MIDAS动力弹塑性

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第三代结构设计解决方案
静/动力弹塑性
查看分析结果-弹塑性层间位移角 是否满足抗规中规定的弹塑性层间位移角限值要求；
(《抗规》表5.5.5 弹塑性层间位移角限值) 结构类型 单层钢筋混凝土柱排架 【θp】 1/30
钢筋混凝土框架
地步框架砌体房屋中的框架-抗震墙 钢筋混凝土框架-抗震墙、板柱-抗震墙、框架-核心筒 钢筋混凝土抗震墙、筒中筒 多、高层钢结构
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第三代结构设计解决方案
静力弹塑性
墙纤维- 钢筋本构模型
fy: 钢筋强度设计值； E1: 钢筋屈服前刚度； 弹性模量值-混规表4.2.5 E2: 钢筋屈服后刚度； α= E2/E1: --0.01,接近于理想弹塑性；
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静力弹塑性
钢筋混凝土框架
地步框架砌体房屋中的框架-抗震墙 钢筋混凝土框架-抗震墙、板柱-抗震墙、框架-核心筒 钢筋混凝土抗震墙、筒中筒 多、高层钢结构
1/50
1/100 1/100 1/120 1/50
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静/动力弹塑性
查看分析结果-基底剪力； 与反应谱法得到的基底剪力在合理比例范围之内；(3~5倍)
弯矩图
不考虑P-Delta效 果的情况 考虑P-Delta效果 的情况
变形前
变形后
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静力弹塑性
加载模式
（1）振型：
做特征值分析，提取基本模态； （2）等加速度： 惯性力，取决于各层质量； （3）静力荷载工况：
利用已定义的荷载工况；
（4）层剪力：
墙的顶部和底部 高
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静力弹塑性
性能点 能力谱
需求谱
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静力弹塑性
性能点 需求谱与能力谱的交点。
反映了结构在相应地震作用下的最大塑性变形能力。 寻找性能点的出发点： 性能点处，有效阻尼值相等；
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静力弹塑性
初始荷载

定义结构的初始内力状态；
复杂结构应进行施工模拟分析，应 以施工全过程完成后的内力为初始 状态；（高规审批稿3.11.4）

一般：DL+0.5LL； FEMA: DL+0.25LL； 对于柱铰（P-M-M相关） 初始荷载引起的轴力会影响 构件的塑性铰特性值； 初始荷载最好分步施加 （5~10步）；
静力弹塑性
塑性铰特性 单轴铰与多轴铰； 铰成分：

梁：My, Mz; 柱：P-M-M相关；
支撑：轴力
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静力弹塑性

弹塑性本构曲线
力 屈服点 B 初始破坏 K0：Ini.Stiff. D A 变形 残余抵抗 E
应变 强化
屈服强度
C
FEMA
本构关系 双折线 三折线 屈服点 P1 P1 P2
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动力弹塑性
如何选波？
1. 初步判断：频谱特性（特征周期）；
Tg=2π EPV/EPA; (地震波) EPV：有效峰值加速度；
EPA：有效峰值速度；
与规范比较，误差控制在20%以内。
设计地 震分组
第一组 第二组 场地类别 I0 0.25 0.30 I1 0.30 0.35 Ⅱ 0.40 0.45 Ⅲ 0.50 0.60 Ⅳ 0.70 0.80
振型
等加速度
静力荷载
原则：反映实际的地震力分布（优选层剪力）
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静力弹塑性
分析终止条件 达到极限层间位移角； 达到最大位移；
• 某个节点的最大位移
• 整个结构的最大位移
当前刚度与初始刚度的比值
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第三组
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0.35
0.40
0.50
0.70
0.95
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动力弹塑性
如何选波？
1. 初步判断：有效峰值加速度
计算所选地震波的有效峰值加速度EPA；
地震能量较大区域处的加速度平均值；
按照规范规定进行调幅；
罕遇 地震 加速度 最大值 6度 0.05g 125 0.10g 220 7度 0.15g 310 0.20g 400 8度 0.30g 510 9度 0.40g 620
0.90
1.40
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静/动力弹塑性
查看分析结果-塑性铰分布； FEMA: B（屈服）、IO 、 LS 、 CP 、
C 、 D 、 E（完全破坏）
双折线；1-yield； 三折线： 1-yield、2-yield； 纤维：应变等级1、2、3、4、5 反映混凝土/钢筋/墙单元受力状态； 数值为当前应变与屈服应变之比； 反映单元破坏的程度
地震影响系数最大值 设防 6 7 7 8 8 9 烈度 （0.05g） （0.10g） （0.15g） （0.20g） （0.30g） （0.40g） 小震 0.04 0.08 0.12 0.16 0.24 0.32
中震
大震
0.12
0.28
0.23
0.50
0.34
0.72
0.45
0.90
0.68
1.20
墙纤维- 剪切模型
-- 理想弹塑性模型
τ1: 屈服剪应力；
G: 剪切模量；G=0.4E
γ1: 屈服剪应变；
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静力弹塑性
墙纤维- 剪切模型
Building中剪切破坏判断标准： 基于抗剪极限承载力的名义屈服应变方法 使用材料强度标准值计算剪力墙构件的极限抗剪承载力 使用V/(bh0)计算名义屈服剪应力 名义屈服剪应变=名义屈服剪应力/剪切模量 使用Building方法计算的屈服剪应变一般在1/10000~3/10000之间。 可以由用户手动输入。（屈服剪应力=0.0004xG）
2500
2000
1500 FEMA bilinear trilinear 500
1000
0 0 0.01 0.02 0.03
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静力弹塑性
配筋结果 从绘图师导入实配钢筋结果； 计算配筋x超配系数； 可按构件指定超配系数
说明：
A. Pushover分析之前一定
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静力弹塑性
墙纤维- 墙铰
墙铰 （Gen）
墙纤维 （Building）
内力（弯矩，剪力） 判断内容
应力/应变 单元（划分网格后） 钢筋（屈服） 混凝土（压碎） 剪力墙（剪切破坏） 每个单元 低
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整个构件
判断位置 计算效率
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静力弹塑性
考虑几何非线性


高规审批稿 5.5.1 高层建筑混凝土结构进行弹塑性计 算分析时，应考虑几何非线性影响； 几何非线性- P-∆效应 （重力二阶效应） 在横向荷载引起的内力和变形基 础上，竖向荷载引起的附加内力和 变形；
•
My = Vy - Px
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动力弹塑性
如何选波？
1. 初步判断：持续时间
从首次达到该时程曲线最大峰值的10%那一点算起到最后一点 达到最大峰值的10%为止。

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有效持续时间一般为结构基本周期的5~10倍。
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动力弹塑性
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静、动力弹塑性比较
比较内容 施加荷载
静力弹塑性 等效静力荷载 单向递增
动力弹塑性 地震波 往复加载 多向（双向/三向） 滞回模型
加载方式
单方向 材料特性 双折线，三折线， FEMA
静力弹塑性还是动力弹塑性？ 新高规报批稿3.11.4条规定： 1. 高度< =150m时，可采用静力弹塑性分析方法； 2. 高度>200m 时，应采用弹塑性时程分析法； 3. 高度在150～200m 时，可视结构不规则程度选择静力或时程分析法。 4. 高度超过>300m 的结构，应由两个独立的计算进行校核；
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静力弹塑性
墙纤维- 混凝土本构模型（混规 附录C.2.4）
fc*: 混凝土单轴抗压强度代表值； εc: 混凝土峰值压应变； εu: 曲线下降段，混凝土峰值压应变为 0.5 fc*时的混凝土压应变； 不考虑混凝土的抗拉能力
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查看分析结果-弹塑性层间位移角 是否满足抗规中规定的弹塑性层间位移角限值要求；
(《抗规》表5.5.5 弹塑性层间位移角限值) 结构类型 单层钢筋混凝土柱排架 【θp】 1/30
要进行分析和设计； B. 推荐采用实配钢筋结果；
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静力弹塑性
墙纤维 单元屈服的判断标准：
x-屈服评估用残留系数；
M-纤维数量； m-达到屈服的纤维数量； N-高斯积分点数量，墙单元为4 个； n-达到屈服的高斯积分点数量； 轴向与弯曲：m ≥ (1-x)*M; 剪切：n ≥ (1-x)*N;
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用结构大师 做弹塑性分析
新 技 术 • 新 流 程 • 新 概 念
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为什么要做弹塑性分析



了解结构抵抗大震（中震）的能力； 抗震设防目标：小震不坏，中震可修，大震不倒； 规则结构：通过概念设计和抗震构造措施来保证； 不规则结构：存在薄弱部位，局部破坏->结构倒塌； 了解结构的薄弱层或薄弱位置； 判断结构是否满足“强柱弱梁，强剪弱弯”
双折线
钢筋混凝土/ 型钢混凝土 极限弯矩Mcr 开裂弯矩Mcr 极限弯矩Mu
三折线
钢结构/ 钢管混凝土 极限弯矩My 屈服弯矩My 极限弯矩Mu
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静力弹塑性

弹塑性本构曲线
三种铰对比(弯矩铰)
•
梁截面：400*800； E：3*107 ; I=0.0170667m4; L=4.2m;
如何选波？
2. 二次判断-地震影响系数 与设计反应谱数据在统计意义上相符。
（主要振型周期点上相差不超过20%）
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动力弹塑性
滞回模型
简化模型 标准双折线 标准三折线 随动硬化三折线 指向原点三折线 指向极值点三折线 指向原点极值点三 折线 钢材/桥梁上部结构 退化模型 克拉夫双折线 刚度退化三折线 武田三折线 武田四折线 修正武田三折线 修正武田四折线 RC构件 桥梁上部结构 非线性弹性模型 弹性双折线 弹性三折线 弹性四折线 滑移模型 滑移双折线 滑移双折线只受拉 滑移双折线只受压 滑移三折线 滑移三折线只受拉 滑移三折线只受压 钢材/橡胶支座