midas building弹塑性分析

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¾对于梁柱单元,一般不允许发生轴 向破坏,所以可不考虑轴力铰。
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技术讲座
静力弹塑性
z 如何找到性能点? ¾ 优化设置 • 先初算再细算,初算时: 9 先算一个方向; 9 减小步骤数(30步); 9 不考虑P‐Delta效应; • 采用实配钢筋; • 在building中建模等
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技术讲座
静、动力弹塑性分析比较
第三代结构设计解决方案
比较内容 施加荷载 加载方式
材料特性
静力弹塑性 等效静力荷载
单向递增 单方向 双折线,三折线, FEMA
动力弹塑性 地震波 往复加载
多向(双向/三向) 滞回模型
¾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;
技术讲座
静力弹塑性
z 如何找到性能点? ¾ 优化设置 9 选择等步长加载;
第三代结构设计解决方案
自动调整步长: • 未收敛时自动减小步长; • 在荷载位移曲线接近水平段反复迭代,提高精度的 同时,增加计算时间。
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技术讲座
静力弹塑性
z 如何找到性能点? ¾ 优化设置 9 设定最大位移控制点及其方向;
每个单元

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静力弹塑性
z 性能点 ¾ 能力谱
¾ 需求谱
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第三代结构设计解决方案
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技术讲座
静力弹塑性
z 性能点 ¾ 需求谱与能力谱的交点。
第三代结构设计解决方案
¾ 反映了结构在相应地震作用下的最大塑性变形能力。 ¾ 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
操作技巧
技术讲座
静力弹塑性
第三代结构设计解决方案
z 如何找到性能点? ¾ 查看超筋超限信息
梁:受压区高度;最大配筋率;最小受剪截面等; 柱:轴压比,最大配筋率;最小受剪截面;
节点抗剪验算等; 墙梁:受压区高度;最大配筋率;最小受剪截面等; 墙柱:轴压比,最大配筋率;最小受剪截面;稳定性验算等; • 超筋‐>承载力高估‐>收敛不容易,结果不准确; • 调整,尽量消除超筋超限构件; • 应特别关注对构件塑性特性有影响的部分;
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第三代结构设计解决方案
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弹塑性分析的意义
第三代结构设计解决方案
¾ 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; z 规则结构:通过概念设计和抗震构造措施来保证; z 不规则结构:存在薄弱部位,局部破坏‐>结构倒 塌;
¾ 了解结构的薄弱层或薄弱位置; ¾ 判断结构是否满足“强柱弱梁,强剪弱弯”
• 将输入方法改为用户输入; • 计算屈服剪应力:
τ=G x γ γ取为4/10000;
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技术讲座
可以由用户手动输入。(屈服剪应力=0.0004xG)
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静力弹塑性
z 墙纤维‐ 墙铰
第三代结构设计解决方案
墙铰 (Gen)
墙纤维 (Building)
内力(弯矩,剪力) 判断内容
整个构件
判断位置 墙的顶部和底部 计算效率 高
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)
利用已定义的荷载工况;
振型
等加速度 静力荷载
(4)层剪力:
原则:反映实际的地震力分布(优选层剪力)
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技术讲座
静力弹塑性
z 分析终止条件 ¾ 达到极限层间位移角; ¾ 达到最大位移;
• 某个节点的最大位移 • 整个结构的最大位移 • 最大位移方向 ¾ 当前刚度与初始刚度的比值
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静力弹塑性
基本概念及原理
技术讲座
静力弹塑性
第三代结构设计解决方案
z 静力弹塑性分析步骤 ¾ 静力分析和设计; ¾ 查看整体指标(周期,振型,7个主要比值等); ¾ 查看超筋超限信息; ¾ 生成静力弹塑性分析首选项;
• 荷载:初始荷载,加载模式,P‐delta效应; • 分析:步长控制,分析终止条件; • 非线性特性值:配筋数据,塑性铰和纤维定义;
技术讲座
新 技 术 • 新 流 程 • 新 概 念
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第三代结构设计解决方案
用结构大师 做弹塑性分析
midas Gen & midas Building
技术讲座
目录
¾ 弹塑性分析的意义 ¾ 两种弹塑性分析方法比较 ¾ 静力弹塑性分析
• 基本概念及原理 • 操作技巧; • 工程实例; ¾ 动力弹塑性分析 ¾ 弹塑性分析推荐电脑配置
第三代结构设计解决方案
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
n‐达到屈服的高斯积分点数量; ¾ 轴向与弯曲:m ≥ (1‐x)*M; ¾ 剪切:n ≥ (1‐x)*N;
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技术讲座
静力弹塑性
z 墙纤维‐ 混凝土本构模型(混规 附录C.2.4)
一般:DL+0.5LL; FEMA: DL+0.25LL; ¾ 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; ¾ 初始荷载最好分步施加 (5~10步);
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技术讲座
静力弹塑性
z 考虑几何非线性
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¾ 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;
钢筋混凝土抗震墙、筒中筒 多、高层钢结构
【θp】 1/30 1/50 1/100 1/100 1/120 1/50
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静力弹塑性
第三代结构设计解决方案
z 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)
地震影响系数最大值
设防
6
7
7
8
8
2500
2000 1500 1000
500
FEMA bilinear trilinear
0
‐5.2E‐17
0.01
0.02
0.03
¾ M≤Mcr: 三种铰刚度值相同; ¾ Mcr<M ≤ Mu: 三折线铰的刚度最低,FEMA 铰与双折线相同;
¾ M>Mu: K双折线>K三折线>KFEMA ;
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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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技术讲座
静力弹塑性
z 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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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; 9 不考虑混凝土的抗拉能力
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静力弹塑性
z 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;
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静力弹塑性
第三代结构设计解决方案
z 如何提高基底剪力?
¾ 选择塑性铰类型; 2500
2000
三种铰对比(弯矩铰) 1500
梁截面:400mm*800mm; 1000
弹性模量:3*104Mpa ;
500
惯性矩:0.0170667m4;
长度:4.2m;
¾ 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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静力弹塑性
z 加载模式
第三代结构设计解决方案
(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:
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静力弹塑性
第三代结构设计解决方案
z 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
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
P1
Leabharlann Baidu
极限弯矩Mcr
P1
开裂弯矩Mcr
P2
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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第三代结构设计解决方案
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;
¾ 自动生成静力弹塑性分析数据(一键生成);
• 荷载工况,铰数据;
¾ 运行静力弹塑性分析并查看结果;
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静力弹塑性
z 初始荷载
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¾ 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)
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静力弹塑性
z 配筋结果 ¾ 从绘图师导入实配钢筋结果; ¾ 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
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
z 墙纤维
个;
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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 0.12
0.23
0.34
0.45
0.68
0.90
大震 0.28
0.50
0.72
0.90
1.20
1.40
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静力弹塑性
第三代结构设计解决方案
z 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
¾ 使用材料强度标准值计算剪力墙构件的极限抗剪承载力
¾ 使用V/(bh0)计算名义屈服剪应力
¾ 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。
第三代结构设计解决方案
• 最大位移方向取为加载方向; • 控制节点可指定为顶层角柱顶点;
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静力弹塑性
第三代结构设计解决方案
z 如何找到性能点? ¾ 优化设置 9 塑性铰的定义:弯矩‐旋转角;不考虑轴力铰;
¾横向荷载作用下框架结构梁单元弯 矩最大值一般出现在两端。
¾集中铰为端部非线性弹簧加上中间 弹性单元,分析更容易收敛。
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静力弹塑性
z 如何找到性能点? ¾ 优化设置 9 初始荷载分布施加(5~10步);
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静力弹塑性
z 如何找到性能点? ¾ 优化设置 9 选择层剪力或振型加载模式;
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0
‐1.39E‐1
0.01
FEMA bilinear trilinear
0.02
0.03
¾ M≤Mcr: 三种铰刚度值相同; ¾ Mcr<M ≤ Mu: 三折线铰的刚度最低,FEMA 铰与双折线相同;
¾ M>Mu: K双折线>K三折线>KFEMA ;
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静力弹塑性
z 如何提高基底剪力? ¾ 提高纤维剪切屈服应变值;
静力弹塑性
z 查看分析结果‐塑性铰分布; ¾ FEMA: B(屈服)、IO 、 LS 、 CP 、
C 、 D 、 E(完全破坏) ¾ 双折线;1‐yield; ¾ 三折线: 1‐yield、2‐yield; ¾ 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
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技术讲座
静力弹塑性
z 塑性铰特性
第三代结构设计解决方案
单轴铰与多轴铰; 铰成分:
梁:My, Mz; 柱:P‐M‐M相关;
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支撑:轴力
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静力弹塑性
z 弹塑性本构曲线
第三代结构设计解决方案
FEMA
本构关系 双折线
三折线
双折线
屈服点
钢筋混凝土/ 型钢混凝土
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