sap2000彈塑性分析方法

1、SAP2000彈塑性分析方法運(yùn)用總結(jié)結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)一般可通過三個(gè)方面來實(shí) 現(xiàn)，一種是增加結(jié)構(gòu)的截面和剛度來“抗震，此 地.時(shí)如果要使結(jié)構(gòu)在大震作用下保持彈性狀態(tài)，結(jié)構(gòu)需 要具有如右圖所示的承載能力，此時(shí)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)截面 會(huì)變得非常不經(jīng)濟(jì)；第二種方法是容許結(jié)構(gòu)發(fā)生一定 的塑性變形，并保證結(jié)構(gòu)不發(fā)生倒塌的耐震設(shè)計(jì)（或叫延性設(shè)計(jì)）；第三種方法是通過一些裝置（如阻尼器、隔振裝置等）來吸收能量的減震或 隔震設(shè)計(jì)。當(dāng)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有一定的延性時(shí)， 大震作用下部分構(gòu)件會(huì)發(fā)生屈服，此 時(shí)結(jié)構(gòu)的周期會(huì)變長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)周期的變長(zhǎng)反過來減小了地震引起的慣性力，即塑性 錢的出現(xiàn)吸收了部分地震能量，從而避免了結(jié)構(gòu)的倒塌。對(duì)結(jié)

2、構(gòu)抗震性能的評(píng)價(jià) 以往多從強(qiáng)度入手，但結(jié)構(gòu)在發(fā)生屈服后仍具有一定的耗能和變形能力，因此用能夠反映結(jié)構(gòu)延性和耗能能力的變形評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的抗震性能應(yīng)更為合適。通過動(dòng)力彈塑性分析我們不僅要了解結(jié)構(gòu)發(fā)生屈服和倒塌時(shí)的地震作用的大小，同時(shí)也要了解結(jié)構(gòu)的變形能力（彈塑性層間位移角、延性系數(shù)等）、構(gòu)件的變形能力、較 出現(xiàn)順序等，從而實(shí)現(xiàn)“小震不壞、中震可修、大震不倒”的三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)。目的：1）評(píng)價(jià)建筑在罕遇地震下的抗震性，根據(jù)主要構(gòu)件的塑性破壞情況和整體 變形情況，確認(rèn)結(jié)構(gòu)是否滿足性能目標(biāo)的要求。2）研究超限對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，包括罕遇地震下的最大層間位移；3）根據(jù)以上分析結(jié)果，針對(duì)結(jié)構(gòu)薄弱部位和薄弱構(gòu)件提

3、高相應(yīng)的加強(qiáng)措施。彈塑性分析兩種方法：1、靜力彈塑性方法push-over2、動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2010（以下簡(jiǎn)稱抗規(guī)）第1.0.1條中規(guī)定 了三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)為 小震不壞、中震可修、大震不倒抗規(guī)5.5.2條中分 別規(guī)定了 應(yīng)進(jìn)行彈塑性變形驗(yàn)算和宜進(jìn)行彈塑性變形驗(yàn)算的結(jié)構(gòu)?？挂?guī) 第5.1.2條第3款規(guī)定對(duì)于特別不規(guī)則的建筑、甲類建筑和抗規(guī)表 5.1.2-1所 列高度范圍的高層建筑，應(yīng)采用時(shí)程分析法進(jìn)行多遇地震（小震）下的補(bǔ)充計(jì)算。高層混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ3-2010第3.3.4條也有相關(guān)規(guī)定。.靜力彈塑性方法 push-over基本原理:Pushover的分析

4、方法(擬動(dòng)力推覆法),主要基于兩本手冊(cè),一本是由美 國應(yīng)用技術(shù)委員會(huì)編制的混凝土建筑抗震評(píng)估和修復(fù)(ATC-40),另一本是由美國聯(lián)邦緊急管理廳出版的房屋抗震加固指南(FEMA273/274%混凝土塑性較本構(gòu)關(guān)系和性能指標(biāo)來自于ATC- 40,鋼結(jié)構(gòu)塑性較本構(gòu)關(guān)系和性能指標(biāo)來自 于(FEMA273/274)，而Pushover方法的主干部分，即分析部分采用的是能力譜法 來自于ATC-4Q其主要步驟如下：(1)用單調(diào)增加水平荷載作用下的靜力彈塑性分析，計(jì)算結(jié)構(gòu)的基底剪力-頂點(diǎn) 位移曲線(圖1(a)。(2)建立能力譜曲線對(duì)不很高的建筑結(jié)構(gòu)，地震反應(yīng)以第一振型為主，可用等效單自由度體系 代替原結(jié)構(gòu)。

5、因此，可以將曲線轉(zhuǎn)換為譜加速度-譜位移曲線，即能力譜曲線(圖1(b)圖I hi而曲端和癥”諧之間的仁耀1 n - 小式十分別為拈悔制 作肘臼振邛步用牧孤可態(tài)噴a.%艮俎四沙結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)仲柞.Nt H苫詞-%- i其中 1UJM就的城立用 里1中餐點(diǎn)E的捱幄露 一*型1斗鼻值融冊(cè)息的振幅.(3)建立需求譜曲線需求譜曲線分為彈性和彈塑性兩種需求譜。對(duì)彈性需求譜，可以通過將典型(阻尼比為5%)加速度Sag應(yīng)譜與位移Sd反應(yīng)譜畫在同一坐標(biāo)系上(圖2(a), 根據(jù)彈性單自由度體系在地震作用下的運(yùn)動(dòng)方程可知Sa和$必間存在下面的關(guān)系(4)性能點(diǎn)的確定利用有效阻尼系數(shù)計(jì)算響應(yīng)譜的譜折減系數(shù).將能力譜曲線和某一水

6、準(zhǔn)地震的需求譜畫在同一坐標(biāo)系中(見圖4),兩曲線的交點(diǎn)稱為性能點(diǎn)，性能點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的位移即為等效單自由度體系在該地震作 用下的譜位移。將譜位移按式(1)轉(zhuǎn)換為原結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)位移，根據(jù)該位移在原結(jié) 構(gòu)VB Urffl線的位置,即可確定結(jié)構(gòu)在該地震作用下的塑性較分布、桿端截面的曲率、總側(cè)移及層間側(cè)移等，綜合檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)的抗震能力。若兩曲線沒有交點(diǎn)，說明結(jié)構(gòu)的抗震能力不足，需要重新設(shè)計(jì)。SAP200巡序中的地震反應(yīng)譜與我國建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB500112010)的地震反應(yīng)譜表達(dá)方式略有不同，需經(jīng)等效后換成程序中的系數(shù)，程序中的反 應(yīng)譜如圖5所示。+加載形式二.動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析基本原理：時(shí)程分析法又稱直接動(dòng)

7、力法，在數(shù)學(xué)上又稱步步積分法。是由初始狀態(tài)開始 一步一步積分直到地震作用終了，求出結(jié)構(gòu)在地震作用下從靜止到振動(dòng)以至到達(dá)最終狀態(tài)的全過程。它與底部剪力法和振型分解反應(yīng)譜法的最大差別是能計(jì) 算結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件在每個(gè)時(shí)刻的地震反應(yīng)(內(nèi)力和變形)。當(dāng)用此法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，將地震波作為輸入。地震波的峰值應(yīng)反映建筑物所在 地區(qū)的烈度，而其頻譜組成反映場(chǎng)地的卓越周期和動(dòng)力特性。當(dāng)?shù)卣鸩ǖ淖饔幂^ 為強(qiáng)烈以至結(jié)構(gòu)某些部位強(qiáng)度達(dá)到屈服進(jìn)入塑性時(shí)， 時(shí)程分析法通過構(gòu)件剛度的 變化可求出彈塑性階段的結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形。 這時(shí)結(jié)構(gòu)薄弱層間位移可能達(dá)到最大 值，從而造成結(jié)構(gòu)的破壞，直至倒塌。作為高層建筑和重要結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的一種 補(bǔ)

8、充計(jì)算，采用時(shí)程分析法的主要目的在于檢驗(yàn)規(guī)范反應(yīng)譜法的計(jì)算結(jié)果、彌補(bǔ)反應(yīng)譜法的不足和進(jìn)行反應(yīng)譜法無法做到的結(jié)構(gòu)非彈性地震反應(yīng)分析。彈塑性力學(xué)方程：M u+ C u+ Ku = F(l)式中：u為節(jié)點(diǎn)位移向量，結(jié)構(gòu)連續(xù)體的位移場(chǎng)可通過節(jié)點(diǎn)位移向量求得； M為 質(zhì)量矩陣；C為阻尼矩陣；K為剛度矩陣；F為外力向量函數(shù)；t為時(shí)間變量。地 震作用時(shí)，F(xiàn)-其中巴為地面運(yùn)動(dòng)加速度，即地震波。三、5#北塔彈塑性時(shí)程分析模型建立轉(zhuǎn)換路徑：從YJK-ETABS-SAP2000,YJ微基本靜力計(jì)算，ETABST做 彈性時(shí)程分析，SAP200喊彈塑性時(shí)程分析。YJK15.0可直接YJK- SAP2000這樣有利于模型

9、方便的建立。確保模型準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換過來的模型存在大量問題，需要注意檢查，基本靜力計(jì)算(D /L/W/modle/E Q)。建議不對(duì)墻元進(jìn)行劃分，導(dǎo)入 sap以后 手動(dòng)劃分，再用面束縛功能粘接不共點(diǎn)的面。樓板仍可采用殼單元， 為使導(dǎo)荷更實(shí)際，可對(duì)殼進(jìn)行12m左右劃分；并對(duì)框架在節(jié)點(diǎn)處形 成分析節(jié)點(diǎn)，解決樓板及次梁位移協(xié)調(diào)。盡量簡(jiǎn)化模型，盡量自己建立模型，保留主要抗側(cè)力構(gòu)件比對(duì)彈塑性模型與原模型，包括自重、包活載、截面大小、材料屬性。導(dǎo)過來的 模型只是幾何模型，有的參數(shù)還是錯(cuò)的，這些參數(shù)必須自己更正。工況名稱類型DEAD1Linear SlavicLIVELinear StaticW.Linear St

10、aticWLinear StaticMODALMedalEXResponse SpectrumEYReiponie： SpectrumACASE1Nonlineat Direct lrtegra(ion Hittor/PdNonlinedf Static修改質(zhì)量源來自荷載(取重力荷載代表值1.0D+0.5L )設(shè)置荷載模式及工況及荷載組合校對(duì)靜力分析結(jié)果就結(jié)構(gòu)周期、模態(tài)、基底反力、各單工況位移等于原模型比對(duì)，誤差5蛆內(nèi)較合理，超出檢查原因修改。阻尼設(shè)置瑞利阻尼，質(zhì)量及剛度比例系數(shù)，混凝土結(jié)構(gòu)阻尼 0.050.07。一、 時(shí)程函數(shù)定義此時(shí)地震波以右下角單位一致，若與罕遇地震峰值單位不一致，在荷載

11、工程中調(diào)整，也可以調(diào)整峰值數(shù)值大小。地震波的選取十分重要，應(yīng)按照規(guī)范選取。2.塑性較定義構(gòu)件較定義SL橫向變形A點(diǎn)A總是原點(diǎn)4點(diǎn)B代表屈服。在上升到點(diǎn)B較內(nèi)沒有變形，無論對(duì)點(diǎn)B指定何種變形值。在點(diǎn)B的位移（轉(zhuǎn)動(dòng)）將從點(diǎn)C、D和E的變形中減去。只有超過點(diǎn) B的 塑性變形將被較顯現(xiàn)。4點(diǎn)C代表校的極限承載力。4 點(diǎn)D代表錢的殘余強(qiáng)度。4點(diǎn)E代表完全失效。超過點(diǎn)E,較將荷載降至在E點(diǎn)下水平軸的點(diǎn)F。4 點(diǎn)IO （立即使用），LS （生命安全），和CP （防止倒塌）首先設(shè)定材料非線性本構(gòu)關(guān)系（混凝土規(guī)范附錄C2.3、C2.4）,塑性較基于材 料本構(gòu)設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)及滯回曲線原則。 復(fù)雜截面應(yīng)自己定義屈服面，

12、如型鋼混凝土 柱等。梁較M3柱較P-MM? 容許準(zhǔn)則即確認(rèn)塑性錢的轉(zhuǎn)動(dòng)限值，參考 FEMA35廢5-6、表5-7、表6-7、表 6-8 及表 6-18.6-7Modfel加!0 PiEmE&n and Num后胃&捕 Acceptjnce Criten fcr NnlinrRejufoged ConcreteConditionsldpdHng cnwtgr交aczptang Criwri3Plattic Rotaucn Angk. radian(ResidualSlrtnglhR*。Plastic Rotation Angle, rardinserformanc* L*v*lIOCompcrw

13、nt TyosPrimarySecontUry13bcLSCPLSCFI. Beams carrtrcJltd by n4xurt10miTransRiir-QQc3Q250.05020.010QQ2005Q80.05sQ.OcC.D20.04D2J cotDO Ij 0.020.D40.5c0,5GD.0150.02020.005QQoatsQ.02Q.ONC230 020.03D.23 0050.010 020 02D.D3sO.OMC:160.01CJ013D2OODIfl0M0.010 010.015SC.5NO6Q,0D5Q.01020.0015QU0,0050.D05QQ1力哥丈I

14、EWirt3 f 后可胸仔斷電Vi1Il Ftefll_IfaMWAUKn I_ F|j*cSfm瑜的漫則；詢 in帆JIHg1五71上同：嫌白可招聘色U噸IBFI feuLdu鞋 S -r SM7H 一冊(cè)營4ar HTO5S 5|h m i：33.分層殼定義分層殼單元簡(jiǎn)介：分層殼單元基于復(fù)合材料力學(xué)原理，將一個(gè)殼單元?jiǎng)澐殖?很多層（圖1）,各層可以根據(jù)需要設(shè)置不同的厚度和材料性質(zhì)（混凝土、鋼筋 等）。在有限元計(jì)算時(shí)，首先得到殼單元中心層的應(yīng)變和曲率，然后根據(jù)各層材 料之間滿足平截面假定，由中心層應(yīng)變和曲率得到各層的應(yīng)變， 進(jìn)而由各層的材 料本構(gòu)方程得到各層相應(yīng)的應(yīng)力，并積分得到整個(gè)殼單元的內(nèi)

15、力。分層殼單元考 慮了面內(nèi)彎曲一面內(nèi)剪切一面外彎曲之間的耦合作用， 比較全面的反映了殼體結(jié) 構(gòu)的空間力學(xué)性能。縱向鋼筋橫向鋼筋由于剪力、縱向鋼筋層橫向鋼筋層連梁中的受彎縱筋和箍筋及其 X形鋼筋骨架等，如對(duì)每根分布鋼筋都采用桿系單元建模，則工作量極大。而通過在分層殼單元中輸入適當(dāng)?shù)匿摻顚?，用“?散”鋼筋模型來考慮分布筋影響，是一個(gè)比較可行的方法。依據(jù)需要，進(jìn)行簡(jiǎn)化。小 法芭上汽*1嗎T分何日KS幻楠瞥？ 一i-ncFn*J限 _J|2n 口:Lr*i|Ltaa 三1Con占Q401klemtiEe1J.iJ|QLinexaWnnlr umLr-M,1 口岫川1%klmlLitfieIULihedhi sac WeLihzT“ta21藻1 1klfimhfltt*!IflONmlhftnii EmEqIB=i113111klemhangTQUn的rIhaal(LiriEr二口止12n 削t 1kiemtime1密Ncrine