Gen做弹塑性分析
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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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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；
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
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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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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；
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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
截面均需单独定义；
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32
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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
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10
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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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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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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；
•
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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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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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
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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；
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20
动力弹塑性
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；
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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；
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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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
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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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
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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建筑结构通用分析及设计软件
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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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；
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
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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
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；
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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；
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。
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
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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；
是否满足“强柱弱梁，强剪弱弯”
设计地 震分组 第一组 第二组 第三组
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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
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
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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
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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。
三折线
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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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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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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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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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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
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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静力弹塑性-定义塑性铰特性
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静力弹塑性-查看结果
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；
•
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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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-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
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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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
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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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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
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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静力弹塑性
基本概念及原理
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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；
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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
技术讲座
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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；
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
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。
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
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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；
是否满足“强柱弱梁，强剪弱弯”
设计地 震分组 第一组 第二组 第三组
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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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动力弹塑性
如何选波？ 1. 初步判断：有效峰值加速度
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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。