静力弹塑性性分析

铰位置
单元中心 单元中心 单元中心 单元中心
Ｍy, Ｍz
（弯矩）
Copyright ⓒ2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.
定义铰特性值—M铰（FEMA）
1 3 4 5 1 2 3
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 选择受拉和受压区段特性是否相同 输入M/MY、D/DY 输入屈服强度 用户输入屈服变形(新
Displacement
Cs接近0.0时，将自动终止分析
Copyright ⓒ2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.
Pushover荷载工况
当前刚度比
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
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
6
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
选择屈服面特性的计算方法 定义刚度折减系数
2
3 4 6
5
7
5
7
ＰＭＭ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。
Copyright ⓒ2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.
步骤同“钢筋混凝土结构抗震分析及设计”
Copyright ⓒ2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.
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?
Copyright ⓒ2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.
荷载
将最终(n+1)步骤的增分量作为后 面的增分荷载 等差级数对应的 增分荷载 预测的坍塌荷载 Qud*X 分析获得的 最终荷载(坍塌荷载) Qu
弹性极限
位移
基于荷载增分法的Pushover分析
Copyright ⓒ2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.
Pushover主控数据
定义初始荷载
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
定义收敛条件
适用于所有PUSHOVER荷载工况
设置刚度折减率默认值
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。
自动计算具有分布型铰特性的梁单 元的屈服强度时，需要参考特梁单元某 个位置的特性(如配筋) → I端、J端、 中心
弯矩-曲率(M-Φ )本构单元： 集中型、分布型
内力成分
Fx（轴力） Fy, Fz（剪力） Ｍｘ （扭矩）
铰特性 轴力-应变 剪力-剪切应变 弯矩-曲率
初始刚度
EA G Ａs GJ
铰位置 积分点位置 积分点位置 积分点位置
Ｍy, Ｍz
（弯矩）
弯矩-曲率
EＩ
积分点位置
桁架单元（轴力)
内力成分
Fx（轴力）
加载方式
FEMA-273推荐三种形式: 1)均匀分布:各节点侧向力可取所在节点质量； 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程序提供了自定义分布、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
铰特性
轴力-位移（相对位移）
初始刚度
EA/L
铰位置
单元中心
一般连接单元
内力成分
Fx（轴力） Fy, Fz（剪力） Ｍｘ （扭矩）
铰特性
轴力-变形（相对位移） 剪力-变形（相对位移） 弯矩-旋转角 弯矩-旋转铰
初始刚度
用户输入（EA/L） 用户输入（Gas/Ｌ） 用户输入（GJ/L） 用户输入（EI/L）
Load
100.00
80.00
0.42 0.56 0.70
0.28 0.51
C S =0.00
荷载增量很难获 得稳定解
60.00
0.79 0.84 0.88
CS
40.00
0.92 0.94
20.00
0.0 Cs 1.0
可以获得稳定 解的区段
0.97 0.98
C S =1.00
10.00 20.00 30.00 40.00
2
4 5
6 7 8 9
8 6 7 9
Copyright ⓒ2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.
定义铰特性值—PMM 铰（FEMA）
1
2 1 3 4
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)
Copyright ⓒ2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.
定义铰特性值
MIDAS/CIVIL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
Copyright ⓒ2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.
静力弹塑性分析的基本原理
2000-2007MIDAS Copyright ⓒ2000-2003 MIDAS Information Information Technology Technology Co., Co., Ltd. Ltd.
静力弹塑性分析（Pushover分析）
Pushover分析是考虑构件的材料非线性特点，分析构件进入弹塑性状态直至到达极限 状态时结构响应的方法。
定义铰特性值
弯矩-旋转角(M-θ )本构单元
内力成分
Fx（轴力） Fy, Fz（剪力） Ｍｘ （扭矩） Ｍy, Ｍz （弯矩）
铰特性 轴力-位移（相对位移） 剪力-剪切应变 弯矩-旋转角 弯矩-旋转铰
初始刚度
EA/L GAs GJ/L 6EI/L,3EＩ/L,2EＩ/L
铰位置 单元中心 单元中心 单元两端 单元两端
Sa
Amax
Capacity Spectrum
Dmax
Copyright ⓒ2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.
Sd
静力弹塑性分析（Pushover分析）
分析目的
经Pushover分析后,得到性能点,根据性能点时的变形,对以下三个方面进行 评价: 1)顶点侧移 是否满足抗震规范规定的弹塑性顶点位移限值 2)构件的局部变形 是指梁、柱等构件塑性铰的变形,检验它是否超过桥梁 某一性能水准下的允许变形
Pushover荷载工况
基于目标位移的位移控制法
MIDAS/CIVIL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%。这些数值一般与结构 的破坏情况相关。
Sa
Sa
transform
Tn
Tn,1
Tn2 Sd 2 Sa 4
Tn,2
Response Spectrum
Demand Spectrum
Sd
5% Elastic Spectrum Performance Point Demand Spectrum
通过比较两个谱曲线，评价结构在弹塑 性状态下的最大需求内力和变形能力， 通过与目标性能的比较，决定结构的性 能水平(performance level)。
Sd SDOF System
Copyright ⓒ2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.
静力弹塑性分析（Pushover分析）
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 (capacity spectrum)，地震作用的响应谱转换为用ADRS(Acceleration-Displacement Response Spectrum)方式表现的需求谱(demand spectrum)。
Pushover荷载工况
MIDAS/CIVIL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/CIVIL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，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。
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。
Copyright ⓒ2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.
静力弹塑性分析（Pushover分析）
変位増分
CIVIL V741(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。 1 Column 刚度折减率 ：0.0→理想弹塑性
Copyright ⓒ2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.
Pushover荷载工况
Copyright ⓒ2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.
Pushover荷载工况
输入步骤数
输入大于1的整数（nstep>=1) • 推荐最小输入20(默认值： 20)
选择是否考虑初始荷载
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。
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(ω 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。
Copyright ⓒ2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.
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
Copyright ⓒ2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.
Pushover荷载工况
终止分析条件
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
操作步骤
---静力分析后进行配筋设计，并更新配筋 ---定义静力弹塑性分析主控数据 ---定义静力弹塑性分析工况 ---定义铰特性值，并分配铰 ---计算并查看静力弹塑性分析结果
Copyright ⓒ2000-2007MIDAS Information Technology Co., Ltd.
建模及进行静力分析
Pushover分析是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(capacity curve)。
roof
F
Capacity Curve
Capacity Spectrum
Vbase
Pushover Analysis
Sa
transform
Vbase
roof
MDOF System
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(Perfor mance-Based Seismic Design, 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(target perform ance)，并使结构设计能满足该目标性能的方法。