Gen做弹塑性分析

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MIDAS GEN静力弹塑性分析

MIDAS GEN静力弹塑性分析

✓ 不考虑混凝土的抗拉能力
目录
Contents
Why What How Result
如何做弹塑性分析? 3. 塑性铰/纤维
墙纤维- 钢筋本构模型 fy: 钢筋强度设计值; E1: 钢筋屈服前刚度;
弹性模量值-混规表4.2.5
Q&A
E2: 钢筋屈服后刚度;
α= E2/E1: --0.01,接近于理想弹塑性;
如何做弹塑性分析?
1、荷载工况
初始荷载 加载模式
2、分析
步长控制 终止条件
3、 塑性铰/纤维 4、 结果查看 5、 常见问题
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Contents
Why What How Result Q&A
如何做弹塑性分析?
1.荷载条件
1.1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;
➢ 初始荷载最好分步施加(5~10 步);
目录
Co静nt力e弹nt塑s性
Why
如何做弹塑性分析? 1. 荷载条件
加载模式
What
(1)振型: 做特征值分析,提取基本模态;
How Result Q&A
(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; (4)层剪力:
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
目录
Contents
Why
如何做弹塑性分析? 3. 塑性铰/纤维

静力弹塑性分析(Pushover分析)两种方法剖析

静力弹塑性分析(Pushover分析)两种方法剖析

静力弹塑性分析(Pushover 分析)■ 简介Pushover 分析是考虑构件的材料非线性特点,分析构件进入弹塑性状态直至到达极限状态时结构响应的方法。

Pushover 分析是最近在地震研究及耐震设计中经常采用的基于性能的耐震设计(Performance-Based Seismic Design, PBSD)方法中最具代表性的分析方法。

所谓基于性能的耐震设计就是由用户及设计人员设定结构的目标性能(target performance),并使结构设计能满足该目标性能的方法。

Pushover 分析前要经过一般设计方法先进行耐震设计使结构满足小震不坏、中震可修的规X 要求,然后再通过pushover 分析评价结构在大震作用下是否能满足预先设定的目标性能。

计算等效地震静力荷载一般采用如图2.24所示的方法。

该方法是通过反应修正系数(R)将设计荷载降低并使结构能承受该荷载的方法。

在这里使用反应修正系数的原因是为了考虑结构进入弹塑性阶段时吸收地震能量的能力,即考虑结构具有的延性使结构超过弹性极限后还可以承受较大的塑性变形,所以设计时的地震作用就可以比对应的弹性结构折减很多,设计将会更经济。

目前我国的抗震规X 中的反应谱分析方法中的小震影响系数曲线就是反应了这种设计思想。

这样的设计方法可以说是基于荷载的设计(force-based design)方法。

一般来说结构刚度越大采用的修正系数R 越大,一般在1~10之间。

但是这种基于荷载与抗力的比较进行的设计无法预测结构实际的地震响应,也无法从各构件的抗力推测出整体结构的耐震能力,设计人员在设计完成后对结构的耐震性能的把握也是模糊的。

基于性能的耐震设计中可由开发商或设计人员预先设定目标性能,即在预想的地震作用下事先设定结构的破坏程度或者耗能能力,并使结构设计满足该性能目标。

结构的耗能能力与结构的变形能力相关,所以要预测到结构的变形发展情况。

所以基于性能的耐震设计经常通过评价结构的变形来实现,所以也可称为基于位移的设计(displacement-based design)。

2-midas的弹塑性分析

2-midas的弹塑性分析

应用程序
midas Gen
midas Building sap、etabs Pkpm midas Gen
midas Building
Perform 3D sap、etabs
pkpm abaqus
主要区别
1 能直接做剪力墙结构(按刚臂+ 柱弹簧模型) 2 适用工程类型广泛 1 能直接做剪力墙结构(按纤维 模型) 2 可按更准确层剪力模式加载 3 针对多高层结构 墙需要用组合框架代替,操作相 对复杂。 没有振型的加载方法。
荷载
等差级数对应的 增分荷载
将最终(n+1)步骤的增分量作为后 面的增分荷载
预测的坍塌荷载 Qud*X
分析获得的 最终荷载(坍塌荷载) Qu
弹性极限 位移
基于荷载增分法的Pushover分析
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大 震 分 析 软件概况
方法
优缺点
优点: 1 简单方便、概念清晰 2 计算效率高 3 整理结果较为容易
静力弹塑性分 缺点: 1 只适合多层结构

2 不能准确计算出铰顺序 3 不能反映结构的动力特性
高层结构 空间结构 体育场
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建模及进行静力分析
步骤同“钢筋混凝土结构抗震分析及设计”
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MIDASGen 中做Pushover 分析的步骤

MIDASGen 中做Pushover 分析的步骤

问: 在MIDAS/Gen中做Pushover分析的步骤?
答: Pushover Analysis 中文又称为静力弹塑性分析或推倒分析。

在MIDAS/Gen中混凝土结构和钢结构的静力弹塑性分析的步骤不尽相同。

混凝土结构的静力弹塑性分析步骤为分析->设计->静力弹塑性分析。

钢结构的静力弹塑性分析步骤为分析分析->静力弹塑性分析。

即混凝土结构必须经过配筋设计之后才能够做静力弹塑性分析,因为塑性铰的特性与配筋有关。

设计结束后,静力弹塑性分析的步骤如下:
1. 在静力弹塑性分析控制对话框中输入迭代计算的控制数据。

2. 定义静力弹塑性分析的荷载工况。

在此对话框中可选择初始荷载、位移控制量、是否考虑重力二阶效应和大位移、荷载的分布形式(推荐使用模态形式)。

3.定义铰类型(提供标准类型,用户也可以自定义)
4.分配塑性铰。

用户可以全选以后,按"适用"键。

5. 运行静力弹塑性分析。

6. 查看分析曲线。

midas building弹塑性分析

midas building弹塑性分析

第三代结构设计解决方案
9
技术讲座
静力弹塑性
z 塑性铰特性
第三代结构设计解决方案
单轴铰与多轴铰; 铰成分:
梁:My, Mz; 柱:P‐M‐M相关;
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支撑:轴力
10
技术讲座
静力弹塑性
z 弹塑性本构曲线
第三代结构设计解决方案
FEMA
本构关系 双折线
三折线
双折线
屈服点
钢筋混凝土/ 型钢混凝土
一般:DL+0.5LL; FEMA: DL+0.25LL; ¾ 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; ¾ 初始荷载最好分步施加 (5~10步);
6
技术讲座
静力弹塑性
z 考虑几何非线性
北京迈达斯技术有限公司
第三代结构设计解决方案
¾ 高规审批稿 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;
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
中震 0.12
0.23
0.34
0.45
0.68
0.90
大震 0.28
0.50
0.72
0.90
1.20
1.40
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23
技术讲座
第三代结构设计解决方案
17
技术讲座
静力弹塑性
第三代结构设计解决方案
z 墙纤维‐ 剪切模型
Building中剪切破坏判断标准:

动力弹塑性分析方法及其在结构设计中的应用

动力弹塑性分析方法及其在结构设计中的应用

计算软

MIDAS Gen
PERFORM-3D
STRAT
不同软件弹塑性应用特点比较
表4
ABAQUS
LS-DYNA
材料模 型 梁柱 构件
剪力墙 构件
采用软件自带的材料模型
塑性铰或者纤维单元
需要进行等代 单向或者双向纤维
处理
宏单元
纤维单元
面内分块纤维 单元
自定义材料子程 序
纤维单元
非线性分层壳
软件自带或者用户二次开发 集中塑性铰或纤维模型
工程问题 动力弹塑性分析
多尺度分析 数值风洞模拟 连续倒塌模拟
结构专业 仿真软件 ABAQUS
PERFORM-3D ANSYS
Midas Gen FLUENT/CFX MSC.MARC
商业软件在工程领域的应用
表1
建筑专业
工程问题
仿真软件
建筑能耗
PHOENICS
声、光环境
烟雾扩散 人员疏散
RAYNOISE
(1)或
即结构分别承受两种激励——地面加速度
和外力=
——的运动方程是相同的。
2.3 基于ABAQUS软件的数值模型
在ABAQUS软件中,梁柱等单元一般都采用内置的纤维梁单元直接模拟(图4)。对于单积分点纤 维单元,单元长度的划分受塑性区长度限制。而显式分析的时间步长受单元长度影响,对于梁端、柱 端,其划分长度接近截面高度,此时积分步长达到了10-5s量级。如采用集中塑性铰模型,则单元长度不 再受限于塑性区。以LS-DYNA软件为例,对于梁、柱构件仅采用两个单元,就可以模拟跨中、端部塑性 发展,此时积分步长可以达到10-4s量级。
注: 为刚度矩阵; 为阻尼矩阵; 向量; 为节点加速度向量。

midasGen钢结构施工阶段分析

midasGen钢结构施工阶段分析

④ 混合结构
11.3.3 竖向荷载作用计算时,宜考虑钢柱、型钢混凝土(钢管混凝土)柱与钢筋混凝土核心筒竖 向变形差异引起的结构附加内力,计算竖向变形差异时宜考虑混凝土收缩、徐变、沉降及施工调 整等因素的影响。
• 条文说明:外柱与内筒的竖向变形差异宜根据实际的施工工况进行计算。在施工阶段,宜 考虑施工过程中已对这些差异的逐层进行调整的有利因素,也可考虑采取外伸臂桁架延迟封 闭、楼面梁与外周柱及内筒体采用铰接等措施减小差异变形的影响。在伸臂桁架永久封闭以 后,后期的差异变形会对伸臂桁架或楼面梁产生附加内力,伸臂桁架及楼面梁的设计时应考 虑这些不利影响。
不均匀变形引起的附加应力
需要对结构进行加固处理
W
wL2
wL2
12
12
L
+
6EI
L2
6EI
L2
L
16 /13
有限元软件施工模拟的实现
1.2为什么要考虑施工阶段模拟?
施工模拟 实现方法
3D3S
有专门的施工 模拟模块
SAP2000
有专门的施工 模拟模块
优缺点
主要针对钢结构 后处理不够强大
后处理与中国 规范结合不好
4、施工阶段分析控制
最终施工阶段: 选择用哪个施工阶段的结果与其他荷载工况(如地震、风荷载等)进 行组合。 从施工阶段分析结果的恒荷载中分离出的荷载工况 施工阶段的分析结果,除收缩徐变和预应力松弛外,都保存在CS :恒荷载下;在此将特定工况结果从CS:恒荷载中分离出来,保 存在CS:活荷载下; 荷载组合时,施工阶段活载采用与使用阶段活载相同的组合系数;
外伸桁架的上下弦构件和柱的连接
20
拼装工程
① 拼装工程 通过拼装过程的模拟分析,分析构件应力和支座反力的变化。

MIDAS-Gen动力弹塑性分析

MIDAS-Gen动力弹塑性分析

¾ 地震波: El Centro
¾ 分析时间: 12 秒
图1. 分析模型
3

例题 动力弹塑性分析

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
主菜单选择 文件>新项目 主菜单选择 文件>保存: 输入文件名并保存 主菜单选择 工具>单位体系: 长度 m, 力 kN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:
¾ 轴网尺寸:见平面图
¾ 柱:
300x300
¾ 主梁: 200x300
¾ 混凝土: C30
¾ 层高: 一~二层 :3.0m
图30 节点位移时程图表
25

例题 动力弹塑性分析

3:主菜单选择 结果>时程分析结果>时程分析图形: 层数据图形,以图形方式查看各层在地震波作用下各时刻所分担的地震剪力 方向:X轴方向(Y轴方向) 层:2层 时程工况:SC1
图31 定义层剪力时程函数
图32 层剪力时程图表
26

图13 分配楼面荷载
6:主菜单选择 结果>荷载组合: 自定义荷载组合“组合”,荷载工况系数:DL(ST),1.0;LL(ST),0.5
图14 自定义荷载组合
12



7:主菜单选择 荷载>由荷载组合建立荷载工况:
图15 使用荷载工况建立荷载组合
8:主菜单选择 视图>激活>全部激活 视图>显示: 荷载 查看输入的荷载
图12 按层激活
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12
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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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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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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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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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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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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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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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
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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;
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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
125
220
310
400
510
620
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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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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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弹塑性分析 在midas Gen中的实现
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