上海MOU项目弹塑性分析报告

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上海浦东国际机场T2航站楼弹塑性时程分析

上海浦东国际机场T2航站楼弹塑性时程分析

引言
上海浦东国际机场二期航站楼“慧眼 ”,为上海市重大市政工程 。它是钢 - 混凝土组合结构 ,由上部的 钢屋盖和下部的两层混凝土框架结构组成 。
该航站楼的钢屋盖同时覆盖楼前的高架道路 ,平面投影尺寸为 414 m (纵向 ) ×217 m (横向 ) 。在横向 , 整根多跨连续张弦梁跨越三个混凝土结构单元 ,平面投影尺寸达 217 m ,三跨连续梁跨度分别为 46. 85 m、 89 m、46. 85 m ,屋檐标高为 32. 2 m , 不设结构缝 ;而沿纵向每 72 m 或 90 m 设置一条结构缝将整个屋盖分成
图 1 浦东国际机场 T2航站楼 X3, Y3段 Fig. 1 X3 and Y3 regions of T2 Building of Shanghai Pudong International A irport
本文所分析的区段上 ,屋架主体为 10榀交截面曲形箱梁 ,上弦基本箱梁截面宽度从 300 mm 到 1 622 mm, 箱梁高度从 768 mm到 2 288 mm,上弦杆为 600~200 ×300 mm的焊接箱型管 ,下弦为 100~180 mm的拉索钢拉 杆 ,通过铸钢结点同腹杆及上弦箱梁形成混合结构屋架 [1 ] 。
由于柱受双向弯矩作用并受轴力变化影响 ,柱弹塑性段采用纤维模型 ,纤维模型中的混凝土本构模型如 图 3所示 。钢和钢筋纤维采用二折线模型 ,并考虑屈服强化 。
对于屋盖中二力杆也采用纤维模型来反映其弹塑性受力 - 变形情况 。 分析对象中杆件截面复杂多样 ,包括钢和混凝土柱 、梁 ,钢管柱等 ,建模过程中使用了 NosaCAD2005的 任意截面编辑工具 ,绘制复杂杆件截面 ,并自动生成截面纤维模型参数或截面弯矩 - 曲率骨架曲线折线模型 参数 。部分截面纤维模型如图 4所示 。

非线性3弹塑性分析报告

非线性3弹塑性分析报告

弹塑性分析在这一册中,我们将详细地介绍由于塑性变性引起的非线性问题--弹塑性分析,我们的介绍人为以下几个方面:•什么是塑性•塑性理论简介•ANSYS程序中所用的性选项•怎样使用塑性•塑性分析练习题什么是塑性塑性是一种在某种给定载荷下,材料产生永久变形的材料特性,对大多的工程材料来说,当其应力低于比例极限时,应力一应变关系是线性的。

另外,大多数材料在其应力低于屈服点时,表现为弹性行为,也就是说,当移走载荷时,其应变也完全消失。

由于屈服点和比例极限相差很小,因此在ANSYS程序中,假定它们相同。

在应力一应变的曲线中,低于屈服点的叫作弹性部分,超过屈服点的叫作塑性部分,也叫作应变强化部分。

塑性分析中考虑了塑性区域的材料特性。

路径相关性:即然塑性是不可恢复的,那么这种问题的就与加载历史有关,这类非线性问题叫作与路径相关的或非保守的非线性。

路径相关性是指对一种给定的边界条件,可能有多个正确的解—内部的应力,应变分布—存在,为了得到真正正确的结果,我们必须按照系统真正经历的加载过程加载。

率相关性:塑性应变的大小可能是加载速度快慢的函数,如果塑性应变的大小与时间有关,这种塑性叫作率无关性塑性,相反,与应变率有关的性叫作率相关的塑性。

大多的材料都有某种程度上的率相关性,但在大多数静力分析所经历的应变率范围,两者的应力-应变曲线差别不大,所以在一般的分析中,我们变为是与率无关的。

工程应力,应变与真实的应力、应变:塑性材料的数据一般以拉伸的应力—应变曲线形式给出。

材料数据可能是工程应力()与工程应变(),也可能是真实应力(P/A)与真实应变()。

大应变的塑性分析一般采用真实的应力,应变数据而小应变分析一般采用工程的应力、应变数据。

什么时候激活塑性:当材料中的应力超过屈服点时,塑性被激活(也就是说,有塑性应变发生)。

而屈服应力本身可能是下列某个参数的函数。

•温度•应变率•以前的应变历史•侧限压力•其它参数塑性理论介绍在这一章中,我们将依次介绍塑性的三个主要方面:•屈服准则•流动准则•强化准则屈服准则:对单向受拉试件,我们可以通过简单的比较轴向应力与材料的屈服应力来决定是否有塑性变形发生,然而,对于一般的应力状态,是否到达屈服点并不是明显的。

弹塑性分析实例

弹塑性分析实例

1. 弹塑性分析中的主要问题ABAQUS 提供了多种材料的本构关系和失效准则模型弹塑性变形行为:Abaqus 默认的采用屈服面来定义各项同性屈服金属材料的弹塑性行为:σε-曲线:(四个阶段) 弹性阶段:p σσ≤,应力应变服从胡克定律:E σε=p e σσσ≤≤,σε-不再是线性关系,卸载后变形完全消失,仍属于弹性变形 屈服阶段:屈服阶段表现为显著的塑性变形,此阶段应力基本不变,应变不断增加,屈服现象的出现于最大切应力有关系,屈服极限为s σ强化阶段:材料恢复抵抗变形的能力,使它继续变形必须增加拉力,强度极限为b σ 局部变形阶段:b σσ≥后,在试样的某一局部范围内,横向尺寸突然急剧减小,形成缩颈现象卸载定律,冷作硬化(比例极限得到提高,退火后可消除)伸长率5%δ≤,称为脆性材料;5%δ≥,称为塑性材料强度极限b σ是衡量脆性材料的唯一指标,脆性材料主要用作受压杆件,破坏处发生在与轴线成45︒的斜截面上,而塑性材料主要用作受拉杆件。

应以应力和名义应变:(以变形前的界面尺寸为基础)0nom F A σ= nom o l l ε∆=真实应力和真实应变与名义量的关系:(1)true nom nom σσσ=+ l n (1)tr u e n o m εε=+ 真实应变是由弹性应变和塑性应变组成的,定义塑性材料时,需用到塑性应变,其表达式为:1true pl true e true E σεεεε=-=-Abaqus 分析结果中对应的变量:真实应力:S,Mises 真实应变:对几何非线性问题,输出的是对数应变LE;几何线性问题,输出的是总应变E 塑性应变:等效塑性应变PEEQ ,塑性应变量PEMAG ,塑性应变分量PE 弹性应变:EE名义应变:NE在abaqus standard 中无法模拟构建塑性变形过大而破坏的过程弹塑性分析的基本方法:理想塑性:应力不变,应变持续增加;应尽可能的使材料的最大真实应力和塑性应变大于模型可能出现的应力应变值解决弹塑性分析中的收敛问题:在弹塑性材料商施加载荷时,如果此载荷会造成很大的局部变形(使用点载荷时尤其容易出现此问题),可能造成收敛问题。

(完整word版)Abaqus弹塑性分析简单实例

(完整word版)Abaqus弹塑性分析简单实例

Abaqus弹塑性分析简单实例
ABAQUS默认的塑性材料特性应用金属材料的经典塑性理论,采用MISES屈服面来定义各向屈服。

金属材料的弹塑性行为可以简述如下:在小应变时,材料性质基本为线弹性,弹性模量E为常数;应力超过屈服应力后,刚度会显著下降,此时材料的应变包括塑性应变和弹性应变两部分;在卸载后,弹性应变消失,而塑性应变是不可恢复的;如果再次加载,材料的屈服应力会提高,即所谓的加工硬化。

在abaqus中,等效塑性应变PEEQ大于0表明材料发生了屈服。

在工程结构中,等效塑性应变一般不应超过材料的破坏应变。

对于金属成形等大变形问题,应根据生产工艺要求来确定许可的等效塑性应变量。

需要注意的是在比例加载时,大多数材料的PEMAG和PEEQ相等。

这两个量的区别在于,PEMAG描述的是变形过程中某一时刻的塑性应变,与加载历史无关,而PEEQ是整个变形过程中塑性应变的累积结果。

下面我们以单向压缩过程的模拟来演示ABAQUS弹塑性仿真设置。

模型如图所示,压头用解析刚体来模拟,试样用SHELL来模拟。

采用轴对称模型。

试样的截面属性设置如下图所示,注意塑性应变必须从0开始。

在压头与试样之间定义无摩擦的接触。

固定对称轴
上的径向位移U1和底边的轴向位移U2。

压头是轴对称刚体,U2边界条件需要施加在压头的参考点上。

设定两个分析步,第一个分析步让压头与试样建立平稳的接触,设置压头下移-5.001mm。

第二个分析步,设定压头下移20mm。

具体如下图所示:
提交分析,结果如下图所示:有限元在线因为专注所以卓越。

建筑工程结构动力弹塑性时程分析

建筑工程结构动力弹塑性时程分析

建筑工程结构动力弹塑性时程分析摘要:本文主要对深圳某建筑工程结构动力弹塑性时程情况进行了分析,包括弹塑性分析方法、单元类型及有限元模型、抗震情况等,最后对该工程的总体抗震性能作出评价,并提出建议。

关键词:结构; 动力弹塑性; 时程分析; ABAQUSAbstract: this paper mainly to the shenzhen a building engineering structure dynamic elastic-plastic time history analysis, including elasto-plastic analysis method, the unit type and finite element model, such as seismic situation, and finally, the engineering of the overall seismic performance evaluation to make, and puts forward some Suggestions.Keywords: structure; Dynamic elastic-plastic; Time history analysis; ABAQUS 工程概况该项目位于深圳地铁3号线六约站原检修主厂房的上部,为12层的保障性住房。

原检修主厂房为纯框架结构水平向跨度为12m,竖向跨度为18m及21m。

层高12.3m,基础为人工挖孔桩。

本次设计是在原有已完工建筑基础上进行。

先设一层转换层,层高7.2m,然后是塔楼部分,均为12层,结构形式为剪力墙结构。

工程特点:一是转换结构,塔楼没有墙肢落地;二是大跨结构,混凝土转换梁最大跨度达21m;三是竖向刚度突变,首层层高12.3m,第二层层高7.2m。

结构动力弹塑性时程分析(一)弹塑性分析方法目前常用的弹塑性分析方法从分析理论上分有静力弹塑性(pushover)和动力弹塑性两类,从数值积分方法上分有隐式积分和显式积分两类。

上海地区基坑底部粉质黏土回弹变形参数分析

上海地区基坑底部粉质黏土回弹变形参数分析

Abstract:According to the rebound and recompression curve of compression test,the theoretical formulation to compute rebound modulus through rebound index and void ratio is given.The linear correlations of rebound index,compression index with plasticity index and specific penetration resistance for the silty clay of the fifth,sixth and eighth layer in Shanghai are observed according to a large number of survey
由图2可以看出,式(4)得到的 Er—R 曲线 与 潘 林有试验所得到的Er—R 曲线虽由于土性不同 在 数 值上有所差别,但曲线沿卸荷比变化 规 律 基 本 相 似, 随着卸荷比的增加,回弹模量不断减 小.由 此 可 证 明 式(4)能够正确反映回弹 模 量 Er 与 卸 荷 比 之 间 的 关 系 ,至 于 精 度 将 在 下 文 予 以 检 验 .
0017i00670003ip000514曾提出了一个利用塑性指数i来估算alpan从统计结果来个系列共12种试样的饱和黏性土进行了大量三轴及侧限压缩试验表明压缩指数15增长关压缩指数回弹指数与比贯入阻力关系cc和回弹指数ce与塑性指数ip之间存在较好的线性相schofield由于静力触探比贯入阻力是原位测试指标不受取样扰动和应力状态改变的影响深受工程界16也曾提出了一个压缩指数c关系式的欢迎国内岩土工程界很早就对静力触探比贯入阻力ps与地基承载力压缩模量和不排水抗剪强度之间的关系进行了大量的统计分析研究发现比贯00135ip国内白初始再固结体积压缩系数等变形参数影响的定量关系发现相关性较好
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目录1 工程概况 (64)1.1工程介绍 (64)1.2进行罕遇地震弹塑性时程分析的目的 (65)2分析方法及采用的计算软件 (65)2.1分析方法 (65)2.2分析软件 (65)2.3材料模型 (65)2.3.1 混凝土材料模型 (65)2.3.2 钢材本构模型 (66)2.4构件模型 (66)2.4.1 梁单元 (66)2.4.2 楼板模型 (67)2.5分析步骤 (67)2.6结构阻尼选取 (67)3 结构抗震性能评价指标 (68)3.1结构的总体变形 (68)3.2构件性能评估指标 (68)4 动力特性计算 (69)5 施工加载过程计算 (69)5.1施工阶段设置 (69)5.2施工阶段计算结果 (69)6 罕遇地震分析总体信息结果汇总 (70)6.1地震波选取 (70)6.2基底剪力 (72)6.3层间位移角 (74)6.3.1 左塔楼 (74)6.3.2 右塔楼 (78)6.4结构顶点水平位移 (82)6.5柱底反力 (85)6.8结构弹塑性整体计算指标评价 (86)7构件性能分析 (87)7.1钢管混凝土柱 (87)7.2斜撑 (87)7.3连梁 (88)7.3主要剪力墙 (89)7.4钢梁的塑性应变 (96)7.5楼板应力及损伤 (96)8 罕遇地震作用下结构性能评价.......................................... 99大成乡村图书馆/dclib 急需各类旧书捐赠1 工程概况1.1 工程介绍上海MOU——M塔楼(M),地下5层,地上33层,结构总高度为180m;主体结构采用框架-核心筒体系,外框架为圆钢管混凝土柱、钢框架梁。

钢管混凝土柱截面为Φ1200x1140~Φ900x860。

核心筒采用钢筋混凝土剪力墙体系,外墙厚750mm~400mm,内墙厚500mm~300mm,部分墙体内配置10mm厚钢板。

在32层以下,结构由左右两个塔楼构成,中间通过钢梁及6-7层、17-20层两道“人”字形斜撑连接,斜撑截面为BOX 560x1060x80x80。

上部主体结构分析时,以地下室顶板为嵌固端。

主要构件信息:(1)框架柱均采用圆钢管混凝土柱,混凝土强度等级为C60。

钢管为Q390。

(2)核心筒内连梁:⏹上下纵筋配筋率各为1.0%;⏹SATWE模型中有钢板的连梁需要考虑内嵌钢板(钢板尺寸20x600);⏹核心筒内其他主梁:上下纵筋配筋率各为1.0%;(3)楼板(C40):单向配筋率为0.3%。

(4)剪力墙(C60):⏹加强区(66m标高以下及巨型支撑层上下层(含支撑层)):✓暗柱纵筋配筋率为10%(含型钢);✓墙体的竖向和水平分布筋配筋率均为0.6%;⏹其他区域(66m标高以上):✓角部及与巨型支撑连接处的暗柱纵筋配筋率为5%,其他暗柱1.6%;✓墙体的竖向和水平分布筋配筋率均为0.35%;图1.2 标准层结构布置图图1.3 abaqus整体模型图1.4 桁架层图1.5 典型楼板单元剖分1.2 进行罕遇地震弹塑性时程分析的目的对此工程进行罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,以期达到以下目的:(1)评价结构在罕遇地震作用下的弹塑性行为,根据主要构件的塑性损伤和整体变形情况,确定结构是否满足“大震不倒”的设防水准要求;(2)根据结构在大震作用下的基底剪力、剪重比、顶点位移、层间位移角等综合指标,评价结构在大震作用下的力学性能;(3)检验混凝土墙肢在大震下的损伤,及钢筋的塑性发展情况;(4)检验钢管混凝土及钢结构构件在大震下的塑性情况;(5)分析斜撑的屈服和屈曲情况,检验是否满足预设构件性能目标;(6)研究特殊楼层混凝土楼板的损伤和钢筋塑性情况;(7)根据以上分析结果,针对结构薄弱部位和薄弱构件提出相应的改进措施,以指导结构设计。

2分析方法及采用的计算软件2.1 分析方法目前常用的弹塑性分析方法从分析理论上分有静力弹塑性(pushover )和动力弹塑性两类,从数值积分方法上分有隐式积分和显式积分两类。

本工程的弹塑性分析将采用基于显式积分的动力弹塑性分析方法,这种分析方法未作任何理论的简化,直接模拟结构在地震力作用下的非线性反应,具有如下优越性:(1)完全的动力时程特性:直接将地震波输入计算模型进行弹塑性时程分析,可以较好地反映在不同相位差情况下构件的内力分布,尤其是楼板的反复拉压受力状态;(2)完全的几何非线性:结构的动力平衡方程建立在结构变形后的几何状态上,可以精确的考虑“P-Δ”效应、非线性屈曲效应、大变形效应等非线性影响因素。

(3)完全的材料非线性:直接在材料应力-应变本构关系的水平上进行模拟,真实的反映了材料在反复地震作用下的受力与损伤情况;(4)采用显式积分,可以准确模拟结构的破坏情况直至倒塌形态。

2.2 分析软件以ABAQUS/STANDARD 和ABAQUS/EXPLICIT作为求解器,进行弹塑性计算。

ABAQUS是由美国HKS 公司研制开发的有限元软件之一,该软件精度高,具有较好处理非线性的能力。

2.3 材料模型2.3.1 混凝土材料模型混凝土材料采用弹塑性损伤模型,当混凝土材料进入塑性状态后,其拉、压刚度降低如图2.1、2.2,混凝土受拉、受压损伤系数分别由dt和dc表示;反复荷载下材料拉、压刚度的恢复如图2.3,当荷载从受拉变为受压时, 混凝土材料的裂缝闭合, 抗压刚度恢复至原有的抗压刚度; 当荷载从受压变为受拉时, 混凝土材料的抗拉刚度不恢复;混凝土材料轴心抗压和轴心抗拉强度标准值按《钢筋混凝土设计规范》附录C表4.1.3采用。

图2.1 混凝土受拉应力-应变曲线及损伤示意图()121,SDV dtSDV=-混凝土受拉损伤后的抗拉刚度系数为混凝土受拉损伤后的抗拉强度图2.2 混凝土受压应力-应变曲线及损伤示意图图2.3 混凝土拉压刚度恢复示意图2.3.2 钢材本构模型分析中,采用二折线动力硬化模型模拟钢材在反复荷载作用下的εσ-关系,并控制最大塑性应变为0.025,钢材的弹性模量为s E ,强化段的弹性模量为s E 01.0,如图2.4所示。

程序中考虑了在反复荷载作用下,钢材的包辛格(Bauschinger )效应。

图2.4 钢筋本构模型2.4 构件模型2.4.1 梁单元梁、柱、斜撑等线构件,采用截面纤维模型单元B31。

并考虑下述条件: 1) Timoshenko 梁, 考虑剪切变形;截面剪切刚度计算如下:kGA K =3α2) 采用上述混凝土弹塑性损伤模型本构关系;3) 转角和位移分别插值,是0C 单元,容易和同样是0C 单元的壳元连接;4) 采用GREEN 应变计算公式。

考虑大应变的特点,适合模拟梁柱在大震作用下进入塑性的状态。

5) 在梁、柱截面设有多个积分,用于反映截面的应力应变关系,截面积分点可由程序自动设置,也可以由人工自己定义,图2.5为几种标准截面积分点设置情况。

对于不规则截面则按图2.6方式定义。

箱形 圆形 矩形工字形 圆管 L 形图2.5 标准截面积分点设置()341,SDV dc SDV =-混凝土受压损伤后的抗压刚度系数为混凝土受压损伤后的抗压强度图2.6 任意截面积分点设置2.4.2 楼板模型楼板采用ABAQUS 中S4R 壳单元,可考虑下述条件: 1) 采用弹塑性损伤模型本构关系; 2) 可考虑多层分布钢筋;3) 转角和位移分别插值,是C 0单元,与梁单元的连接容易;可模拟大变形、大应变的特点,适合模拟剪力墙在大震作用下进入塑性的状态。

2.5 分析步骤根据工程在施工建造及使用过程中的实际情况,整个分析过程分为施工过程计算、“恒+0.5活”加载计算、地震波时程计算三个部分,其关系见下图:图2.7 分析步骤第一步:施工模拟计算。

分析中通过单元的“生”与“死”来实现施工阶段的结构受力模拟。

先建立整个模型,并根据结构体系的特点将整个结构分为几个施工阶段,每个施工阶段可以是几个楼层也可以是单个楼层。

然后将第一个施工阶段以外的构件“杀死”,求得第一个施工阶段完成后结构的应力状态。

依此步骤,再逐步添加各施工阶段的构件,从而求得整个结构施工完成后的应力状态。

施工过程分析是一个高度非线性求解过程,从加载之初就已经考虑了结构的材料非线性和几何非线性效应,并贯穿至整个分析过程。

第二步:“恒+0.5活”加载计算。

根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)第5.1.3规定,计算地震作用过程中,建筑的重力荷载代表值为恒载与0.5倍活载。

在时程计算过程中,竖向静载大小保持为“恒+0.5活”。

第三步:地震波时程计算。

采用设计院提供的2组人工波和5组天然波,其中每次计算均输入X 、Y 两个水平方向的地震波。

后文详细给出了每个地震波组所选用的地震波。

地震波的峰值按照上海市7度区加速度峰值200cm/s 2选用。

持续时间为40s ~70s ,满足大于结构第一自振周期(4.3s )5至10倍的要求。

地震波输入模型中,水平主次方向地震波加速度峰值比为1.0:0.85。

2.6 结构阻尼选取结构动力时程分析过程中,阻尼取值对结构动力反应的幅值有比较大的影响。

在弹性分析中,通常采用振型阻尼ξ来表示阻尼比,根据《建筑抗震设计规范》(GB5011-2010)规定及设计院提资要求,本结构在罕遇地震下的振型阻尼ξ取0.05。

实际在弹塑性分析中,由于采用直接积分法方程求解,故并不能直接输入振型阻尼。

通常的做法是采用瑞雷阻尼等效模拟振型阻尼,瑞雷阻尼分为质量阻尼α和刚度阻尼β两部分,其与振型阻尼的换算关系如下式:12122222βωβωααζωω=+=+ 上式中1ω和2ω为结构的第1、2阶圆频率。

为了得到准确的计算结果,正式进行动力弹塑性分析前,在弹性条件下,对比了振型阻尼和显式分析进行。

可以看到,弹性条件下,两种方法计算得到的结构顶点位移和基底剪力时程曲线规律基本相同,在达到最大值以前,时程曲线基本吻合。

因此瑞雷阻尼方法计算结果可靠,可以应用于工程分析。

3 结构抗震性能评价指标3.1 结构的总体变形根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)及设计院提资要求,罕遇地震作用下,按以下条件控制结构位移:(1)结构的最终状态仍然竖立不倒。

(2)层间位移角≤1/100;3.2 构件性能评估指标(1)混凝土柱:允许型钢与钢筋进入塑性,但最大塑性应变小于0.025;(2)剪力墙:允许部分剪力墙出现抗拉和抗压塑性损伤。

定义混凝土受压损伤系数<0.1,且损伤范围小于50%横截面宽度的情况为轻度损伤;受压损伤系数为0.1~0.5,且损伤范围小于50%横截面宽度的情况为中度损伤;50%横截面宽度的损伤系数>0.1的情况为比较严重损伤;(3)允许斜撑部分进入塑性,但是最大塑性应变应小于0.025.大震作用下斜撑不得屈曲。

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