静力弹塑性和动力弹塑性几个热点问题
结构静力弹塑性分析方法的研究和改进
结构静力弹塑性分析方法的研究和改进一、本文概述随着建筑行业的不断发展，对建筑结构的安全性和稳定性的要求也越来越高。
结构静力弹塑性分析方法作为一种重要的结构分析方法，能够更准确地模拟结构在静力作用下的弹塑性行为，因此在工程实践中得到了广泛应用。
然而，现有的结构静力弹塑性分析方法仍存在一些问题和不足，如计算精度不高、计算效率低等，这些问题限制了其在大型复杂结构分析中的应用。
因此，本文旨在深入研究结构静力弹塑性分析方法，探索其改进策略，以提高计算精度和效率，为工程实践提供更为准确和高效的结构分析方法。
本文首先介绍了结构静力弹塑性分析方法的基本原理和计算流程，分析了现有方法的不足和局限性。
在此基础上，本文提出了一种改进的结构静力弹塑性分析方法，通过引入新的算法和优化计算流程，提高了计算精度和效率。
本文还通过实际工程案例的对比分析，验证了改进方法的可行性和有效性。
本文的研究不仅有助于推动结构静力弹塑性分析方法的发展，提高其在工程实践中的应用水平，同时也为相关领域的研究提供了有益的参考和借鉴。
二、结构静力弹塑性分析方法的理论基础结构静力弹塑性分析方法（Pushover Analysis）是一种在结构工程领域广泛应用的非线性静力分析方法，旨在评估结构在地震等极端荷载作用下的性能。
该方法基于结构在地震作用下的弹塑性反应特点，通过模拟结构的静力加载过程，分析结构的弹塑性变形、内力分布和破坏机制，为结构抗震设计和性能评估提供重要依据。
静力弹塑性分析方法的理论基础主要建立在塑性力学、结构力学和地震工程学等多个学科领域。
其中，塑性力学提供了描述材料在弹塑性阶段的应力-应变关系的本构模型，包括理想弹塑性模型、随动硬化模型等多种模型，这些模型能够反映材料在受力过程中的非线性行为和塑性变形累积。
结构力学则为静力弹塑性分析提供了结构整体和局部的力学分析方法，包括静力平衡方程、变形协调条件等，这些方程和条件构成了静力弹塑性分析的数学模型。
静力弹塑性分析(Pushover分析)两种方法剖析
静力弹塑性分析(Pushover 分析)■ 简介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。
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(Performance-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 performance)，并使结构设计能满足该目标性能的方法。
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X 要求，然后再通过pushover 分析评价结构在大震作用下是否能满足预先设定的目标性能。
计算等效地震静力荷载一般采用如图2.24所示的方法。
该方法是通过反应修正系数(R)将设计荷载降低并使结构能承受该荷载的方法。
在这里使用反应修正系数的原因是为了考虑结构进入弹塑性阶段时吸收地震能量的能力，即考虑结构具有的延性使结构超过弹性极限后还可以承受较大的塑性变形，所以设计时的地震作用就可以比对应的弹性结构折减很多，设计将会更经济。
目前我国的抗震规X 中的反应谱分析方法中的小震影响系数曲线就是反应了这种设计思想。
这样的设计方法可以说是基于荷载的设计(force-based design)方法。
一般来说结构刚度越大采用的修正系数R 越大，一般在1~10之间。
但是这种基于荷载与抗力的比较进行的设计无法预测结构实际的地震响应，也无法从各构件的抗力推测出整体结构的耐震能力，设计人员在设计完成后对结构的耐震性能的把握也是模糊的。
基于性能的耐震设计中可由开发商或设计人员预先设定目标性能，即在预想的地震作用下事先设定结构的破坏程度或者耗能能力，并使结构设计满足该性能目标。
结构的耗能能力与结构的变形能力相关，所以要预测到结构的变形发展情况。
所以基于性能的耐震设计经常通过评价结构的变形来实现，所以也可称为基于位移的设计(displacement-based design)。
静力与动力弹塑性分析在超限高层建筑结构抗震设计应用的研究
静力与动力弹塑性分析在超限高层建筑结构抗震设计应用的研究作者：朱晖来源：《城市建设理论研究》2014年第03期【摘要】：近些年来，我国经济得到了较为快速的发展，对于超限高层建筑的发展起到了较大的促进作用。
怎样才能做到对高层建筑的抗震性进行保证，这将是我们在超限高层建筑实施过程中需要注意的问题。
本文使用静态与动态弹塑性的方法来对高层办公楼的抗震设计进行分析与研究。
并将这种研究方法在对超限高层建筑结构抗震设计的分析过程中进行总结。
【关键词】：静力弹塑性分析；动力弹塑性分析；超限高层建筑结构；抗震设计中图分类号：TU97 文献标识码：A【前言】近些年来，社会经济实力的上升，促使我国高层建筑的规模得到了较大幅度的提升，使得房屋的数量不断的增加，不少较为复杂的结构及形体得以出现。
对于这些高层建筑结构来说，其中有一部分都超出了抗震设计的规范范围及相关的抗震设计的规定之外。
怎样能够对这些建筑在地震中产生的可靠性进行分析与评估，受到研究者们的关注。
静力弹塑性分析方法能够有效的来对结构弹塑性下的强度、变形需求及探测结构的设计进行分析。
特别是在对一些不规则结构进行分析时，其可以弥除弹性分析过程中不能做到的一些环节，动力弹塑性分析方法能够有效的来对结构的屈服机制及相关的薄弱环节进行判断，这是结构弹塑性分析过程中一种最为有效的方法。
一、工程概况的反应1、对外框筒具有情况的分析外框筒在工程实施的过程中是依据建筑的外形来进行设置进行。
在本座大楼中，其存在的四个面均是呈现出外凸弧形，四个角的局部具有凹进部分。
其存在的外框筒的基本柱的距离为5.5m左右，这是为了底部出入口大门净空的设置。
并且因为大柱距处于外框筒的中部，进行对外框筒造成的影响比较小，为了对结构的延性做到提高，就需要对构建的截面进行减小，在大楼的14层之下的距离使用型钢混凝土柱来进行实施。
2、对内筒具有情况的分析在研究的大楼中，其主塔楼的内筒是经过四个相关的小筒来进行联系在一起的。
浅谈静力弹塑性分析(Pushover)的理解与应用
浅谈静力弹塑性分析（Pushover ）的理解与应用摘要：本文首先介绍采用静力弹塑性分析（Pushover ）的主要理论基础和分析方法，以Midas/Gen 程序为例，采用计算实例进行具体说明弹塑性分析的步骤和过程，表明Pushover 是罕遇地震作用下结构分析的有效方法。
关键词：静力弹塑性 Pushover Midas/Gen 能力谱 需求谱 性能点一、基本理论静力弹塑性分析方法，也称Pushover 分析法，是基于性能评估现有结构和设计新结构的一种静力分析方法，在一定精度范围内对结构在罕遇地震作用下进行弹塑性变形分析。
简要地说，在结构计算模型上施加按某种规则分布的水平侧向力或侧向位移，单调加荷载（或位移）并逐级加大；一旦有构件开裂（或屈服）即修改其刚度（或使其退出工作），进而修改结构总刚度矩阵，进行下一步计算，依次循环直到控制点达到目标位移或建筑物倾覆为止，得到结构能力曲线，之后对照确定条件下的需求谱，并判断是否出现性能点，从而评价结构是否能满足目标性能要求。
Pushover 分析的基本要素是能力谱曲线和需求谱曲线，将两条曲线放在同一张图上，得出交会点的位移值，同位移容许值比较，检验是否满足特定地震作用下的弹塑性变形要求。
能力谱曲线由能力曲线（基底剪力-顶点位移曲线）转化而来（图1）。
与地震作用相应的结构基底剪力与结构加速度为正相关关系，顶点位移与谱位移为正相关关系，两种曲线形状一致。
其对应关系为：1/αG V S a =roofroof d X S ,11γ∆=，图1 基底剪力-顶点位移曲线转换为能力谱曲线其中1α、1γ、roof X ,1分别为第一阵型的质量系数，参与系数、顶点位移。
该曲线与主要建筑材料的本构关系曲线具有相似性，其实其物理意义亦有对应，在初始阶段作用力与变形为线性关系，随着作用力的增大，逐渐进入弹塑性阶段，变形显著增长，不论对于构件，还是结构整体，都是这个规律。
需求谱曲线由标准的加速度响应谱曲线转化而来。
Midas Gen常见问题解答
C、菜单：模型》结构建模助手，快速建立框架，桁架，楼板开洞以
及各种空间结构； D、打开点网格，建立点——构件——结构。
建模问题
2、如何实现两个模型的合并？合并后的荷载会不会丢失？ A、可以合并 ，执行“文件——数据合并”即可 B、保留原来模型 荷载的操作方法详见2012年结构帮第四期
建模问题
3、想在程序中通过修改数据库中的材料特性值来定义一种材料，能 否实现？ A、先选择一个规范，再选择C30，然后将规范改为“无”，就可以 对C30混凝土的参数进行修改，而不用用户自己输入材料的每一 个特性值参数。
15、在建立层数据时如何使中间层节点不形成层数据？ 程序默认根据竖向节点的坐标生成各层及名称，
对于层概念不明显的空间结构，你可以
将不真实的层(层间节点生成的) 通过菜单：模型》建筑物数据》定义层 数据》，将不需要的节点所在的层移到 左面去除，然后再形成层数据即可。
建模问题
16、在定义层数据时，输入的地面标高是起什么作用的？
C 、工 具》一般截面设计 画出真实截面形状，考虑截面的配筋，并联动到程序。
建模问题
5、中边梁刚度放大、连梁刚度折减等如何设定？ 菜单“模型》材料和截面特性》截面特性值系数” 设定梁刚度放大或折减系数，需对这类梁单元独立定义一个截面号， 然后设置Iyy、Ixx等放大或折减系数，因为目前这项功能是针对截 面属性的，不是针对单元或构件的。
导入问题
D、菜单 模型》检查结构数据》检查并删除重复输入的单元； E、 菜单模型》节点》合并/删除：合并节点并删除可能存在的自由 节点； F、导入到midas Gen后，线条默认为梁单元，面默认为板单元， 如果为其他单元类型，可重新编辑。
MIDAS/Gen常见问题解答
抗震设计中的常见问题
二、弹性分析
计算模型准确:板计算单元有刚板、 1. 计算模型准确:板计算单元有刚板、膜单元和板壳 单元， 单元，板的刚度在有些结构中影响地震计算的准 确性 1）按实际模型计算，小心采用无限刚假定 ，膜单元 在如下结构中应广泛应用。 无板结构 存在的问题：在建模时应让 存在的问题： 弱连接结构 设计人员了解楼板和周边构 开大洞结构 件的关系， 件的关系，若计算时关系不 狭长结构 对则计算有问题。 对则计算有问题。 连体结构 错层结构 有缝结构 多塔结构 斜柱斜梁结构
6.刚度比计算 刚度比计算
1）剪弯刚度K=F/∆与抗规的K=V/∆计算的刚度比 有较大差别，不同的规范条文采用不同的刚度比计 算方法； 2）转换层刚度比应采用剪弯刚度，采用弹簧串联 用层刚度求有较大差别（1/k=1/k1+1/k2） ； 3）竖向不规则判定采用抗规的方法 ；
7.指定有侧约束的地下室 7.指定有侧约束的地下室 四川地震灾害表明，有效控制首层构件损伤程度对“大震不 倒”起关键作用 。 1）基础回填土对结构的约束作用 ； 2）结构主体高度扣除了带侧约束地下室部分和小 塔楼部分 ； 3）内力调整时带侧约束地下室的上一层为底层 ； 4）剪力墙底部加强区判定时，带侧约束地下室的 上一层为首层； 5）带侧约束地下室柱长度系数自动计算为1.0。
3.多方向地震计算 3.多方向地震计算
其它计算只算了地震内力，没有如下考虑， 存在重大的安全隐患
1）多方向的刚度比、承载力比、剪重比、倾覆弯矩、框架 剪力调整、重力二阶效应及结构稳定。 2）多方向的偶然偏心和双向地震 。 大底盘3塔楼结构的地震方向:0,90,65,155,111,21。考虑偶然偏心和 双向地震时总地震工况数：6*4*2=48个。 （1）6个方向规范验算； （2）分段框剪调整；有专家提议提高2.0限值，加强二道防线；去掉 斜拄对框剪调整的影响(GSSAP已去掉)。
高层建筑结构抗震弹塑性分析方法及抗震性能评估的研究
高层建筑结构抗震弹塑性分析方法及抗震性能评估的研究一、本文概述本文旨在探讨高层建筑结构在地震作用下的弹塑性分析方法及其抗震性能评估。
地震是自然界中常见的灾害性事件，对人类社会和建筑结构产生深远影响。
高层建筑由于其特殊的结构特点和高度，使其在地震中更容易受到破坏。
因此，研究高层建筑结构的抗震性能，特别是在弹塑性阶段的分析和评估，对于提高建筑结构的抗震能力，减少地震灾害损失具有重要意义。
本文将首先介绍高层建筑结构抗震弹塑性分析的基本理论和方法，包括弹塑性力学基础、结构分析模型、地震动输入等。
在此基础上，探讨高层建筑结构在地震作用下的弹塑性响应特点，包括结构变形、内力分布、能量耗散等。
然后，本文将重点介绍高层建筑结构抗震性能评估的方法和技术，包括静力弹塑性分析、动力弹塑性分析、易损性分析等。
这些方法和技术可以用于评估高层建筑结构在地震中的安全性能和抗震能力。
本文还将对高层建筑结构抗震弹塑性分析方法和抗震性能评估的应用进行案例研究。
通过实际工程案例的分析，探讨不同分析方法和技术在实际工程中的应用效果，为高层建筑结构的抗震设计和评估提供参考和借鉴。
本文将对高层建筑结构抗震弹塑性分析方法和抗震性能评估的未来发展趋势进行展望，提出相关的研究建议和展望。
通过本文的研究，可以为高层建筑结构的抗震设计和评估提供更为科学、合理的方法和技术支持，有助于提高高层建筑结构的抗震能力，减少地震灾害损失。
二、高层建筑结构抗震弹塑性分析方法的研究高层建筑结构的抗震弹塑性分析是评估建筑在地震作用下的响应和性能的重要手段。
随着建筑高度的增加，结构的柔性和非线性特性愈发显著，因此，采用弹塑性分析方法可以更准确地模拟结构在地震中的实际行为。
材料本构关系的研究：高层建筑的抗震性能与其组成材料的力学特性密切相关。
研究材料在循环加载下的应力-应变关系、滞回特性以及损伤演化规律，是弹塑性分析的基础。
通过试验和数值模拟，可以建立更精确的材料本构模型，为结构分析提供数据支持。
高层建筑结构静力弹塑性分析的理论与应用研究
基本内容
摘要：
随着社会的快速发展和城市化进程的加速，高层建筑结构的设计与安全性显 得尤为重要。静力弹塑性分析方法作为一种评估结构在静力荷载作用下的弹塑性 响应的重要工具，在高层建筑结构设计中具有重要意义。本次演示阐述了静力弹 塑性分析的基本原理和流程，并通过实际工程案例，探讨了静力弹塑性分析在高 层建筑结构中的应用及其优越性。
为了帮助读者更好地理解和应用MIDASGEN进行高层建筑结构的静力弹塑性分 析，建议参考MIDASGEN用户手册和其他相关文献资料。这些资料将提供更详细的 信息和指导，帮助读者掌握MIDASGEN的分析功能和操作方法。
在实际工程实践中，还需要结合实际情况和专业知识进行具体决策。静力弹 塑性分析只是评估高层建筑结构安全性的一种手段，还需要综合考虑其他因素 （如结构设计、施工工艺、维护保养等）来确保建筑结构的长期稳定性和安全性。
在进行静力弹塑性分析时，需要考虑多种荷载工况，例如自重、风载、地震 作用等。通过在MIDASGEN中设置相应的荷载工况，可以模拟高层建筑结构在不同 荷载作用下的响应。同时，还需要根据建筑结构的特点，选择合适的分析方法和 计算参数，例如静力弹塑性分析方法、屈服准则等。
在MIDASGEN中，可以通过输出位移、应力、应变等结果，对高层建筑结构的 静力弹塑性进行分析。通过与其他方法（如有限元方法、实验方法等）的比较， 可以发现MIDASGEN在分析高层建筑结构的静力弹塑性方面具有较高的精度和可靠 性。
研究目的
本次演示的研究目的是对比研究高层建筑结构的静力与动力弹塑性抗震分析 方法，分析各自的优势和不足，并提出改进建议。通过对比两种方法的计算结果， 希望能够为高层建筑结构的抗震设计提供更为准确可靠的分析手段。
弹塑性分析.
能力谱方法
剪力(Vb) 和顶点位移(UN) 关系曲线－能力曲线
– 建立能力谱曲线：对结构进行Pushover 分析,得到结构的基底
能力谱法
roof
F
Capacity Curve
Capacity Spectrum
Vbase
Pushover Analysis
Sa
transform
Vbase
roof
MDOF System
Sd SDOF System
Pushover方法的基本原理
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方法的实施步骤
目标位移的求解
– 等效单自由度方法（N2方法）。将原结构等效为一弹塑性单自由度体 系，确定等效刚度、屈服荷载、屈服位移和等效自振周期。从已知的弹 性反应谱中按照等效周期可以得到结构的等效弹性位移。通过计算得到 将弹性反应谱转化为弹塑性反应谱的折减系数以及结构的延性系数，利 用等效弹性位移和反应谱折减系数以及结构延性系数就可以计算得出结
*
f y ,eq
Q* y M*
f0,eq Sa (Teq )
Sa (Teq )M *
f y ,eq Q* y 由强度折减系数谱与延性系数之间关系
R
f0,eq
T ( u 1 ) 1 Tc R u
T＜Tc T Tc
计算结构的弹塑性位移
能力谱法
静力弹塑性和动力弹塑性分析方法在结构抗震分析中的应用_张洪伟
金土木用户大会
一、静力弹塑性分析方法（Pushover）
金土木用户大会
Pushover分析在结构抗震分析中的应用
1、利用Pushover分析进行结构抗震性能评估 的基本思路。
2、框架、剪力墙的模拟。 3、模型的合理简化。 4、加载模式的选择及Pushover工况定义。 5、结果读取、性能评价。 6、需要关注的几个问题。
金土木用户大会结构性能评估根据pushover曲线和求得的性能点检查结构在性能点的基底剪力顶点位移并利用结构的最大层间位移角限值来评估结构在既定地震作用下的延性性能从而判断结构的抗震能力是否达到既定地震作用下的要求
金土木用户大会
静力弹塑性及动力弹塑性分析在结构 抗震分析中的应用
张洪伟
北京金土木软件技术有限公司
选择用于评估的地震水准
北京金土木软件技术有限公司
Beijing Civil King Software Technology Co., Ltd.
金土木用户大会
选择用于评估的性能水准
北京金土木软件技术有限公司
Beijing Civil King Software Technology Co., Ltd.
Beijing Civil King Software Technology Co., Ltd.
金土木用户大会
性能点
北京金土木软件技术有限公司
Beijing Civil King Software Technology Co., Ltd.
金土木用户大会
Ca、Cv参数确定
• Ca与Cv为UBC规范反应谱与中国规范反应谱转换参 数
静力弹塑性分析方法(Pushover方法)与动力弹塑性分析方法的优缺点比较
静力弹塑性分析方法（Pushover方法）与动力弹塑性分析方法的优缺点比较一、Pushover分析法1、Pushover分析法优点：（1）作为一种简化的非线性分析方法，Pushover方法能够从整体上把握结构的抗侧力性能，可以对结构关键机构及单元进行评估，找到结构的薄弱环节，从而为设计改进提供参考。
（2）非线性静力分析可以获得较为稳定的分析结果，减小分析结果的偶然性，同时花费较少的时间和劳力，较之时程分析方法有较强的实际应用价值。
2、Pushover分析法缺点：（1）它假定所有的多自由度体系均可简化为等效单自由度体系，这一理论假定没有十分严密的理论基础。
（2）对建筑物进行Pushover分析时首先要确定一个合理的目标位移和水平加载方式，其分析结果的精确度很大程度上依赖于这两者的选择。
（3）只能从整体上考察结构的性能，得到的结果较为粗糙。
且在过程中未考虑结构在反复加载过程中损伤的累积及刚度的变化。
不能完全真实反应结构在地震作用下性状。
二、弹塑性时程分析法1、时程分析法优点：（1）采用地震动加速度时程曲线作为输入，进行结构地震反应分析，从而全面考虑了强震三要素，也自然地考虑了地震动丰富的长周期分量对高层建筑的不利影响。
（2）采用结构弹塑性全过程恢复力特性曲线来表征结构的力学性质，从而比较确切地、具体地和细致地给出结构的弹塑性地震反应。
（3）能给出结构中各构件和杆件出现塑性铰的时刻和顺序，从而可以判明结构的屈服机制。
（4）对于非等强结构，能找出结构的薄弱环节，并能计算出柔弱楼层的塑性变形集中效应。
2、时程分析法缺点：（1）时程分析的最大缺点在于时程分析的结果与所选取的地震动输入有关，地震动时称所含频频成分对结构的模态n向应有选择放大作用，所以不同时称输入结果差异很大。
（2）时程分析法采用逐步积分的方法对动力方程进行直接积分，从而求得结构在地震过程中每一瞬时的位移、速度和加速度反应。
所以此法的计算工作十分繁重，必须借助于计算机才能完成。
静力弹塑性和动力弹塑性几个热点问题课件
静力弹塑性分析动力弹塑性分析静力与动力弹塑性的比较热点问题探讨未来发展方向
静力弹塑性分析
静力弹塑性分析是指在静力荷载作用下，材料发生的弹性和塑性变形分析。它考虑了材料的弹性和塑性行为，是结构分析和设计的重要基础。
静力弹塑性分析主要关注的是材料在受力过程中发生的变形和应力分布，以及材料的屈服和失效行为。
静力弹塑性的优点
能够更好地模拟材料在动态加载条件下的行为，适用于分析结构的动态响应和稳定性问题。缺点：相对于静力弹塑性，动力弹塑性的分析计算更为复杂，需要更多的计算资源和时间。
动力弹塑性的优点
根据分析问题的类型选择
01
如果需要分析结构在长期恒定外力作用下的稳定性问题，可以选择静力弹塑性进行模拟；如果需要分析结构在动态、瞬态外力作用下的响应和稳定性问题，可以选择动力弹塑性进行模拟。
静力弹塑性分析方法通常用于大型复杂结构的非线性分析，如地震工程、核工程和重型机械等领域。
有限元法
有限元法是一种常用的数值计算方法，通过将结构离散化为有限个小的单元，然后对每个单元进行力学分析，最后将所有单元的结果汇总得到整体结构的响应。在静力弹塑性分析中，有限元法可以模拟材料的弹性和塑性行为，以及结构的非线性变形。
根据材料的性质选择
02
对于一些具有明显时间依赖性的材料，如粘弹性材料，选择动力弹塑性进行模拟可能更为准确。而对于一些传统材料，如金属和混凝土等，静力弹塑性通常能够提供较为准确的结果。
根据计算资源和时间限制选择
03
如果计算资源和时间有限，选择静力弹塑性进行模拟可能更为合适，因为其计算相对简单。反之，如果计算资源和时间充足，选择动力弹塑性进行模拟能够获得更准确的模拟结果。
静力弹塑性分析与动力弹塑性分析的优缺点
静力弹塑性分析与动力弹塑性分析的优缺点一、静力弹塑性分析
（1）、优点：
1.计算方便快捷；
2.水平加载模式对分析结果影响显著；
3.分析结果稳定。
（2）、缺点：
1.存在大量自由度的简化假定；
2.不能完全反应结构的动力特性；
3.不能反应结构高阶振型的影响。
二、动力弹塑性分析
（1）、优点：
1.全面考虑结构的材料、几何属性；
2.能给出结构构件屈服的时刻和顺序，从而判明结构的屈服机制；
3.可以迅速判别结构薄弱构件。
（2）、缺点：
1.地震波选择对计算结果影响较大；
2.直接积分法计算开销较大；
3.材料本构、计算参数等选取对专业素养、经验等要求较高。
静力弹塑性和动力弹塑性几个热点问题45分钟
动力弹塑性模型的应用
动力弹塑性模型广泛应用于结构动力 学、冲击动力学、材料科学等领域。 它可以用于预测结构在冲击、振动等 动态载荷作用下的响应，以及材料的 变形、损伤和破坏行为。
动力弹塑性模型还可以用于评估材料 的抗冲击性能和结构的安全性。通过 模拟和分析不同动态载荷下的材料行 为，可以优化材料和结构的性能，提 高其安全性和可靠性。
动力弹塑性模型的基本概念
动力弹塑性模型是一种用于描述材料在动态载荷作用下的 行为的理论模型。它结合了弹性理论和塑性理论，以描述 材料在受到冲击、振动等动态载荷时的响应。
动力弹塑性模型考虑了材料的弹性和塑性行为，以及它们 在动态载荷作用下的相互作用。这种模型能够预测材料在 不同动态载荷下的变形、损伤和破坏行为。
静力弹塑性和动力弹 塑性几个热点问题
目录
• 静力弹塑性模型 • 动力弹塑性模型 • 静力弹塑性与动力弹塑性的比较 • 热点问题与展望
01
静力弹塑性模型
静力弹塑性模型的基本概念
静力弹塑性模型是一种描述材料在静力载荷作用下发生弹塑性变形的模型。它基 于弹塑性理论，将材料的变形分为弹性变形和塑性变形两个阶段，并考虑了两者 之间的相互影响。
进一步探索复杂应力状态下的本构模型：未来研究将进 一步探索复杂应力状态下材料的本构模型，提高模型的 预测精度和普适性。
动力弹塑性
发展跨时间尺度的模拟方法：未来将发展跨时间尺度的 模拟方法，实现从微观到宏观的连续模拟，更好地理解 材料的动态行为。
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2
静力弹塑性通常假设材料性质是恒定的，而动力 弹塑性需要考虑材料性质随时间的变化。
3
静力弹塑性通常采用准静态实验方法进行研究， 而动力弹塑性则需要采用动态实验方法进行研究。
结构静力弹塑性分析的原理和计算实例
结构静力弹塑性分析的原理和计算实例一、本文概述结构静力弹塑性分析是一种重要的工程分析方法，用于评估结构在静力作用下的弹塑性行为。
该方法结合了弹性力学、塑性力学和有限元分析技术，能够有效地预测结构在静力加载过程中的变形、应力分布以及破坏模式。
本文将对结构静力弹塑性分析的基本原理进行详细介绍，并通过计算实例来展示其在实际工程中的应用。
通过本文的阅读，读者可以深入了解结构静力弹塑性分析的基本概念、分析流程和方法，掌握其在工程实践中的应用技巧，为解决实际工程问题提供有力支持。
二、弹塑性理论基础弹塑性分析是结构力学的一个重要分支，它主要关注材料在受力过程中同时发生弹性变形和塑性变形的情况。
在弹塑性分析中，材料的应力-应变关系不再是线性的，而是呈现出非线性特性。
当材料受到的应力超过其弹性极限时，材料将发生塑性变形，这种变形在卸载后不能完全恢复，从而导致结构的永久变形。
弹塑性分析的理论基础主要包括塑性力学、塑性理论和弹塑性本构关系。
塑性力学主要研究塑性变形的产生、发展和终止的规律，它涉及到塑性流动、塑性硬化和塑性屈服等概念。
塑性理论则通过引入屈服函数、硬化法则和流动法则等，描述了材料在塑性变形过程中的应力-应变关系。
弹塑性本构关系则综合考虑了材料的弹性和塑性变形行为，建立了应力、应变和应变率之间的关系。
在结构静力弹塑性分析中，通常需要先确定材料的弹塑性本构模型，然后结合结构的边界条件和受力情况，建立结构的弹塑性平衡方程。
通过求解这个平衡方程，可以得到结构在静力作用下的弹塑性变形和应力分布。
弹塑性分析在结构工程中有着广泛的应用，特别是在评估结构的承载能力、变形性能和抗震性能等方面。
通过弹塑性分析，可以更加准确地预测结构在极端荷载作用下的响应，为结构设计和加固提供科学依据。
以上即为弹塑性理论基础的主要内容，它为我们提供了分析结构在弹塑性阶段行为的理论框架和工具。
在接下来的计算实例中，我们将具体展示如何应用这些理论和方法进行结构静力弹塑性分析。
Midas静力弹塑性和动力弹塑性几个热点问题
第三代结构设计解决方案
静力弹塑性 和动力弹塑性分析 几个热点问题
新 技 术 • 新 流 程 • 新 概 念
北; midas Building
技术讲座
第三代结构设计解决方案
目录
1. 为什么要做静力或动力弹塑性分析？ 2. 是做静力弹塑性还是做动力弹塑性？
5. 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 6. 弹塑性时程分析宜采用双向或三向地震输入 7. 构件的几何尺寸、混凝土构件所配的钢筋和型钢、混合结构的钢构件 应按实际情况参与计算。 8. 钢筋和混凝土材料的本构关系可按现行国家标准《混凝土结构设计规 范》GB50010 的有关规定采用。 9. 应考虑几何非线性影响
“宜”进行弹塑性变形验算的结构如下： 1)表5.1.2-1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III、IV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的其它高层钢结构。 5)不规则的地下建筑结构和地下空间综合体。
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2. 是做静力弹塑性还是做动力弹塑性分析？
新抗规5.5.2条规定：
“应”进行弹塑性变形验算的结构如下： 1) 8度III、IV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；
-
泊松比对墙单元非线性分析的影响？
墙单元在非线性分析时的剪切模量取值？ 分析时间问题
动力时程分析和静力弹塑性分析方法的相同于不同点
时程分析法又称直接动力法，在数学上又称步步积分法。
顾名思义，是由初始状态开始一步一步积分直到地震作用终了，求出结构在地震作用下从静止到振动以至到达最终状态的全过程。
它与底部剪力法和振型分解反应谱法的最大差别是能计算结构和结构构件在每个时刻的地震反应(内力和变形)。
当用此法进行计算时，系将地震波作为输入。
一般而言地震波的峰值应反映建筑物所在地区的烈度，而其频谱组成反映场地的卓越周期和动力特性。
当地震波的作用较为强烈以至结构某些部位强度达到屈服进入塑性时，时程分析法通过构件刚度的变化可求出弹塑性阶段的结构内力与变形。
这时结构薄弱层间位移可能达到最大值，从而造成结构的破坏，直至倒塌。
作为高层建筑和重要结构抗震设计的一种补充计算，采用时程分析法的主要目的在于检验规范反应谱法的计算结果、弥补反应谱法的不足和进行反应谱法无法做到的结构非弹性地震反应分析。
时程分析法的主要功能有：1)校正由于采用反应谱法振型分解和组合求解结构内力和位移时的误差。
特别是对于周期长达几秒以上的高层建筑，由于设计反应谱在长周期段的人为调整以及计算中对高阶振型的影响估计不足产生的误差。
2)可以计算结构在非弹性阶段的地震反应，对结构进行大震作用下的变形验算，从而确定结构的薄弱层和薄弱部位，以便采取适当的构造措施。
3)可以计算结构和各结构构件在地展作用下每个时刻的地震反应(内力和变形)，提供按内力包络值配筋和按地震作用过程每个时刻的内力配筋最大值进行配筋这两种方式。
总的来说，时程分析法具有许多优点，它的计算结果能更真实地反映结构的地震反应，从而能更精确细致地暴露结构的薄弱部位。
时程分析法有关的几个问题：1、恢复力特性曲线；恢复力特性曲线应用于计算必须模型化，常用的有双线型模型与退化三线型模型；退化三线型模型（附图）能较好地反映以弯曲破坏为主的钢筋混凝土构件的的特性，所以适用于此类构件计算。
2、结构计算模型及分析方法；3、地震波的选用；4、时程分析计算结果的处理。
Midas自己使用问题总结
Midas Gen自己使用问题总结注意：Midas Gen使用操作内容绝大部分都可以在“程序主菜单-帮助”系统中查到，非常方便。
一、零散问题总结1、Midas中的质量MIDAS中转换“质量”分两种，一种是“自重”，一种是“其他荷载”，前者在“模型－〉结构类型”中，后者在“模型－〉质量－〉将荷载转换成质量”中。
在MIDAS/Gen中，“模型> 质量> 将荷载转换成质量...”中不能将单元的自重转换为质量。
如果要做动力分析(包括地震动力分析)，将结构的自重转化为质量，必须要在结构类型中设定相关条目。
即：可以通过“模型－〉结构类型－〉将结构的自重转换为质量”将模型中的单元质量自动转换为动力分析或计算静力等效地震荷载所需的集中质量。
2、Midas“由荷载组合建立荷载工况”该项目将荷载组合中的各荷载工况的组合建立为新的荷载工况。
对非线性单元(如索、只受拉或只受压单元)由于其非线性特性，单纯将各荷载工况的分析结果进行线性组合(荷载组合)是错误的，此时应该使用该功能将荷载组合(如 1.2D+1.4L)定义为一个荷载工况作用于结构上，方能得到正确的分析结果。
路径：从主菜单中选择荷载> 由荷载组合建立荷载工况...或者….从树形菜单中选择静力荷载> 由荷载组合建立荷载工况...3、“刚域效果”与“设定梁端部刚域”刚域效果：自动考虑杆系结构中柱构件和梁构件(与柱连接的水平单元)连接节点区的刚域效应，刚域效应反映在梁单元中，平行于整体坐标系Z轴的梁单元将被视为柱构件，整体坐标系X-Y平面内的梁单元将被视为梁构件。
路径：从主菜单中选择模型> 边界条件> 刚域效果...或者从树形菜单的菜单表单中选择模型> 边界条件> 刚域效果设定梁端部刚域：该功能主要适用于梁单元(梁、柱)间的偏心设定。
当梁单元间倾斜相交，用户要考虑节点刚域效果时，需使用该功能进行设定。
在“主菜单中的模型>边界条件>刚域效果”只能考虑梁柱直交时的效果。
弹塑性时程分析与静力分析方法算例比较
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图５结构９度Ｔａｆｔ地震波下的一层和顶层位移响应
固４结构８度Ｔａｆｔ地震波下的一层和顶层位移响应
输入８度罕遇Ｔａｆｌ地震波，结构位移如图４所示，结构顶层峰值位移为０．１４０米。在９度罕 遇ＴａｆＩ地震波下结构的位移如图５所示。结构顶层峰值位移为０．２６０米。
８度罕遇ＥＩ ｃｅｎｔｒｏ地震波下，结构的楼层位移和层间位移如图６所示，结构的最大层间位移 发生在结构一层。表明在ＥＩ Ｃｅｎｔｒｏ地震波作用下结构一层是薄弱层。在８度罕遇ＴａＲ波下，结 构一层、五层都有较大的层间位移，表明这两层相对薄弱。
在８度罕遇地震下。结构的层间位移角如图，最大层间位移角发生在底层但小于规范要求的 １，５０。表明在８度罕遇地震作用下结构是安全的。在９度罕遇地震下，结构一层的层间位移角分 别为Ｏ．０２０６、０．０２０ｌ超过了抗震规范规定的ｌ／５０的限定。表明结构不能满足９度罕遇地震下的抗 震要求。
Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｅｌａｓｔｏ—ｐｌａｓｔｉｃ Ｔｉｍｅ Ｈｉｓｔｏｒｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ＮｏｎＩｉｎｅａｒ ｓｔａｔｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ
Ｌｉｎｇ、，ｕｎ‘
Ｈｕ锄ｇＢｉｎｇｓｈｅｎ矿
Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
（Ｓｈａｌｌ曲ａｉ Ｎｕｃｌｅ盯Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ锄ｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎ曲ａｉ ２００２３３；Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆＮ砌ｉｎｇ ＵｎｉＶｅｒＳｉｔｙ Ｏｆｌ’ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＇Ｎａｎｊｉｎｇ ２ｌＯ００９）
（５）按第一振型分布的侧向荷载
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①
动力弹塑性结果
查看最大、最小值（中震、大震） • • • 弹塑性层间位移角：看附录M规定 基底剪力：大震下位反应谱结果的约3倍 构件承载力：验算方法看附录M规定
出铰顺序、出铰类型 • 符合强柱弱梁、强剪弱弯要求
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3. 多样的非线性分析结果
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静力弹塑性与动力弹塑性分析结果比较
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目录
8. 看什么结果？如何整理结果？ 9. 我能学会吗？需要多久能学会？ 10. 其它几个问题 动力弹塑性分析采用显式积分还是隐式积分 计算铰特性值时用材料的设计值？标准值？极限值？
-
泊松比对墙单元非线性分析的影响？
墙单元在非线性分析时的剪切模量取值？ 如何判断墙是否发生了剪切破坏？
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6. 如何选取动力弹塑性分析地震波？
合理选波的三个方面 ① 选取频谱特性Tg、持续时间满足要求的波 ② 选取满足抗规5.1.2要求的三条波(两条实际，一条人工) - 三条波平均影响系数的要求 - 三条波基底剪力的要求 ③ 合理调幅 - 用有效峰值加速度调幅
理论上需要
① 楼板钢筋的影响 ② 楼板刚度的变化对横向分析结果的影响 ③ 可能会影响梁、柱、墙的出铰顺序 实现起来有难度
① 如何考虑楼板配筋 - 板的单元划分很不规则，如何找到对应位置的配筋
② 应力集中的影响 - 楼板与墙、连梁等连接位置在横向荷载作用下会产 生应力集中 - 应力集中位置很容易过早进入塑性，这是不真实的 - 这会影响分析结果的准确性和分析的收敛性
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2. 是做静力弹塑性还是做动力弹塑性分析？
新高规3.11.4条、规定：
1. 2. 3. 4. 高度< =150m时，5.5.1可采用静力弹塑性分析方法； 高度>200m 时，应采用弹塑性时程分析法； 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。 高度超过>300m 的结构，应由两个独立的计算，进行核；
Vbase (kN)
RS (Linear) Linear THA 小震 Pushover 性能点 中震 60965 68642 51570 63910
µ
1 1.13 0.85 1.04
层间位移角 (rad.)
Check (Allowable = 1/100)
µ
1 1 0.55 0.68
0.00165 0.00165 0.00091 0.00113
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目录
9. 看什么结果？如何整理结果？
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新流程、新技术、新设计：第三代结构设计解决方案
① 静力弹塑性结果 ② 动力弹塑性结果 ③ 结果比较
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新流程、新技术、新设计：第三代结构设计解决方案
- 连梁的滞回曲线
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3. 多样的非线性分析结果
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动力弹塑性分析结果
- 混凝土墙的应力-应变曲线 - 试验数据
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3. 多样的非线性分析结果
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动力弹塑性分析结果
－ 延性系数(D/D1)
3. 多样的非线性分析结果
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静力弹塑性分析结果
- 墙铰状态(砼抗压破坏)
砼抗压破坏等级
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1st Story 211 step
29
191 step
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3. 多样的非线性分析结果
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静力弹塑性分析结果
- 墙铰状态（混凝土剪切破坏)
砼剪切破坏等级
1st Story
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52 step (屈服)
1st Story 191 step (性能点)
1st Story
30 211 step (最终 )
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3. 多样的非线性分析结果
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静力弹塑性分析结果
- 墙铰状态（钢筋破坏)
钢筋破坏等级
② 原则：应反映实际的地震力分布 ③ 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 ④ 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
⑤ 固定加载模式的理论缺陷：加载模式在分析过程中不变
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6. 如何选取动力弹塑性的地震波？
－ － － －
大震
Pushover (极限状态) Nonlinear THA
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149285
162435 211333
2.45
2.66 3.47
0.00885
0.00986 0.00339
OK
OK OK
5.36
5.98 2.05
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3. 多样的非线性分析结果
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2. 是做静力弹塑性还是做动力弹塑性分析？
动力弹塑性的优点： ① 能够反映结构的动力特性 ② 正确反映出铰顺序 ③ 相对准确的反映结构的实际受力状态 动力弹塑性的弱点： ① 理论较为复杂，难于学习掌握 ② 分析结果受地震波等参数影响较大
③ 计算时间较长且整理结果较为繁琐
4. 初始荷载要使用施工阶段结果吗？
① 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 ② 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 ③ 准确的施工阶段分析 - 要考虑实际的结构、荷载、边界的变化 ④ 目前一般采用DL+0.5*LL （FEMA建议 0.25*LL)
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3. 影响分析结果的因素？
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3. 影响分析结果的因素？
① 线性设计结果 - 不能有超筋超限的构件 ② 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
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10 Seconds
El Centro Earthquake Wave
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10. 我能学会吗？需要学多久？
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1. 为什么要做静力或动力弹塑性分析？ 2. 是做静力弹塑性还是做动力弹塑性？
3. 影响分析结果的因素？
4. 初始荷载要用施工阶段分析结果吗？ 5. Pushover分析应选择什么样的加载模式？ 6. 如何选取动力弹塑性的地震波？ 7. 用铰模型还是纤维模型？ 8. 要考虑楼板的弹塑性吗？
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211 step
150 step
191 step
主要特色：
用户利益：
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150 step
12th Story 191 step (性能点步骤)
12th Story
211 step (极限)
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5. 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 6. 弹塑性时程分析宜采用双向或三向地震输入 7. 构件的几何尺寸、混凝土构件所配的钢筋和型钢、混合结构的钢构件 应按实际情况参与计算。 8. 钢筋和混凝土材料的本构关系可按现行国家标准《混凝土结构设计规 范》GB50010 的有关规定采用。 9. 应考虑几何非线性影响
①
静力弹塑性结果
性能点位置（中震、大震） • • • 弹塑性层间位移角：看附录M规定 基底剪力：大震/反应谱结果的约3倍 构件承载力：验算方法看附录M规定
出铰类型 • 符合强柱弱梁、强剪弱弯要求
•
注意：Pushover分析不能准确获得出铰顺序
结构大师差别化功能
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9th Story 211 step
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3. 多样的非线性分析结果
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动力弹塑性分析结果
- 层剪力、层间位移角
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动力弹塑性分析结果
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7. 用铰模型还是纤维模型？
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7. 铰模型和纤维模型的优缺点？
铰模型的优点 ① 容易判断构件层面的损伤 ② 可以考虑剪切破坏 ③ 计算效率相比纤维模型要高 铰模型的缺点 ① 不能判断截面局部的损伤 - 什么地方开裂、压碎，哪些钢筋屈服等