框筒弹塑性时程分析
某超高层框筒结构动力弹塑性分析
扭转 Ｙ向平动
＿ 平动 ＝ ｒ向
１ １ １ ２
０４ ９９ ．Ｏ ０ ３６０ ．５
０ ３４８ ．９ Ｏ Ｏ ３５９ ．４ Ｏ
０４８ ．０ ２ ０３７ ．６ ５
扭转 向平动
３ 动 力弹 塑性分 析 结果
３ １ 地 震 波 时程 曲线 ．
２ ３ 结 构 位 移 和 位 移 比 ． 结构高度为 １９ １ｉ； ９ ． ｎ 结构 形式 为框 筒结构 ； 结构设计使用年 限为 结构位移计算结果见表 ３ 。 ５ ０年 ； 建筑抗震设防分类为重点设 防类 ； 建筑 高度类别 为超 Ｂ级 高度 ； 设 防烈度 ７度； 筑场 地类 别 Ⅲ类 ； 地 土特 征周期 抗震 建 场 ０ ４ ； ．５ｓ剪力墙抗震等级特一级 ， 架柱抗震 等级 一级 。 框
３ ２ 层 间位移 角 ．
层 间 位 移 角 结 果 图 见 图 １ 。
ａ】 架 铰 出 铰 示 意 图 框 ｂ） 力墙 出铰 示 意 图 剪
图 ４ 第 ３ 结构 出铰示意 图 ０ｓ
噬
４ 结语
通过以上 动力 弹塑性计算分析 ， 可以得 出以下结 论 ： １ 弹塑性 时程分析结 果表 明 ， ） 结构 竖立不倒 ， 主要抗侧 力构
＇向地震作用 ， 剪 力／ Ｎ ｋ 弯矩／ Ｎ・ ｋ ｍ
１ ８ ８５ ８ １ ０ ７５ ｏ ｌ ９ ８８ ２ １９ ９ １ ６ ５ ４ １９ ９ Ｏ ０ １ ０ １９ ９ ３ ９ ８ Ｏ
Ｏ
．
Ⅲ类 Ｏ８ ． 特一级
程序名称 ｌ ４ ６
Ｓ ＷＥ ＡＴ
ＥＡ Ｓ ＴＢ
ＭＩ ＤＡＳ
１ ｌ ９ ／ ３ ３
ｌ ３ ／ｌ２ ９
１ ８６ ／７
钢框架在三向地震作用下的弹塑性时程分析
图l2 F i g .l2
楼层最大竖向层间位移
M axi mu m vertical st orey dis Pl ace ment
Si ngle t ower rect angle- Pl ane f ra me 表l 算例l 的分类
Table .l
算例号 例l（ a） 例l（b ）
c l assificati on of Exa mPle l
计算内容
仅沿) 方向输入 E l centr o 波的 NS 分量 分别沿 x、 l centr o 波的 E W、 NS 分量 ) 方向输入 E
T ｛ （ !｝ !｝ 4） w = Aw ｛ 在各边的分析当中， 得到直边的弹塑性本构关系
Nw Mw
记作
=
［K
K nn
mn
Kn m K mm
w
! w
w "
（ 5）
｛ （ S｝ !｝ 6） w= K w｛ w 则由式 （ （ ， （ ， 可得薄壁截面的本构关系为 2） 4） 6）
N MI I MN
T A wK w Aw
M i = mi y ci 0
mFi
0 0 0 0 mW i 为动力刚度矩阵， 通过静力凝聚而成， 由于柱 S 单元的轴力与双向弯矩的耦合及梁单元的存在， 结
90
华 南 理 工 大 学 学 报（自 然 科 学 版）
第30 卷
构的水平动力刚度与竖向动力刚度是耦合的. 基于 上述 理 论 编 制 了 高 层 建 筑 弹 塑 性 时 程 分 析 程 序 并做了如下计算. HBTA ，
J= l00 326 .25 > l0 3 kg・ m2 ； 4 !l3 层 m = 262 . 38 > l0 3 kg ， J= l2 3l6 > l0 3 kg ・ m2 . 按表 l 输入 E l 波， 共计算 步 （ ） 波的加速 centr o 300 6 s .E l centr o
框架核心筒结构动力弹塑性时程分析
３ ７
框 架 核 心 简 结 构 动 力 弹 塑 性 时 程 分 析
王 慧英
（ 东建设职 业技术学院土木工程 系， 广 州 广 ５ ４ ０） １ ４ ０
【 摘
要 】 利用 Ｐ Ｒ Ｏ Ｍ一 Ｄ软件实现 了超高层建筑 结构 的动力 弹塑 性时 程分析 ， Ｅ ＦＲ ３ 将结 构 的抗震 性能 引
性 分析 方 法 显 得 力 不 从 心 ， 们 逐 渐 开 始 重 视 动 力 弹 塑 性 人
三折线模 型 ， 回过程根据应 变修正 耗能指 标 ， 虑滞 回过 滞 考
程 中 的循 环退 化 。
分析方 法的理论 研究和工 程应 用 。弹塑性 时程 分析 是将地 震波直接输 入 ， 过 逐步 积 分 法求 解结 构 每一 步 地震 响应 通 的方法 ， 它被认 为是 目前 结 构 弹塑 性 分析 的 最可 靠 和最 精 确的方法 ， 不仅 能对结构 进行 定性 分析 ， 且 同时又可 给 它 而
ｅ ｒｈｑ ａ ｅ ａｔ ｕ ｋ ． Ｋｅ ｒ ｓ： ｙ ｍｉ ｌｓｉ — ｌ ｓｉ ｈ ｅ ａ ｔ—ｅ ｓ ｃ ｐ ｒｏ ｍａ ｅ；ＰＥＲＦＯＲＭ－ ｙ ｗｏ ｄ ｄ ｎａ ｃ ｅａ ｔｃ ｐ ａ ｔ ｃ；ｔ ｎ ｉｓ ｉｍｉ ｅ ｒ ｎｃ ｆ ３Ｄ
对 于 目前 工程 中遇到 的许 多超 限结 构 分析 ， 力 弹 塑 静
ｉａ ｓｔｅｓ ｕｔｒ ’ ｒｐ ｒｅ ｂｅ ｔ ｅｏ ｓ ｎ ｉｇｕ ｒ ｈ ｎｓｖｒ ａｔｑ ａ ｅ ｎ ｅ ｅｓｖｒ ｄ ｔ ｔ ｃ ｅ Ｓｐｏ ｅｔ ｓｏｊｃｉ ｆ“ ｔ ｄｎ ｐ ｇｔｉ ｅｅｅｅ ｒ ｕ ｋ ”ｕ ｄ ｒ ｈ ｅ ｅｅ ｅ ｈ ｒ ｕ ｉ ｖ ａ ｉ ｈ ｔ
弹塑性分析输出结果解读
0.50
0.25
加速度
0.00
10
20
30
40
-0.25 0
10
20
30
40
50
60
-0.50
-0.75
时间 （s）
-1.00
时间 （s）
加速度
1.00 0.75
0.25
US169
0.20
抗震规范反应谱 US169
US052 AS735-1
地震反应谱系数
0.50
0.25
0.15
0.00 -0.25 0
Y向 28526.1 26916.6 26380.7 20581.3 94%
最小值/ 规范谱 105%
7Hale Waihona Puke %平均值/ 规范谱 98%
86%
2021/3/11
9
楼层弯矩
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
500000 1000000 1500000 2000000 2500000 3000000 3500000
结构时程分析 输入地震准则和输出结果解读
2021/3/11
1
时程分析法三要素
1. 输入地震波准则：输入地震波不确定性数 量、特征要求；
2. 计算模型和计算方法：本构关系、屈服模 型、积分方法、阻尼取值、地震输入方式 、计算结果摘取；
3. 输出结果：楼层剪力、弯矩、位移分布、 剪重比之比、顶点位移比(弹性/弹塑性)、 损伤程度（损伤因子，应力应变）、顶点 位移时程之比(弹性/弹塑性)、周期变化。
US052 US169 AS735-1 规范谱
型钢框架混凝土核心筒和钢框架支撑核心筒结构弹塑性时程分析
型钢框架混凝土核心筒和钢框架支撑核心筒结构弹塑性时程分析第十届中日建筑结构技术交流会南京型钢框架一混凝土核心简和钢框架一支撑核心简 结构弹塑性时程分析王斌张翠强吕西林同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学结构工程与防灾研究所AbstraCtCurrently noIllinear time llistory amlySis of seismic analysis of mgh-rise buildingshas b een widely use 也but itS amlysis methodS still rleed deVel 叩ment and improVement ． Sino-Japanese S 饥JcturalEngine 甜ng Con6毒rence decided to iIlitiate a nonlinear time histo 呵analysis conlpmtive study in 20 l 2，andt11en organized eight corplofatio 璐at home and abroad for the same case study ．In this paper ，the two cases ，steel reinf ．orced coIlcrete 丘arr 圮-concrete tIl_be smlcture and steel 台arIle-braced n|be s 仃uctllre ，were analyzed based onso 胁are NosaCAD20 l 0 and Midas Building respectiVely ．The nonliTlear time 11istoD ，analysis with7孕oundmotio 璐、Ⅳas 训edout under me rarely ear 廿1quake with inteIlsit)，8．The def ．0丌】[】ation and damagedeVel 叩mentof the s 虮lctllre we 陀stlldied ． Key 帅rds Hybrid stru 【c 咖； noIllinear ti 眦llisto 巧amlysis ；s eisIIlic perf ．0nmnce1引言2012年中日建筑结构技术交流会中日双方研究决定进行中日高层建筑结构弹塑性时程的算例对 比分析活动，组织了国内外8家单位对相同案例进行分析比较【l 】。
YJK动力弹塑性时程分析详解
目标最佳。
2 弹塑性时程分析流程
完整的弹塑性时程分析过程如下图所示，程序提供下图所有功能模块，计算完成后以图 形和表格的方式输出超限结构弹塑性分析报告所用数据。
线弹性分析 与设计
分析与设计 施工图
选择地震波
3组或7组
弹塑性时程 分析
生成数据
含钢筋数据
动力方程求解
NewMark数 00200 -0.00200 -0.00100 -0.00100 -0.00100 -0.00100 -0.00100 -0.00100 -0.00100 0.00000 -0.00100 0.00000 -0.00000 -0.00100 -0.00100 -0.00100 -0.00100 -0.00100 -0.00100 -0.00100 -0.00100 -0.00100 -0.00100 0.00000 -0.00200 0.00200 0.00100 -0.00000 -0.00100 … 对话框中参数应按如下方式设置： 步长设置：0.02； 故数据起始行号：5，因前 5 行数据为说明行； 一行数据个数：5。
4.1.2 地震波选择
弹塑性动力时程分析结果，对地震波的依赖程度比较高。同一结构，采用不同的地震波， 计算结果可能有非常明显的差异。依据《高规》[4]5.5.1 条第 6 款：进行动力弹塑性计算时， 地面运动的加速度时程的选取、预估罕遇地震作用时的峰值加速度取值以及计算结果的选用 应符合该规程第 4.3.5 的规定。
MIDAS钢筋混凝土框架动力弹塑性分析
例题动力弹塑性分析2 例题. 钢筋混凝土框架动力弹塑性分析概要此例题将介绍利用MIDAS/Gen做动力弹塑性分析的整个过程，以及查看分析结果的方法。
此例题的步骤如下:1.简要2.设定操作环境及定义材料和截面3.用建模助手建立模型平面4.生成框架柱5.楼层复制及生成层数据文件6.定义边界条件7.输入楼面荷载8.定义结构类型9.定义质量10.定义配筋11.定义及分配铰特性值12.输入时程分析数据13.运行分析14.查看结果例题 动力弹塑性分析31.简要本例题介绍使用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：轴网尺寸：见平面图 柱: 300x300 主梁： 200x300 混凝土： C30 层高： 一～二层 ：3.0m 地震波： El Centro分析时间： 12 秒图1 分析模型例题动力弹塑性分析4 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1.主菜单选择文件>新项目2.主菜单选择文件>保存:输入文件名并保存3.主菜单选择工具>单位体系:长度 m, 力 kN图2 定义单位体系4.主菜单选择模型>材料和截面特性>材料：添加：定义C30混凝土材料号：1 名称：C30 规范：GB(RC)混凝土：C30 材料类型：各向同性5.主菜单选择模型>材料和截面特性>截面：添加：定义梁、柱截面尺寸注：也可以通过程序右下角随时更改单位。
例题 动力弹塑性分析5图3 定义材料图4 定义梁、柱截面例题动力弹塑性分析6 3.用建模助手建立模型主菜单选择文件>新项目主菜单选择模型>结构建模助手>框架：输入：添加x坐标，距离3，重复2；添加z坐标，距离3，重复2；编辑： Beta角，90度；材料，C30；截面，200x300；生成框架；插入：插入点，0，0，0；Alpha，－90。
弹塑性时程分析
弹塑性时程分析方法将结构作为弹塑性振动体系加以分析，直接按照地震波数据输入地面运动，通过积分运算，求得在地面加速度随时间变化期间内，结构的内力和变形随时间变化的全过程，也称为弹塑性直接动力法。
基本原理多自由度体系在地面运动作用下的振动方程为：式中、、分别为体系的水平位移、速度、加速度向量；为地面运动水平加速度，、、分别为体系的刚度矩阵、阻尼矩阵和质量矩阵。
将强震记录下来的某水平分量加速度－时间曲线划分为很小的时段，然后依次对各个时段通过振动方程进行直接积分，从而求出体系在各时刻的位移、速度和加速度，进而计算结构的内力。
式中结构整体的刚度矩阵、阻尼矩阵和质量矩阵通过每个构件所赋予的单元和材料类型组装形成。
动力弹塑性分析中对于材料需要考虑包括：在往复循环加载下，混凝土及钢材的滞回性能、混凝土从出现开裂直至完全压碎退出工作全过程中的刚度退化、混凝土拉压循环中强度恢复等大量非线性问题。
基本步骤弹塑性动力分析包括以下几个步骤：(1) 建立结构的几何模型并划分网格；(2) 定义材料的本构关系，通过对各个构件指定相应的单元类型和材料类型确定结构的质量、刚度和阻尼矩阵；(3) 输入适合本场地的地震波并定义模型的边界条件，开始计算；(4) 计算完成后，对结果数据进行处理，对结构整体的可靠度做出评估。
计算模型在常用的商业有限元软件中，ABAQUS、ADINA、ANSYS、MSC.MARC都内置了混凝土的本构模型，并提供了丰富的单元类型及相应的前后处理功能。
在这些程序中一般都有专用的钢筋模型，可以建立组合式或整体式钢筋。
以ABAQUS为例，它提供了混凝土弹塑性断裂和混凝土损伤模型以及钢筋单元。
其中弹塑性断裂和损伤的混凝土模型非常适合于钢筋混凝土结构的动力弹塑性分析。
它的主要优点有：(1) 应用范围广泛，可以使用在梁单元、壳单元和实体单元等各种单元类型中，并与钢筋单元共同工作；(2) 可以准确模拟混凝土结构在单调加载、循环加载和动力荷载下的响应，并且可以考虑应变速率的影响；(3) 引入了损伤指标的概念，可以对混凝土的弹性刚度矩阵进行折减，可以模拟混凝土的刚度随着损伤增加而降低的特点；(4) 将非关联硬化引入到了混凝土弹塑性本构模型中，可以更好的模拟混凝土的受压弹塑性行为，可以人为指定混凝土的拉伸强化曲线，从而更好的模拟开裂截面之间混凝土和钢筋共同作用的情况；(5) 可以人为的控制裂缝闭合前后的行为，更好的模拟反复荷载作用下混凝土的反应。
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绘制对象 在平面视图中即可完成该模型的对象绘制工作；通过捕捉功能可以实现精确建模；通过
一层/相似层/所有层 属性间的切换，可以提高建模的效率。构件的定位可参考图 1、2。 绘制柱可采用命令：绘图>绘制梁/柱/支撑对象>快速绘制柱； 绘制梁、连梁可采用命令：绘图>绘制梁/柱/支撑对象>快速绘制梁/柱 或 绘图>绘制梁
限于篇幅，本文未对每一步的实现做具体而完整的说明，仅给出了关键步骤的说明或提 示。所以用户可能需要在熟悉 ETABS 2016 的基本操作之后再使用本手册。关于基本操作， 大家可以参考《ETABS 案例教程——混凝土框架-剪力墙结构 》和《ETABS 案例教程——钢 结构》（下载地址：/Support/CaseCourse.aspx），或者软件自带的教程 手册。
30
30
配筋信息 箍筋直径 （mm）
10
10
纵筋
12φ20 顶部 4φ22 底部 4φ18
2
连梁 埋设梁
LL200X400 Embeded_Beam
ETABS 案例教程：框架-核心筒结构 PUSHOVER 分析
200 X 400
30
顶部 4φ22 10
底部 4φ22
200 X 400
——
——
——
注：此处的配筋信息与塑形铰属性密切相关，要点详解中将解释程序计算塑形铰属性的原则。
更多信息和此文档的副本可从以下获得： 北京筑信达工程咨询有限公司
北京市古城西街 19 号研发主楼 4 层 100043 电话：86-10-6892 4600
传真：86-10-6892 4600 - 8 电子邮件：support@
网址：
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定义材料 材料信息可参考材料属性一节的内容。 命令为：定义>材料属性。 模型采用的材料见图 5。
图 5 材料属性
定义截面 截面信息可参考截面信息一节的内容。 定义框架截面的命令为：定义>截面属性>框架截面。 定义的框架截面见图 6、7、8。
4
ETABS 案例教程：框架-核心筒结构 PUSHOVER 分析 图 6 框架柱截面 图 7 框架梁截面
III
框架-核心筒结构弹塑性时程分析
本教程旨在指导用户利用 ETABS 2016 完成对框架-核心筒结构的弹塑性时程分析，包括 相关属性定义、指定，荷载加载，工况设置，结果查看等工作。希望通过具体操作使用户了 解并掌握 ETABS 2016 静力弹塑性分析的基本功能，如塑性铰、分层壳定义，弹塑性时程工 况设置，结果性能查看等。本文对结构构件塑性行为的模拟方法有一定代表性，但并不是唯 一。用户在深入了解程序的技术条件后，可根据实际工程情
单元类型
混凝土层 厚度（mm）
非底部加强区 剪力墙
W200
薄壳
200
约束边缘构件
W200_Layer_Edge
分层壳
200
剪力墙
非约束边缘构
W200_Layer
分层壳
200
件剪力墙
楼板名称为 F100，采用膜单元，厚度为 100mm。
1.3 荷载信息
Dead、Live 荷载模式下各层楼面均布荷载均为 5kN/m2。
2 主要操作流程.......................................................................................................................3 2.1 建立基本模型............................................................................................................3 2.2 定义、指定塑性铰....................................................................................................9 2.3 定义、指定分层壳..................................................................................................13 2.4 定义、绘制埋设梁..................................................................................................15 2.5 定义时程工况..........................................................................................................16 2.6 定义时程函数..........................................................................................................20 2.7 运行分析..................................................................................................................21 2.8 查看时程分析结果..................................................................................................22
图 2 结构平面布置
1.1 材料属性
本模型混凝土材料统一采用 C40，钢筋材料统一采用 HRB400。材料的属性均采用默认 值。
1.2 截面信息
框架截面信息如下表所示：
截面类型
框架柱 框架梁
截面名称
KZ400X400 KL200X400
尺寸(mm) 400 X 400 200 X 400
净保护层厚 度（mm）
我们将持续丰富案例种类。对于本教程的内容和需要增加的案例类型，欢迎您提出您的 意见和建议，不胜感谢！联系方式如下：
技术热线：010-6892 4600 - 200 技术邮箱： support@
II
ETABS 案例教程：框架-核心筒结构弹塑性时程分析
目录
1 模型概况...............................................................................................................................2 1.1 材料属性....................................................................................................................2 1.2 截面信息....................................................................................................................2 1.3 荷载信息....................................................................................................................3
5
图 8 连梁截面
定义楼板截面的命令为：定义>截面属性>楼板截面。 定义的楼板截面见图 9。
图 9 楼板截面