動力彈塑性時程的方法及其應(yīng)用靜力彈塑性

動力彈塑性時程分析的方法及其應(yīng)用|靜力彈塑性分析動力彈塑性時程分析ABAQUS混凝土塑性損傷模型1.引言《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》5.5.2條規(guī)定對于特別不規(guī)則的結(jié)構(gòu)、板柱抗震墻、底部框架磚房以及高度不大于150m的高層鋼結(jié)構(gòu)、7度三、四類場地和8度乙類建筑中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)宜進行彈塑性變形驗算。對于高度大于150m的鋼結(jié)構(gòu)、甲類建筑等結(jié)構(gòu)應(yīng)進行彈塑性變形驗算?！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》5.1.13條也規(guī)定對于B級高度的高層建筑結(jié)構(gòu)和復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)如帶轉(zhuǎn)換層、加強層及錯層、連體、多塔結(jié)構(gòu)等宜采用彈塑性靜力或動力分析方法驗算薄弱層彈塑性變形。歷史上的多次震害也證明了彈塑性分析的必要性1968年日本的十橳沖地震中不少按等效靜力方法進行抗震設(shè)防的多層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)遭到了嚴(yán)重破壞1971年美國SanFernando地震、1975年日本大分地震也出現(xiàn)了類似的情況。相反1957年墨西哥城地震中1116層的許多建筑物遭到破壞而首次采用了動力彈塑性分析的一座44層建筑物卻安然無恙1985年該建筑又經(jīng)歷了一次8.1級地震依然完好無損。可以看出隨著建筑高度迅速增長復(fù)雜程度日益提高完全采用彈性理論進行結(jié)構(gòu)分析計算和設(shè)計已經(jīng)難以滿足需要彈塑性分析方法也就顯得越來越重要。2.現(xiàn)有彈塑性分析方法綜述2.1靜力彈塑性分析靜力彈塑性分析PUSH-OVERANALYSIS以下簡稱POA方法也稱為推覆法它基于美國的FEMA-273抗震評估方法和ATC-40報告是一種介于彈性分析和動力彈塑性分析之間四的方扁法拍濤其理論核心知是雖“借目標(biāo)位移呆法愚”夢和針“送承載力譜澤法康”服。好呢1受.睬計算方燈法殘姥(1鍋)稠建立結(jié)構(gòu)的計蒼算模型、構(gòu)件溜的物理參數(shù)和補恢復(fù)力模型院等疊數(shù)(2歸)提計算結(jié)構(gòu)在豎冠向荷載作用下顆的內(nèi)孕力徐例高這是豎向荷載集的作溫用器掃(3圈)宜建立側(cè)向荷載葵作用下的荷載晃分布形伍式軌耀將地震力等效折為倒三角或與布第一振型等效肢的水委平荷載模式。詞在結(jié)構(gòu)各層的狠質(zhì)心垮處溉良沿高度施加以蛙上形式的水平膏荷載。確定其吵大小的原則是蠅水平力產(chǎn)生的行內(nèi)力與前一步艱計算的內(nèi)力疊票加況后減案恰好使一個或棵一批桿件開裂肚或屈押服像死(4支)間對于開裂或屈節(jié)服的桿件對其維剛度進行修改靈后柜溫再增加一級荷贊載鑰晴又使得一個或誠一批捕桿件開裂或屈唱服住雄(5吩)齒不斷重復(fù)步譽驟錫淚3莖紹、黑正4山蛇削直至結(jié)構(gòu)達到比某一目標(biāo)位移咱或發(fā)生破療壞茂都將此時的結(jié)構(gòu)睜的變平形和承載力與千允許值比閉較楚四以此來判斷是芹否滿惕足至“信大震不要倒魯”拾的要求標(biāo)。躍回2垂.眼計算模區(qū)型叢安PO果A熟方法中結(jié)構(gòu)的粱彈塑性是通過匹定義構(gòu)件力和璃變形的關(guān)系曲咽線實現(xiàn)。對于叼梁和撞柱腹掠可以較健為準(zhǔn)確的模擬縣。但是對于剪忘力事墻落鑒一直沒有理想驚的計算模伸型召虧目前可以進啞行像PO能A舍的商用計艘算軟件包委括續(xù)MIDAS/濫GE班N好等洲壯是將剪力墻簡爬化為兩根剛體來梁通過非線性咐彈喇簧簽團包括軸向變供形、彎曲變形貸、剪切變形彈瞎簧揭澡連接的形右式洽評如污圖啄1午所廟示色眠相對于殼單元練而言比較粗糙蔑。而盯SAP200逝0擁、星ETAB強S義等程序目前只籃能對框架結(jié)構(gòu)領(lǐng)進穿行楊PO云A茅分砍析睜鈴對于帶剪力墻奔的結(jié)構(gòu)只能人社為簡化為桿系渠模擬。催3.PO向A產(chǎn)方法的優(yōu)缺城點滋稿該方法的優(yōu)點蔑是巡腹(1)臟嫁相比目前的承認(rèn)載力設(shè)計方宏法坑普PO升A坊可以估計結(jié)構(gòu)犧和構(gòu)件的非線何性變汽形低唇比承載力方法接近實際認(rèn)(2)式顯相對于彈塑性辰時程分湖析稿醒PO圈A想方法的概念、無所需參數(shù)和計詢算結(jié)果相對明巷確認(rèn)陣構(gòu)件設(shè)計禿和配筋是否合餐理能夠直觀的貫判側(cè)斷屋修易被工程設(shè)計假人員接齊受軍圾(3)里趣可以花費相對袍較少的時間和惰費用得到較穩(wěn)米定的分析結(jié)間果市粉減少分析結(jié)果鎖的偶然賞性釣鴉達串到工程設(shè)計所六需要的變形驗闖算精度皆。笛南該方法的缺點改是倒柄(1)禿PO易A結(jié)方法將地震的起動力效應(yīng)近似仇等效為靜態(tài)荷疾載繳蘭只能給出結(jié)構(gòu)列在某種荷載作井用下的鬧性烘能絹睛無法反映結(jié)構(gòu)打在某一特定地戶震作用下的表桿現(xiàn)方戴以及由于地震喂的瞬時變化在塊結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生砍的剛度退化和扒內(nèi)力重分布等篩非線性動力反各應(yīng)鋒梨(2)孔千脾計算中選取不萌同的水平荷載蘆分布形掙式喉劇計算結(jié)果存在集一定的差揚異倆青為最終結(jié)果的釘判斷泥帶來了不確定雖性航若(3)健PO鋒A般方法以彈性反梁應(yīng)譜為基羊礎(chǔ)躁震將結(jié)構(gòu)簡化為怪等效單自由度毫體系。因拘此馬拜它主要反映猴結(jié)構(gòu)第一周期恢的性蠢質(zhì)娃離對于結(jié)構(gòu)振動協(xié)以第一振型為禁主、基本周期園在表2恭秒以內(nèi)的結(jié)鹽構(gòu)爺膀POA竄方法較為理想減。當(dāng)較高振型混為主要晴時掏郊如高層建筑和嗽具有局部薄弱夫部位的建德筑等引PO李A(yù)室方法并不適用罵(4)型涂繩對于工程中常濫見的帶剪力墻猴結(jié)構(gòu)的分析模顫型尚不成兇熟節(jié)熊三維構(gòu)件的彈俗塑性性能和破帖壞那準(zhǔn)則、塑性鉸垃的長度、剪切鴉和軸向變形的瑞非線性性能有療待進一步研究倘完善舍。郊就正是由于存在的以上的一些缺呆點瘦輔對于目前工程惠中遇到的許多窄超限結(jié)構(gòu)分精析揚琴PO澤A辱方法顯得算力不從梨心丈食人們逐漸開始載重視動力彈塑守性分析方法的巖理論研究和工矮程應(yīng)用胃。絮競2.2頑蘋動力彈塑性時倦程分晉析朝商彈塑性時程分櫻析方法將結(jié)構(gòu)吹作為彈塑性振恒動體系加以分該析招渡直接按照地震幼波數(shù)據(jù)輸入地際面運私動保嗽通過積分運漿算乘凍求得在地面加亮速度隨時間變毅化期間掃內(nèi)違肺結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和匠變形隨時間變焦化的留全過讀程罵抽也稱為彈塑性稼直接動力法序。仙腐相比彈性分析芽中的振型分解納反應(yīng)譜法淚和欠PO泳A傲方凈法光用彈塑性時程分罷析方法的優(yōu)點很是闖從(1)當(dāng)拳副由于輸入的是久地震波的整個陳過位程稻翅可以真實反映晶各個時刻地震吉作用引起的結(jié)貫構(gòu)響使應(yīng)途紐包括變形、應(yīng)姥力、損傷形揀態(tài)樣認(rèn)開裂和破包壞釣姨等犬素(2)檢拉纖目前許多程序芹是通過定義材禮料的本構(gòu)關(guān)系剛來考慮結(jié)構(gòu)的臉彈塑性性巧能完洪因此可以準(zhǔn)確野模擬任何結(jié)解構(gòu)美富計算模型簡化隙較偶少狼謹(jǐn)(3)孔左透該方法基于塑資性區(qū)的概帳念忍授相塘比硬PO虜A霸中單一的塑性巷鉸判別疊法重罩特別是對于帶和剪力墻銹的結(jié)占構(gòu)喬智結(jié)果更為準(zhǔn)確榆可靠獵。曾耽該方法的缺點櫻是例憑(1)正窗徐計算量街大娘蕉運算時間鑼長向挽由于可進行此迷類分析的大型略通用有限元分納析軟件均不是怪面帽向設(shè)計址的煌友因此軟件的使噴用相對復(fù)億雜凳寬建模工作量繞大醋斗數(shù)據(jù)前后處理左繁煌瑣客別不如設(shè)計軟件凱簡單、直觀袖(2)績失館分析中需要用乓到大量有限元因、鋼筋混凝土蟻本構(gòu)關(guān)系、損演傷模型等相關(guān)錄理論知俗識染掘?qū)Ρ塾嬎闳藛T要求冷較高堅。凈搖但是隨著理論爹研究的不斷發(fā)塑展尾墻計算機軟硬件派水平的不斷提福高挑鉤動力彈塑性時請程分析方法已擦經(jīng)開始應(yīng)用于夸少數(shù)超高層和棒復(fù)雜的大型結(jié)度構(gòu)分析中搭。遞匯以舅下玻拳本文將詳細(xì)介棗紹動力彈塑性付分析的原理和西方法鄙。鹿案3誕價汽動力彈塑性分初析的基本原理藏和方行法肢宮3.1厭叉基本原理唉多自由度體系更在地面運動作葡用下的振動方含程縱為蕩臥式暈中表渠、因喝、絨鳳分別為體系的女水平位移、速燒度、加速度向軍量訊類敲為地面運動水惹平加速震度櫻資采、羨史、噴啊分別為體系的孟剛度矩陣、阻洪尼矩陣和質(zhì)量較矩陣。將強震燭記錄下來的某保水平分量加速蘭度蘇械時間國曲線劃分為很瘋小的時比段攻液然后依次對各得個時段通過振心動方程進行直尚接積瑞分率攜從而求出體系尚在獅各時刻的位移意、速度和加速拜度邊侍進而計算結(jié)構(gòu)盼的內(nèi)力縱。準(zhǔn)黨式中結(jié)構(gòu)整體魚的剛度矩陣、藥阻尼矩陣和質(zhì)才量矩陣通過每磁個構(gòu)件所賦予中的單元和材料吉類型組裝聾形成。動力彈殺塑性分析中對摧于材料需要考松慮包敢括蜘逃在往復(fù)循環(huán)加圍載昂下改尖混凝土及鋼材冷的滯回霜性能、混凝土電從出現(xiàn)開裂直判至完全壓碎退逆出工作全過程炒中的剛度退化且、混凝土拉壓鬼循環(huán)中強芒度恢復(fù)等大量貍非線性問題裳。引坦3.2咬蔑彈塑性動力分脊析的基本方穴法洽柿彈塑性動力分德析包括以下幾廟個步盜驟歉嬌(1)梨緣卵建立結(jié)構(gòu)的幾娛何模型并劃分蔑網(wǎng)喚格赴范(2)豎嗽衰定義材料的本勝構(gòu)關(guān)償系細(xì)飽通過對各個構(gòu)輩件指定相應(yīng)的撞單元類型和材咸料類型確定結(jié)匠構(gòu)的超質(zhì)量、剛度和已阻尼矩?zé)熽嚴(yán)^蜓(3)病幣章輸入適合本場摟地的地震波并色定義模型的邊券界條毒件挎原開始計氧算帳遲(4)筐款哪計算完成里后青速對結(jié)果數(shù)據(jù)進被行處倆理圖奇對結(jié)構(gòu)整體的夸可靠度做出評短估造。秧體3.3扇肅通用有限元軟吊件哥ABAQU賞S棋在動力彈塑性貍計算中的應(yīng)籮用答次在常用的商業(yè)非有限元軟件年中驢辮ABAQU枝S召、扎ADIN糧A磁、暑A(yù)NSY叔S憶、各MSC.MA弟R廊C幼都內(nèi)置了混凝條土寧的本構(gòu)模嫂型巖主并提供了豐富途的單元類型及能相應(yīng)的前后處訓(xùn)理功能。在這圖些程序中一般滴都有專用可的鋼筋模遣型劣守可以建立組合牽式或整體式鋼拒筋粥。低礎(chǔ)以輔ABAQU言S歌為隔例萌新它提供了混凝作土彈塑性斷裂憐和混凝土損傷命模型以及鋼筋綢單元。其中彈男塑層性斷裂和損傷咳的混凝土模型潮非常適合于鋼辰筋混凝土結(jié)構(gòu)離的動力彈塑性點分析。它的主旅要優(yōu)點有滋(1)艱晚應(yīng)用范圍廣鞋泛丘槽可以使用在梁坡單元、殼單元鍬和實體單元等餓各種單元類型香中黨回并與鋼筋單元共同工作視(2)盼繼可以準(zhǔn)確模擬越混凝土結(jié)構(gòu)在額單調(diào)加載、循狐環(huán)加載和動力擊荷載下的響歌應(yīng)柳薯并且可以考慮猴應(yīng)變速率的影唱響糞過(3)逮顯引入了損傷指臉標(biāo)的概謙念啦保可以對混凝土鏡的彈性剛度矩巡陣進行折晴減研秀可以模擬混凝窄土的獸剛度隨著損傷銷增加而降低的駁特嘆點柳鎖(4)戲鄰將非關(guān)聯(lián)硬化串引入到了混凝炎土彈塑性本構(gòu)脖模型有中餡撓可以更好的模鋼擬混凝土的受邁壓彈塑膏性行湊為添初可以人為指定鉤混凝土的拉伸本強化曲你線智棍從而更好的模揭擬開裂截面之毫間混凝土和鋼闊筋湊共同作用的情共況臣敲(5)念抖可以人為的控黃制裂縫閉合前絹后的行祥為物捧更好的模擬反狡復(fù)荷載作用下伶混凝土的反應(yīng)駁。拴顛以單軸工況為眼例顫已在往復(fù)荷載作溜用下混凝土的訴滯回曲線如啄圖蝴2昏所盜示圾蠢圖狹2禽子混凝土滯回曲異線者絕對于鋼材等材目料的屈服和強訂化傷掛ABAQU聞S隱提供了各種屈辮服準(zhǔn)乎則間卷流動法則和強罷化準(zhǔn)紛則架注并嫌可以考慮加載窯時的應(yīng)變速率撞等問題蘋。承請在責(zé)ABAQU賽S述的后處理模塊粘中族尼可以給出整個克模型在地震作席用下每個時刻藝的結(jié)構(gòu)變形形棕態(tài)、燕應(yīng)力等相關(guān)數(shù)識據(jù)茫盤可以查看結(jié)構(gòu)坡所有混凝土單石元的損傷、混被凝土中分布的這鋼筋應(yīng)力驗等乓神了解感結(jié)構(gòu)的破壞情煌況泳艙也可以根據(jù)結(jié)寨構(gòu)的總側(cè)移量搖和層間位移等厘控制指標(biāo)對結(jié)斯構(gòu)進行整體的鞋判定分析。5結(jié)語扇結(jié)構(gòu)的動力彈秋塑性分析方法申是一項非常復(fù)裳雜的工念作址唉從計算模型的世簡化、恢復(fù)力古模型的確定、把地震波的選大用齒煎直至計