静力弹塑性分析在gen中实现

结构查看-能力谱和需求谱
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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；
结构查看-能力谱和需求谱
《 抗 规 》5.1.4 条 ， 计 算
混凝土结构：0.05 钢结构：(抗规8.2.2） 罕遇地震作用时，特征周 期应增加0.05s
H<50m: 0.04
H=50~200m: 0.03 H>200m: 0.02
2、Procedure-B方法
1)首先假定一个位移延性系数，使用位移延性系 数计算结构的有效周期和有效阻尼，获得有效周 期线（直线）与弹塑性需求谱（使用有效阻尼计 算）的交点 2）这样一系列的交点的连线与能力谱的交点就是 最终的性能点
结构查看-能力谱和需求谱
1、等效阻尼
2、有效阻尼
3、有效周期
4、非弹性需求谱
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
结果查看
• 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 0.04 0.08 0.12 0.16 0.24 0.32
判断位置 计算效率
墙的顶部和底部 高
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；
静力弹塑性-分配塑性铰特性
定义Pushover铰特性值中的特性值不是真实值。 要查看真实值，需要到分配的铰特性值中查看。
中震
大震
0.12
0.28
0.23
0.50
0.34
0.72
0.45
0.90
0.68
1.20
0.90
1.40
结果查看
利用构件剪力和层间位移的关系，评价构件塑性变形能力
结果查看
关键查看步奏名称（PP）
结果查看
关键查看靠近性能点分析步骤处的相关内力
结果查看
• 铰状态查看结果
接近性能点出步骤
D/D1 、D/D2分别为实际发 生变形值与第1屈服和第2屈 服的比值 发生屈服前，塑性变 形均显示为零 双折线和三折线塑性铰状态
静力弹塑性-分配塑性铰特性
如何理解刚度折减系数与初始刚度 刚度折减系数：
α1：构件开裂后刚度折减为初始弹性刚度的百分比 α2：构件屈服后刚度折减为初始弹性刚度的百分比 参考：《混规》GB50010-2010 附录B.0.5 梁：0.4 柱：0.6 剪力墙肢及核心筒墙肢：0.45
静力弹塑性-分配塑性铰特性
判断结构是否满足“强柱弱梁/强剪弱弯/强墙肢弱连梁”
静、动力弹塑性分析比较
比较内容
静力弹塑性
动力弹塑性
施加荷载
加载方式 材料特性
等效静力荷载
单向递增 单方向 双折线，三折线，FEMA
地震波
往复加载 多向（双向/三向） 滞回模型
总结：1、静力弹塑性分析，不考虑荷载的往复效应，能力谱是荷载位移曲线推导出的单自由度体系的能力谱，非线性精确度受限 2、概念易理解、计算效率高、操作简单
对剪力墙按照墙号进行配筋； 塑性铰特性值计算需考虑钢筋特性，按墙号分
配更加合理
静力弹塑性-定义塑性铰特性
•
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
强化
应变
C
FEMA
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
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
静力弹塑性-定义Pushover荷载工况
• 加载模式
（1）模态 做特征值分析，提取基本模态；
（2）加速度常量
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）归一化模态*质量
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
本构关系 双折线 三折线
屈服点 P1 P1 P2
静力弹塑性-定义塑性铰特性
•
骨架曲线
墙铰
墙铰 （Gen） 内力（弯矩，剪力） 判断内容 墙纤维 （Building） 应力/应变 单元（划分网格后） 整个构件 钢筋（屈服） 混凝土（压碎） 剪力墙（剪切破坏） 每个单元 低
结构查看-能力谱和需求谱
•

性能点
能力谱

需求谱
结构查看-能力谱和需求谱
• 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；
结构查看-能力谱和需求谱
ATC-40能力谱法（CSM）： Procedure A：直接迭代计算有 效阻尼 Procedure B：延性比的假定和 有效周期计算有效阻尼
2 EI L
静力弹塑性-分配塑性铰特性
如何理解刚度折减系数与初始刚度 初始刚度：
（1）仅有一端有弯矩作用时
M a EI 4 2 a 0 2 4 L b
适用情况：一端固接一端铰接
Ma
3EI L a
静力弹塑性-分配塑性铰特性
如何理解刚度折减系数与初始刚度 初始刚度：
结构查看-能力谱和需求谱
距性能点最近步骤数； 查看铰状态时重点关注该步骤 结果。
结果查看
• 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
如何理解刚度折减系数与初始刚度 初始刚度：
（1）两端弯矩相同方向相反时
M a EI 4 2 a M 2 4 L b b
适用情况：两端固接 注意：L为单元长度。
•
• •
Ma
6 EI L a
6 EI 单元未分割： L
分割两段 分割三段
3EI L
（1）两端弯矩相同，且符号相同
M a EI 4 2 a M 2 4 L b b
Ma
2 EI L a
适用情况：短梁、深梁等全长范围内弯矩符号相同
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;
结果查看
•

塑性铰分布
FEMA: B（屈服）、IO 、 LS 、 CP 、 C 、 D 、 E（完全破坏） 双折线；1-yield（屈服） 三折线： 1-yield（开裂）、2-yield（屈服）


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；
静力弹塑性-Pushover主控数据
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； 一般：DL+0.5LL； FEMA: DL+0.25LL；
（高规3.11.4）

2500 2000 FEMA
1500
bilinear 1000 500 0 -3.82E-17 trilinear
0.01
0.02
0.03

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 ;
目录

静力弹塑性分析的意义 静力弹塑性分析的目的


两种弹塑性分析方法比较
静力弹塑性分析原理及流程

静力弹塑性分析的意义
基于性能的抗震设计
弹性分析方法（基底剪力法和反应谱法）：基于荷载设计，满足规范要求的极 限承载能力 静力弹塑性分析（pushover分析）：基于位移设计，以某种目标性能为设计 控制目标
静力弹塑性-定义塑性铰特性
• 塑性铰特性
弯矩-曲率集中： 只能考虑单元两端的塑性 弯矩成分每个单元设置三 个积分点，中央点为弹性
积分点位置：端部
积分点位置：中心
静力弹塑性-定义塑性铰特性
• 塑性铰特性

铰成分：
梁：My（Mz）; 柱：P-M-M相关； 墙：My（P-M-M相关）, Fz; 支撑：Fx;
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；
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；
什么类型的项目要做弹塑性分析？
《抗规》5.1.2
什么类型的项目要做弹塑性分析？
《抗规》5.5
采用静力还是动力弹塑性分析？
《高规》第3.11.4条：结构弹塑性计算分析除应符合本规程第5.5.1条的规 定外，尚应符合下列规定 1 高度不超过150m的高层建筑可采用静力弹塑性分析方法；高度超过 200m时，应采用弹塑性时程分析法；高度在150m~200m之间，可视结构 自振特性和不规则程度选择静力弹塑性或弹塑性时程分析方法。高度超过 300m的结构，应有两个独立的计算，进行校核。 2 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。 3 弹塑性时程分析宜采用双向或三向地震输入。
静力弹塑性-定义塑性铰特性
Pushover剪力墙塑性铰按照墙号进行分配
2013 : 分配铰特性值 按照单元
按单元分配塑性铰
不分割 分割为2段 分割为3段
2014 :分配铰特性值 按照墙号
按墙号分配塑性铰
不分割 分割为两段 分割为3段
(1个塑性铰特性)
(2个塑性铰特性)
(3个塑铰特性)
(一个塑性铰特性) (一个塑性铰特性) (一个塑性铰特性)
什么类型的项目要做弹塑性分析？
根据规范，一般《高规》《抗规》对于超高、超限或复杂受力结构要求 《抗规》5.1.2 ， 《抗规》 5.5 《高规》3.11.4， 《高规》5.5.1 与结构高度、规则性、场地等等都有关
业主方要求
报告赏析1 报告赏析2
什么类型的项目要做弹塑性分析？
《高规》5.5.1
高度（m） ≤150 可采用静力弹 塑性 150～200 可视结构的不 规则程度选择 静力或时程分 析法 >200 应采用弹塑性 时程分析法 >300 应由两个独立 的计算进行校 核
分析方法
静力弹塑性 基本概念及原理
静力弹塑性
•

静力弹塑性分析流程
静力分析 静力分析满足规范要求
• •
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；
• 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：My（P-M-M相关）, Fz; 支撑：Fx;
静力弹塑性-定义塑性铰特性
• 塑性铰特性
梁柱铰 弯矩-旋转角——集中铰 横向荷载作用下，弯矩一般两端最大， 塑性铰集中发生在两端

弯矩-曲率 集中：单元两端 分布： 全长分布； 按积分点设置铰位置，1-20个积分点； 可考虑全长塑性； 同一单元不同内力成分铰数量可不同
和钢筋混凝土滞回特性有关
振动持续时间 短 长 新建建筑物 A B 已建一般建筑 物 B C 已建成破损建 筑物 C C
结构查看-能力谱和需求谱
1、Procedure-A方法
1）首先获得能力谱的初始切线刚度直线与阻尼 为5%的弹塑性需求谱的交点，将该交点作为初 始性能点 2）计算初始性能点上的等效阻尼及有效阻尼， 利用有效阻尼计算弹塑性需求谱，并获得弹塑 性需求谱与能力谱的交点，即获得新的性能点 3）反复计算上述过程，当性能点上的响应位移 和响应加速度满足程序内部设定的误差范围时， 将该步骤的性能点作为最终的性能点
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
静力弹塑性-定义Pushover荷载工况
• 分析终止条件
达到最大步骤数 达到极限层间位移角 达到最大位移 • 指定节点 能够代表结构整体变形的关键
竖 向构件的顶点；
• 指定最大位移方向
静力弹塑性-定义塑性铰特性
静力弹塑性分析的目的
1． 检验和评价结构在各地震水准下的反应性能
抗震设防目标：小震不坏，中震可修，大震不倒
2． 基本找到罕遇地震下的薄弱部位并对其抗倒塌能力进行判断
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；
3． 了解塑性铰的形成规律，针对性的优化结构布置，采取抗震措施