2.1层间位移⾓
图2-1 地震波作⽤X主向塔1层间位移⾓
图2-2 地震波作⽤Y主向塔1层间位移⾓
图2-3 地震波作⽤X主向塔2层间位移⾓
图2-4 地震波作⽤Y主向塔2层间位移⾓2.2楼层剪⼒
图2-5 地震波作⽤X主向塔1楼层剪⼒
图2-6 地震波作⽤X主向塔2楼层剪⼒
图2-7 地震波作⽤Y主向塔1楼层剪⼒
图2-8 地震波作⽤Y主向塔2楼层剪⼒
2.3 数值结果汇总
表2-1 层间位移⾓汇总结果
表2-2
基底剪⼒汇总结果
2.4 图形结果汇总
图2-9 地震波作⽤X 主向塔1 X 向典型⼀榀结构框架塑性铰状态（侧⾯与连体桁架相连的⼀榀）
图2-10 地震波作⽤X 主向塔1 X 向典型⼀榀结构框架塑性铰状态（侧⾯与连体桁架相连的⼀榀）
从图2-9，2-10可见在地震波X 主向作⽤下，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2-11 地震波作⽤Y主向整塔Y向典型⼀榀结构框架塑性铰状态（双塔与主桁架相连的⼀榀）
从图2-11可见在地震波Y主向作⽤下，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；主桁架上下弦钢梁受弯不屈服。

图2-12 地震波作⽤X主向(考虑了竖向地震作⽤) 连体桁架部分塑性铰延性系数图2-13 地震波作⽤Y主向(考虑了竖向地震作⽤) 连体桁架部分塑性铰延性系数从图2-12，2-13可见，连体桁架杆件的轴向塑性铰延性系数D/D1(即塑性铰实际变形与屈服变形的⽐值)，均⼩于1，可见桁架部分不屈服。

图2-x 地震波作⽤X主向(考虑了竖向地震作⽤) 连体次桁架部分塑性铰延性系数图2-y 地震波作⽤Y主向(考虑了竖向地震作⽤) 连体桁架部分塑性铰延性系数从图2-
x，2-y可见，连体次桁架杆件，吊杆的轴向塑性铰延性系数D/D1较⼩，均⼩于0.5，可见次桁架及吊杆不屈服。

地震作⽤X主向，Y主向（考虑了竖向地震作⽤）连体桁架最⼤轴向延性系数D/D1分别等于0.96和0.93（等同于杆件轴向应⼒/屈服强度）<1,即不屈服。

地震作⽤X主向，Y主向（考虑了竖向地震作⽤）连体桁架最⼤弯曲延性系数D/D1分别等于0.67和0.61（等同于杆件弯曲应⼒/屈服强度）<1,即不屈服。

图2-14 地震波作⽤X主向剪⼒墙剪切应变等级图2-15 地震波作⽤X主向塔2右侧剪⼒墙筒体剪切应变等级
图2-16 地震波作⽤Y主向剪⼒墙剪切应变等级图2-17 地震波作⽤Y主向塔2右侧剪⼒墙筒体剪切应变等级
从图2-14,2-16可见剪⼒墙筒体剪切应变等级绝⼤部分⼩于3级（即最⼤剪切应变γ<γ0）, γ0如前所述为屈服剪应变。

从图2-15,2-17可见，在塔2⼀端的剪⼒墙筒体剪切应变等级局部超过5级，即达到极限剪切变形，此部分应采取额外的加强措施如加⼤两端型钢柱内的型钢截⾯，增⼤⽔平钢筋配筋率，或采⽤组合钢板剪⼒墙等构造措施。

图2-18 地震波作⽤X主向剪⼒墙混凝⼟轴向应变等级图2-19 地震波作⽤Y主向剪⼒墙混凝⼟轴向应变等级
图2-20 地震波作⽤X主向钢筋轴向应变等级图2-21 地震波作⽤Y主向钢筋轴向应变等级
从图2-18,2-19可见剪⼒墙筒体混凝⼟轴向应变等级均⼩于3级，如前所述即ε< εc，受压不屈服。

从图2-20.2-21可见剪⼒墙筒体竖向钢筋应变等级绝⼤部分⼩于2级，即如前所述ε<ε0,极少数墙体竖向钢筋应变等级⼤于2级，受拉屈服。

3.结构弹塑性发展历程及抗震性能总结
1、输⼊各⼯况罕遇地震波进⾏⾮线性时程分析后可知，绝⼤部分主要抗侧⼒构件没有发⽣严重破坏，多数连梁屈服耗能，部分框架梁参与了塑性耗能，连体桁架不屈服，整体结构层间位移⾓满⾜规范最低要求且有余量。

2、整体结构在罕遇地震波输⼊过程中，其弹塑性发展历程可以描述为：在罕遇地震下结构连梁最先出现塑性铰，随着地震波加速度的增⼤，连梁塑性变形逐步累积耗能；⽽后结构部分框架梁进⼊塑性阶段参与结构整体耗能，但框架梁整体塑性变形有限；结构框架柱部分开裂均未进⼊屈服状态；地震输⼊结束时绝⼤部分剪⼒墙未进⼊屈服状态，只有少数剪⼒墙应变过⼤，需额外采取构造措施加强。

3、结构框架部分在罕遇地震作⽤下，部分框架梁的塑性变形超过开裂⽔准，少数超过屈服强度⽔准；少数框架柱塑性变形超过开裂⽔准，均未进⼊屈服状态，结构框架作为第⼆道设防体系具有⾜够的富余。

4、罕遇地震作⽤下，绝⼤部分剪⼒墙筒体满⾜抗剪不屈服的要求，只有少数剪⼒墙应变过⼤，需额外采取构造措施加强，混凝⼟受压和钢筋拉压基本处于弹性阶段；
5、整体来看，结构在罕遇地震输⼊下的弹塑性反应及破坏机制，符合结构抗震⼯程的概念设计要求，能达到预期的抗震性能⽬标。

1、定义“静⼒弹塑性分析控制”：定义推倒次数（荷载增幅次数），迭代步骤数，收敛条件。

2、定义“Pushover荷载⼯况”：定义推倒控制条件，初始荷载，⽔平加载模式等。

3、定义铰特性值：定义弯矩铰、剪⼒铰、轴⼒铰、压弯铰及⽤户定义铰特性。

4、分配铰特性值：将定义好的铰分配给梁、柱、墙及⽀撑等。

5、运⾏静⼒弹塑性分析
6、查看”Pushover分析曲线“：定义需求谱、查找性能控制点及计算达到性能控制点状态时的步骤等
7、Pushover分析图形：查看层剪⼒图形及构件剪⼒图形等
8、查看层位移在主菜单》结果》分析结果表格》层》层间位移等：查看各次加载时的层间位移。