Gen做弹塑性分析
MIDAS GEN静力弹塑性分析
✓ 不考虑混凝土的抗拉能力
目录
Contents
Why What How Result
如何做弹塑性分析？ 3. 塑性铰/纤维
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
Q&A
E2: 钢筋屈服后刚度；
α= E2/E1: --0.01,接近于理想弹塑性；
如何做弹塑性分析？
1、荷载工况
初始荷载 加载模式
2、分析
步长控制 终止条件
3、 塑性铰/纤维 4、 结果查看 5、 常见问题
目录
Contents
Why What How Result Q&A
如何做弹塑性分析？
1.荷载条件
1.1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）；
目录
Co静nt力e弹nt塑s性
Why
如何做弹塑性分析？ 1. 荷载条件
加载模式
What
（1）振型： 做特征值分析，提取基本模态；
How Result Q&A
（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：
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
目录
Contents
Why
如何做弹塑性分析？ 3. 塑性铰/纤维
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)。
2-midas的弹塑性分析
应用程序
midas Gen
midas Building sap、etabs Pkpm midas Gen
midas Building
Perform 3D sap、etabs
pkpm abaqus
主要区别
1 能直接做剪力墙结构（按刚臂+ 柱弹簧模型） 2 适用工程类型广泛 1 能直接做剪力墙结构（按纤维 模型） 2 可按更准确层剪力模式加载 3 针对多高层结构 墙需要用组合框架代替，操作相 对复杂。 没有振型的加载方法。
荷载
等差级数对应的 增分荷载
将最终(n+1)步骤的增分量作为后 面的增分荷载
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
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大 震 分 析 软件概况
方法
优缺点
优点： 1 简单方便、概念清晰 2 计算效率高 3 整理结果较为容易
静力弹塑性分 缺点： 1 只适合多层结构
析
2 不能准确计算出铰顺序 3 不能反映结构的动力特性
高层结构 空间结构 体育场
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建模及进行静力分析
步骤同“钢筋混凝土结构抗震分析及设计”
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MIDASGen 中做Pushover 分析的步骤
问: 在MIDAS/Gen中做Pushover分析的步骤?
答: Pushover Analysis 中文又称为静力弹塑性分析或推倒分析。
在MIDAS/Gen中混凝土结构和钢结构的静力弹塑性分析的步骤不尽相同。
混凝土结构的静力弹塑性分析步骤为分析->设计->静力弹塑性分析。
钢结构的静力弹塑性分析步骤为分析分析->静力弹塑性分析。
即混凝土结构必须经过配筋设计之后才能够做静力弹塑性分析，因为塑性铰的特性与配筋有关。
设计结束后，静力弹塑性分析的步骤如下：
1. 在静力弹塑性分析控制对话框中输入迭代计算的控制数据。
2. 定义静力弹塑性分析的荷载工况。
在此对话框中可选择初始荷载、位移控制量、是否考虑重力二阶效应和大位移、荷载的分布形式(推荐使用模态形式)。
3.定义铰类型(提供标准类型，用户也可以自定义)
4.分配塑性铰。
用户可以全选以后，按"适用"键。
5. 运行静力弹塑性分析。
6. 查看分析曲线。
midas building弹塑性分析
第三代结构设计解决方案
9
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；
北京迈达斯技术有限公司
支撑：轴力
10
技术讲座
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
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）；
6
技术讲座
静力弹塑性
z 考虑几何非线性
北京迈达斯技术有限公司
第三代结构设计解决方案
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；
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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23
技术讲座
第三代结构设计解决方案
17
技术讲座
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：
动力弹塑性分析方法及其在结构设计中的应用
计算软
件
MIDAS Gen
PERFORM-3D
STRAT
不同软件弹塑性应用特点比较
表4
ABAQUS
LS-DYNA
材料模 型 梁柱 构件
剪力墙 构件
采用软件自带的材料模型
塑性铰或者纤维单元
需要进行等代 单向或者双向纤维
处理
宏单元
纤维单元
面内分块纤维 单元
自定义材料子程 序
纤维单元
非线性分层壳
软件自带或者用户二次开发 集中塑性铰或纤维模型
工程问题 动力弹塑性分析
多尺度分析 数值风洞模拟 连续倒塌模拟
结构专业 仿真软件 ABAQUS
PERFORM-3D ANSYS
Midas Gen FLUENT/CFX MSC.MARC
商业软件在工程领域的应用
表1
建筑专业
工程问题
仿真软件
建筑能耗
PHOENICS
声、光环境
烟雾扩散 人员疏散
RAYNOISE
（1）或
即结构分别承受两种激励——地面加速度
和外力=
——的运动方程是相同的。
2.3 基于ABAQUS软件的数值模型
在ABAQUS软件中，梁柱等单元一般都采用内置的纤维梁单元直接模拟（图4）。对于单积分点纤 维单元，单元长度的划分受塑性区长度限制。而显式分析的时间步长受单元长度影响，对于梁端、柱 端，其划分长度接近截面高度，此时积分步长达到了10-5s量级。如采用集中塑性铰模型，则单元长度不 再受限于塑性区。以LS-DYNA软件为例，对于梁、柱构件仅采用两个单元，就可以模拟跨中、端部塑性 发展，此时积分步长可以达到10-4s量级。
注： 为刚度矩阵； 为阻尼矩阵； 向量； 为节点加速度向量。
midasGen钢结构施工阶段分析
④ 混合结构
11.3.3 竖向荷载作用计算时，宜考虑钢柱、型钢混凝土(钢管混凝土)柱与钢筋混凝土核心筒竖 向变形差异引起的结构附加内力，计算竖向变形差异时宜考虑混凝土收缩、徐变、沉降及施工调 整等因素的影响。
• 条文说明：外柱与内筒的竖向变形差异宜根据实际的施工工况进行计算。在施工阶段，宜 考虑施工过程中已对这些差异的逐层进行调整的有利因素，也可考虑采取外伸臂桁架延迟封 闭、楼面梁与外周柱及内筒体采用铰接等措施减小差异变形的影响。在伸臂桁架永久封闭以 后，后期的差异变形会对伸臂桁架或楼面梁产生附加内力，伸臂桁架及楼面梁的设计时应考 虑这些不利影响。
不均匀变形引起的附加应力
需要对结构进行加固处理
W
wL2
wL2
12
12
L
+
6EI
L2
6EI
L2
L
16 /13
有限元软件施工模拟的实现
1.2为什么要考虑施工阶段模拟？
施工模拟 实现方法
3D3S
有专门的施工 模拟模块
SAP2000
有专门的施工 模拟模块
优缺点
主要针对钢结构 后处理不够强大
后处理与中国 规范结合不好
4、施工阶段分析控制
最终施工阶段： 选择用哪个施工阶段的结果与其他荷载工况(如地震、风荷载等)进 行组合。 从施工阶段分析结果的恒荷载中分离出的荷载工况 施工阶段的分析结果，除收缩徐变和预应力松弛外，都保存在CS ：恒荷载下；在此将特定工况结果从CS：恒荷载中分离出来，保 存在CS：活荷载下； 荷载组合时，施工阶段活载采用与使用阶段活载相同的组合系数；
外伸桁架的上下弦构件和柱的连接
20
拼装工程
① 拼装工程 通过拼装过程的模拟分析，分析构件应力和支座反力的变化。
MIDAS-Gen动力弹塑性分析
¾ 地震波： El Centro
¾ 分析时间： 12 秒
图1. 分析模型
3
例题 动力弹塑性分析
2.设定操作环境及定义材料和截面
在建立模型之前先设定环境及定义材料和截面
主菜单选择 文件>新项目 主菜单选择 文件>保存: 输入文件名并保存 主菜单选择 工具>单位体系: 长度 m, 力 kN本例题介绍使用MIDAS/Gen 的动力弹塑性分析功能来进行抗震设计的方法。例题模型为二
层钢筋混凝土框架结构。(该例题数据仅供参考)
基本数据如下：
¾ 轴网尺寸：见平面图
¾ 柱:
300x300
¾ 主梁： 200x300
¾ 混凝土： C30
¾ 层高： 一~二层 ：3.0m
图30 节点位移时程图表
25
例题 动力弹塑性分析
3：主菜单选择 结果>时程分析结果>时程分析图形: 层数据图形，以图形方式查看各层在地震波作用下各时刻所分担的地震剪力 方向：X轴方向（Y轴方向） 层：2层 时程工况：SC1
图31 定义层剪力时程函数
图32 层剪力时程图表
26
图13 分配楼面荷载
6：主菜单选择 结果>荷载组合： 自定义荷载组合“组合”，荷载工况系数：DL(ST)，1.0；LL(ST)，0.5
图14 自定义荷载组合
12
7：主菜单选择 荷载>由荷载组合建立荷载工况:
图15 使用荷载工况建立荷载组合
8：主菜单选择 视图>激活>全部激活 视图>显示: 荷载 查看输入的荷载
图12 按层激活
11
Gen非线性分析
3、荷载和位移控制法：（弧长法）
几何非线性—分析收敛判断
位移范数小于此值，收敛
几何非线性—影响收敛的因素
步骤数量多易收敛 迭代次数多易收敛
值大容易收敛
1 2
3
几何非线性—P-∆分析
P-∆分析：(重力二阶效应)
考虑重力荷载在水平作用位移上引起的附加的内力和变形。 （ 小变形问题，荷载变化影响结构的刚度，压力：几何刚度 减小，拉力：几何刚度增大）
（1）无应力索长 （2）初拉力 （3）水平力 特点： • 仅用于几何非线性分析； • 对所有的荷载工况结果都有影响； • 迭代计算时，第一步即产生初始刚度，该
拉力对其他构件也有影响 • 张拉后，索中拉力不是定义时添加的初拉
力
几何非线性—非线性单元索单元 索单元施加预应力的方法：
2、初拉力荷载
特点： • 用于线性分析和非线性分析 • 需定义荷载工况，对其他荷载工况不起作用 • 为外荷载，需设定荷载工况，对其它构件有影响 • 施工阶段分析时，可采用该方法对索分批张拉
变形前
变形后
My = Vy - Px 弯矩图
不考虑P-Delta效 果的情况
考考虑虑PP的的--DD情情eell况况ttaa效效果果
几何非线性—非线性单元索单元 索：
• 通过轴向的拉伸来抵抗外荷载作用； • 一般采用高强钢丝，如钢丝束，钢绞线，钢丝绳等； • 仅在受拉情况下工作；受压状态下即退出工作；
阻尼系数按厂家提供的单位 输入时，参考速度输入1.0
-弹簧器刚度kb：与阻尼器串联的弹簧刚度 没有时不用输入
边界非线性 常见的非线性连接—滞后系统
几何非线性—非线性单元索单元 索单元施加预应力的方法：
4、初始单元内力
midas-gen钢筋混凝土结构静力弹塑性推覆分析解读
7、3 Pushover图形－层间位移角
最大弹塑性层 间位移角，判 断是否满足 《建筑抗震设 计规范》5.5.5 条或高规4.6.5 条要求
7、4 铰状态表格统计
根据出铰情况判断结构的抗震性能
最大弹塑性层 间位移角，判 断是否满足 《建筑抗震设 计规范》5.5.5 条或高规4.6.5 条要求
7、5 塑性铰状态过程显示
最大迭代/增幅步骤数：
在每次荷载增幅中输入最大迭代次数， 以此为满足结构的平衡条件而进行重复的分 析。
收敛标准：
指定一个容许极限收敛值。如果累加误 差在这个收敛值范围内，则迭代及相应的分 析步骤在达到设定的最大值前将停止迭代且 继续进行随后的分析步骤。
4、定义铰特性值
定义梁铰为弯矩－Y，Z（弯矩铰）； 柱铰为P－My－Mz（轴力弯矩铰）； 墙铰为P－My－Mz（轴力弯矩铰）； 相关有限元理论可参考MIDAS技术手册2关于“静力弹塑性分析”内容
MIDAS/Gen 培训资料
静力弹塑性分析
分析目的
---曲线的性能控制点 ---层间剪力 ---大震作用下的弹塑性层间位移角 ---出铰状态
操作步骤
---静力分析后进行配筋设计，并更新配筋 ---定义铰特性值，并分配铰 ---定义静力弹塑性分析控制 ---定义静力弹塑性分析工况 ---查看静力弹塑性分析结果
分析 模型 柱： 500x500
主梁： 250x600 混凝土： C30 剪力墙： 250 层高： 一层：4.5m
二~九层 ：3.6m 设防烈度：7º（0.10g） 场地： Ⅱ类
六层钢筋混凝土框-剪结构
0、建模及进行静力分 析
步骤同“钢筋混凝土结构抗震分析及设计”
1、更新配筋（方法1：利用程序配筋设计的结果）
MIDAS-PUSHOVER分析方法
2、MIDAS/Gen适用范围 MIDAS/Gen适用范围
高层结构
空间结构
体育场
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3、pushover分析原理 pushover分析原理
方法原理： 方法原理： Pushover分析通过考虑构件的材料非线性特点，评估构件进入弹塑性状 态直至到达极限状态时结构性能的方法。 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。 分析目的： 分析目的： 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。如： 1、通过pushover分析得到结构能力曲线。与需求谱曲线比较，判断结 构是否能够找到性能点，从整体上满足设定的大震需求性能目标。 2、性能点状态下结构的最大层间位移角是否满足规范“层间弹塑性位 移角限值”的要求。（框架1/50,框剪1/100,纯剪1/120,框支层1/120） 3、是否在模拟结构地震反应不断加大的过程中，构件的破坏顺序（塑 性铰开展）和概念设计预期相符， 梁、柱、墙等构件的变形, 是否超过构件 某一性能水准下的允许变形。
静力弹塑性分析方法静力弹塑性分析方法-Gen 730版 730版
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Pushover分析原理与MIDAS_GEN计算实例
Pushover分析原理与MIDAS_GEN计算实例科技论坛Pushover 分析原理与MIDAS/GEN 计算实例崔延卫李建新(河南省建筑设计研究院有限公司，河南郑州450014)作为结构抗震性能分析的重要方法之一，Pushover 分析将非线性静力计算结果与弹性反应谱紧密结合起来，用静力分析的方法预测结构在地震作用下的动力反应和抗震性能，在基于性能的抗震设计中得到了广泛的应用。
1Pushover 分析方法的基本原理Pushover 方法是近年来国内外应用较为广泛的一种地震反应静力弹塑性分析方法，利用静力弹塑性分析(Pushover Analysis)进行结构分析的优点在于:既能对结构在多遇地震下的弹性设计进行校核,也能够确定结构在罕遇地震下潜在的破坏机制,找到最先破坏的薄弱环节,从而使设计者仅对局部薄弱环节进行修复和加强,不改变整体结构的性能,就能使整体结构达到预定的使用功能。
对多遇地震的计算,可以与弹性分析的结果进行验证,看总侧移和层间位移角、各杆件是否满足弹性极限要求,各杆件是否处于弹性状态;对罕遇地震的计算,可以检验总侧移和层间位移角、各个杆件是否超过弹塑性极限状态,是否满足大震不倒的要求。
Pushover 方法没有严密的理论基础,它是基于以下两个假设[1]:a.假定结构的地震反应与某一等效的单自由度体系相关,这就意味着结构的地震反应仅由第一振型控制;b.在整个地震反应过程中，结构的形状向量保持不变。
显然,以上两个假设都不尽完善,侧向荷载的分布形式只与结构的基本自振周期和振型有关,没有考虑到结构高阶振型的影响;振型向量一般只凭经验假定,现阶段没有具体可行的办法,而振型向量选取的正确与否对结构特征参数的确定有较大的影响。
但经过大量的实验研究表明,对于地震反应由第一振型控制的多自由度结构,Pushover 方法可以很准确地预测结构的最大地震反应。
2Pushover 分析方法的实施步骤M IDAS/GEN 程序提供的静力弹塑性分析方法,基于两本手册[2]:美国技术应用委员会的《混凝土建筑抗震评估和修复》(ATC-40)和美国联邦紧急管理厅的《房屋抗震加固指南》(FEM A273/274)，其中混凝土塑性铰特性和性能指标来自于ATC-40,而静力弹塑性分析的具体方法则采用了ATC-40的能力谱法。
2-midas的弹塑性分析
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。
应用程序
midas Gen
midas Building sap、etabs Pkpm midas Gen
midas Building
Perform 3D sap、etabs
pkpm abaqus
主要区别
1 能直接做剪力墙结构（按刚臂+ 柱弹簧模型） 2 适用工程类型广泛 1 能直接做剪力墙结构（按纤维 模型） 2 可按更准确层剪力模式加载 3 针对多高层结构 墙需要用组合框架代替，操作相 对复杂。 没有振型的加载方法。
高层结构 空间结构 体育场
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建模及进行静力分析
步骤同“钢筋混凝土结构抗震分析及设计”
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弯矩-曲率
Ｍy, Ｍz （弯矩）
弯矩-曲率
桁架单元（轴力)
内力成分
铰特性
Fx（轴力）
轴力-位移（相对位移）
初始刚度
EA GＡs
GJ EＩ
初始刚度
EA/L
铰位置 积分点位置 积分点位置 积分点位置 积分点位置
浅谈静力弹塑性分析(Pushover)及理解与应用
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在减震结构动力弹塑性分析的应用
Midas-Gen在减震结构动力弹塑性分析的应用【摘要】随着我国抗震设计的发展，消能减震在结构中的应用也已经非常普遍。
其中，屈曲约束支撑的应用是最为普遍的，因规范规定，消能减震结构均应做弹塑性分析计算，但由于消能减震应用往往伴随减震设备的销售，并且在方案阶段就要提供弹塑性分析报告，如果都用ABAQUS分析，时效性太慢，MIDAS-GEN有屈曲约束支撑单元，有超高的时效性，因此在减震结构动力弹塑性分析中应用广泛。
【关键词】迈达斯；动力弹塑性；屈曲约束支撑【中图分类号】TU74 【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2017）24-0056-021.引言近几年，随着我过超高层、减隔震的大力发展，动力弹塑性分析的需求日益增加，但是ABAQUS这种大型有限元分析软件的运算效率已经无法满足当今时代日益增长的弹塑性分析需求，因此MIDAS-GEN、SAUSAGE、YJK-EP这些弹塑性分析软件的不断升级、不断改进已经在中大型项目或者减隔震项目中广泛应用。
本文主要介绍MIDAS-GEN在含屈曲约束支撑的结构中动力弹塑性分析应用步骤。
2.弹塑性分析详细步骤2.1 结构模型的转换和对比将用于小震设计的PKPM模型或者YJK模型通过YJK转换接口导入到MIDAS-GEN中，然后进行模型准确性校核，通过反应谱分析校核六要素：前三阶周期及对应振型、振型质量参与系数、总质量、基底剪力与层间位移角。
这里需要特别注意，要特别留意转换过后要注意校核程序的地震输入信息、嵌固端信息、节点束缚信息是否吻合，以免出错。
对于转换过来的MIDAS-GEN模型有几点要特别注意：（1）要自动生成墙号后需要按同一位置修改墙号；（2）要注意质量源不要重复定义；（3）要注意层信息中刚性楼板不能重复定义。
2.2 屈曲约束支撑单元的模拟在进行模型对比之前，需要进行两次对比，第一，是从PKPM采用等效线性单元模拟刚度的模型导入到MIDAS中进行一次对比，准确无误后，建立边界非线性单元在弹性计算时刚度和PKPM等效线性单元（一般用实心方钢截面）等效，再进行一次模型可靠性对比，最后的模型可靠性对比取PKPM等效线性单元与MIDAS中采用非线性滞后系统单元的模型进行对比。
基于MIDAS／GEN某高层酒店静力弹塑性分析
考虑合并建造 ， 避 免 因 建筑 分 散 、 零 乱、 占地 多 而 不 经
济。 【 参 考文 献】
人学硕士学位论文 ， ２ ０ ０ ９ ．
１ ］余 建锋． 南方轻工业 厂区设 计若 Ｔ 问题探 索 ［ Ｄ ］ ．华 南理工 工业 建筑 群体 组合 ，除 了在满 足 生产 工 艺要 求 下 ， ［
步将 结 构推 至一 个 给 定 的 目标 位 移 来研 究 分 析 结构 的 线性性能， 从 而判 断结 构 及 构件源自的变 形 、 受 力是 否满 足
设 计要 求 。其计 算 过程 如下 叫：
同的抗震 设 防标准 ， 使 设计 的 建筑 在未 来 地震 中具备 预 期 的功 能 。本 文采 用 Ｍ Ｉ Ｄ Ａ Ｓ ／ Ｇ Ｅ Ｎ对 一 栋 ｌ ６层 框 架剪 力 墙 结构酒 店进 行静 力 弹塑性 分 析 和抗 震性 能 评价 ， 从 层
问位 移 角 、 塑性铰 分 布及变 形 等方 面对 结构进 行 了综 合 的 量化 评 价 ，揭 示 出结 构 在 罕遇 地 震 作 用 下 的薄 弱 环 节， 实现 了基 于性 能 的抗震 设 计 。
（ １ ） 准备 结构 数据 。包 括 建立 结构 模 型 ， 构 件 的物 理 常 数和 恢 复力模 型 等 ；
（ ２ ） 计 算结 构在 竖 向荷载 作用 下 的 内力 （ 将 其 与水 平
力作用 下 的 内力叠 加 ， 作 为某 一 级水 平 力作用 下 构件 的 内力 ， 以判 断构 件是 否 开裂或 屈服 ） ； （ ３ ） 在 结构每 一 层 的质 心 处 ， 施 加 沿 高度分 布 的某 种
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三折线
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静力弹塑性-分配塑性铰特性
选择要赋予塑性铰特性的单元；
选择单元类型；
选择铰特性值类型； 点击“适用”进行分配；
•
选择单元时可结合“按方向选择过滤”
与单元类型进行；
•
出于建模考虑而建的虚梁可不分配；
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M≤Mcr: 三种铰刚度值相同； Mcr<M ≤ Mu: 三折线铰的刚度最低,FEMA 铰与双折线相同； M>Mu: K双折线>K三折线>KFEMA ;
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静力弹塑性-查看结果
性能点处： 基底剪力， 最大位移； 谱加速度，谱位移； 有效周期，等效阻尼；
线性：弹性时程分析； 非线性：动力弹塑性分析；
分析方法；
时间控制选项； 初始荷载；
可选ST；CS；TH
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动力弹塑性
分析方法-Newmark法（1959）
动力学方程式： 数值计算方法：
t t
M U C U KU P
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静力弹塑性-Pushover主控数据
定义初始荷载
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；
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静、动力弹塑性分析比较
比较内容
施加荷载 加载方式
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
单方向
材料特性 双折线，三折线， FEMA
多向（双向/三向）
滞回模型
静力弹塑性还是动力弹塑性？ 新高规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-查看结果
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 框架砌体房屋中的框架-抗震墙 【θp】 1/30 1/50 1/100
截面均需单独定义；
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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 退化模型 克拉夫双折线 刚度退化三折线 武田三折线 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
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静力弹塑性-定义塑性铰特性
塑性铰特性 集中铰与分布铰； 单轴铰与多轴铰； 铰成分：
梁：My, Mz; 柱：P-M-M相关； 墙：Fy, Fz; 支撑：Fx;
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性能点 能力谱
需求谱
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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；
•
My = Vy - Px
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-定义Pushover荷载工况
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；
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静力弹塑性-定义Pushover荷载工况
加载模式
振型
等加速度
静力荷载
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静力弹塑性-定义Pushover荷载工况
分析终止条件
达到极限层间位移角；
达到最大位移； • 指定节点 如顶层角柱顶点； • 指定最大位移方向
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静力弹塑性-查看结果
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；
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动力弹塑性
定义地面加速度
选择时程荷载工况；
选择各方向时程分析函数；
可单向加载或多向同时加载；
三向同时加载时，系数可取为
1:0.85:0.65；
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动力弹塑性
定义非弹性铰特性值
每一种材料的每一种 无中国规范； 不支持剪力墙的定义；
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静力弹塑性-定义Pushover荷载工况
几何非线性
高规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；
t t
u [(1 ) u u
t t
t
t
t Δt
]t u
t Δt
Δt [( u u u
1 2
) u
t
]Δt u
2
等加速度（δ=1/2，α=1/4） 线性加速度（δ=1/2，α=1/6） 注：线性加速度法只有当Δt/Tn≤0.551时稳定
选择所有匹配单元
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≤
（主要振型周期点上相差不超过20%）
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动力弹塑性
如何选波？ 3. 三次判断-基底剪力 与振型分解反应谱法结果R相比： 单条波：65%R ≤ S ≤ 135%R 多条波平均值：80%R ≤ M ≤ 120%R
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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
1/100
1/120 1/50
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静力弹塑性-查看结果
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 9 烈度 （0.05g） （0.10g） （0.15g） （0.20g） （0.30g） （0.40g） 小震 中震 大震 0.04 0.12 0.28 0.08 0.23 0.50 0.12 0.34 0.72 0.16 0.45 0.90 0.24 0.68 1.20 0.32 0.90 1.40
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 0.10g 7度 0.15g 0.20g 8度 0.30g 9度 0.40g
125
220
310
400
510
620
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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
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
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
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动力弹塑性
分配非弹性铰特性值
选择非弹性较特性值；
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弹塑性分析 在midas Gen中的实现
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midas Gen & midas Building
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