Gen做弹塑性分析
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设计地 震分组 第一组 第二组 第三组
北京迈达斯技术有限公司
场地类别 I0 0.25 0.30 0.35 I1 0.30 0.35 0.40 Ⅱ 0.40 0.45 0.50 Ⅲ 0.50 0.60 0.70 Ⅳ 0.70 0.80 0.95
26
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
动力弹塑性
如何选波? 1. 初步判断:有效峰值加速度
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
截面均需单独定义;
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32
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
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
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
北京迈达斯技术有限公司
18
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
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
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
动力弹塑性
动力弹塑性分析步骤
定义时程荷载工况;
定义时程荷载函数; 定义地面加速度; 定义非弹性铰特性值; 分配非弹性铰特性值;
分析并查看结果;
北京迈达斯技术有限公司
22
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
动力弹塑性
定义时程荷载工况
分析类型;
北京迈达斯技术有限公司
3
静力弹塑性
基本概念及原理
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
静力弹塑性
静力弹塑性分析步骤
静力分析; 查看整体指标(周期,振型,7个主要比值等); 结构设计并查看超筋超限信息; 定义静力弹塑性分析工况; 定义塑性铰特性; 分配塑性铰特性; 运行静力弹塑性分析并查看结果;
13
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
静力弹塑性-分配塑性铰特性
三种铰对比(梁弯矩铰)
•
梁截面:400*800; E:3*107 ; I=0.0170667m4; L=4.2m;
2500 2000 FEMA
1500
bilinear 1000 500 0 -5.2E-17 0.01 0.02 0.03 trilinear
•
My = Vy - Px
弯矩图
不考虑P-Delta效 果的情况 考虑P-Delta效果 的源自文库况
变形前
变形后
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7
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
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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19
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
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;
北京迈达斯技术有限公司
20
动力弹塑性
≤
(主要振型周期点上相差不超过20%)
北京迈达斯技术有限公司
29
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
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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30
技术讲座
北京迈达斯技术有限公司
24
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
动力弹塑性
定义时程荷载函数
北京迈达斯技术有限公司
25
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
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。
选择所有匹配单元
北京迈达斯技术有限公司
34
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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23
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
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
技术讲座
建筑结构通用分析和设计软件
弹塑性分析 在midas Gen中的实现
北京迈达斯技术有限公司 市场部 侯晓武
北京迈达斯技术有限公司
midas Gen & midas Building
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
目录
弹塑性分析的意义 两种弹塑性分析方法比较 静力弹塑性分析 动力弹塑性分析
北京迈达斯技术有限公司
1
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
弹塑性分析的意义
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”
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5
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
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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8
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
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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9
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
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
北京迈达斯技术有限公司
2
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
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;
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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27
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
12
三折线
北京迈达斯技术有限公司
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
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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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。
北京迈达斯技术有限公司
有效持续时间一般为结构基本周期的5~10倍。
28
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
动力弹塑性
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。
建筑结构通用分析及设计软件
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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31
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
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;
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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14
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
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;
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10
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
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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11
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
静力弹塑性-定义塑性铰特性
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15
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
静力弹塑性-查看结果
性能点 能力谱
需求谱
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16
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
静力弹塑性-查看结果
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;
骨架曲线
力 屈服强度 屈服点 B 初始破坏 K0:Ini.Stiff. D A 变形 残余抵抗 E
应变 强化
C
FEMA
本构关系 双折线 屈服点 P1 P1 P2
双折线
钢筋混凝土/ 型钢混凝土 极限弯矩Mu 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
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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33
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
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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6
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
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;
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17
技术讲座
建筑结构通用分析及设计软件
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
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场地类别 I0 0.25 0.30 0.35 I1 0.30 0.35 0.40 Ⅱ 0.40 0.45 0.50 Ⅲ 0.50 0.60 0.70 Ⅳ 0.70 0.80 0.95
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建筑结构通用分析及设计软件
动力弹塑性
如何选波? 1. 初步判断:有效峰值加速度
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
截面均需单独定义;
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建筑结构通用分析及设计软件
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
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
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建筑结构通用分析及设计软件
动力弹塑性
动力弹塑性分析步骤
定义时程荷载工况;
定义时程荷载函数; 定义地面加速度; 定义非弹性铰特性值; 分配非弹性铰特性值;
分析并查看结果;
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动力弹塑性
定义时程荷载工况
分析类型;
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静力弹塑性
基本概念及原理
技术讲座
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静力弹塑性
静力弹塑性分析步骤
静力分析; 查看整体指标(周期,振型,7个主要比值等); 结构设计并查看超筋超限信息; 定义静力弹塑性分析工况; 定义塑性铰特性; 分配塑性铰特性; 运行静力弹塑性分析并查看结果;
13
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建筑结构通用分析及设计软件
静力弹塑性-分配塑性铰特性
三种铰对比(梁弯矩铰)
•
梁截面:400*800; E:3*107 ; I=0.0170667m4; L=4.2m;
2500 2000 FEMA
1500
bilinear 1000 500 0 -5.2E-17 0.01 0.02 0.03 trilinear
•
My = Vy - Px
弯矩图
不考虑P-Delta效 果的情况 考虑P-Delta效果 的源自文库况
变形前
变形后
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建筑结构通用分析及设计软件
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-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
≤
(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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动力弹塑性
定义时程荷载函数
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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。
选择所有匹配单元
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34
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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弹塑性分析 在midas Gen中的实现
北京迈达斯技术有限公司 市场部 侯晓武
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目录
弹塑性分析的意义 两种弹塑性分析方法比较 静力弹塑性分析 动力弹塑性分析
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1
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弹塑性分析的意义
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”
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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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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、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;
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
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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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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
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。
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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;
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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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;
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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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静力弹塑性-定义塑性铰特性
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性能点 能力谱
需求谱
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静力弹塑性-查看结果
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;
骨架曲线
力 屈服强度 屈服点 B 初始破坏 K0:Ini.Stiff. D A 变形 残余抵抗 E
应变 强化
C
FEMA
本构关系 双折线 屈服点 P1 P1 P2
双折线
钢筋混凝土/ 型钢混凝土 极限弯矩Mu 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
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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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;
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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