非線性時(shí)程分析重點(diǎn).ppt

1、彈性時(shí)程分析,北京MIDAS技術(shù)有限公司,一、橋梁構(gòu)造、材料概況,橋梁形式：三跨混凝土懸臂梁 橋梁長度：L = 30+50+30 = 110.0 m，其中中跨為掛孔結(jié)構(gòu)，掛孔梁為普通鋼筋混凝土梁，梁長16m ，墩為鋼筋混凝土雙柱橋墩，墩高15m 預(yù)應(yīng)力布置形式：T構(gòu)部分配置頂板預(yù)應(yīng)力，邊跨配置底板預(yù)應(yīng)力,跨中箱梁截面,墩頂箱梁截面,一、橋梁構(gòu)造、材料概況,材料 混凝土 主梁采用JTG04（RC）規(guī)范的C50混凝土 橋墩采用JTG04（RC）規(guī)范的C40混凝土 鋼材 采用JTG04（S）規(guī)范，在數(shù)據(jù)庫中選Strand1860 荷載 恒荷載 自重，在程序中按自重輸入，由程序自動(dòng)計(jì)算,一、橋梁構(gòu)造、

2、材料概況,預(yù)應(yīng)力 鋼束(15.2 mm31) 截面面積: Au = 4340 mm2 孔道直徑: 130 mm 鋼筋松弛系數(shù)(開),選擇JTG04和0.3(低松弛) 超張拉(開) 預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(fpk):1860N/mm2 預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道壁的摩擦系數(shù):0.25 管道每米局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù):1.5e-006(1/mm) 錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮值: 開始點(diǎn):6mm 結(jié)束點(diǎn):6mm 張拉力:抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的75%，張拉控制應(yīng)力1395MPa,一、橋梁構(gòu)造、材料概況,該橋位于某7度區(qū)二級(jí)公路上，水平向基本地震加速度值 0.15g。按中國地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖查的場地特征周

3、期為：0.45s。經(jīng)現(xiàn)場勘察測得場地土質(zhì)和剪切波速如下：,二、橋梁場地概況,三、基本參數(shù)確定,1、判別橋梁類型：,二級(jí)公路大橋，故該橋?yàn)锽類橋梁。,2、確定構(gòu)造措施設(shè)防烈度：,在7度區(qū)，按8度構(gòu)造措施設(shè)防,三、基本參數(shù)確定,3、確定土層平均剪切波速：,土層平均剪切波速為：209.8m/s,四、場地類別確定,4、確定工程場地覆蓋層厚度：,按此條規(guī)范確認(rèn)為：11.5m。,四、場地類別確定,5、確定場地類別：,查得場地類別為類場地,四、場地類別確定,6、根據(jù)土質(zhì)判斷是否需要抗液化措施：,判別地基不液化，不需進(jìn)行抗液化措施。,五、液化判別,E2地震作用下抗震分析難點(diǎn),7、確定橋梁類型：,確定為規(guī)則橋梁

4、,8、確定分析方法：,采用NTH法。,1、設(shè)計(jì)加速度時(shí)程的確定（選用實(shí)錄波）,設(shè)計(jì)加速度時(shí)程的確定,一、選用實(shí)錄地震波并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整； midas Civil中提供了近40種實(shí)錄地震波 二、人工地震波； a、相關(guān)部門提供的人工地震波； b、clan和Sacks在1974年提出的用三角級(jí)數(shù)疊加來模擬地震動(dòng)加速度；,地震波的來源,本例中主要講解如何選擇實(shí)錄地震波。,地震波的三要素,地震動(dòng)三要素：頻譜特性、有效峰值和持續(xù)時(shí)間。,設(shè)計(jì)加速度時(shí)程的確定,按反應(yīng)譜面積控制,先計(jì)算EPA、EPV，據(jù)此計(jì)算比較,實(shí)錄地震波,持時(shí),峰值,是,否,否,是,是,是,否,與設(shè)計(jì)反應(yīng)譜結(jié)果比較, 雙指標(biāo)控制,選用,是,

5、否,一、幅值的調(diào)整,一般用加速度幅值調(diào)整,設(shè)計(jì)加速度時(shí)程的確定（選用實(shí)錄波）,地震動(dòng)幅值包括加速度、速度和位移的峰值、最大值或者某種意義上的有效值。加速度峰值PGA、速度峰值PGV和位移峰值PGD是地面運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈程度最直觀的描述參數(shù)。加速度峰值是最早提出來的、也是最直觀的地震動(dòng)幅值定義。,幅值的種類,設(shè)計(jì)加速度時(shí)程的確定（選用實(shí)錄波）,因?yàn)榉逯祬?shù)并非描述地震動(dòng)的最理想?yún)?shù)，由高頻成分所確定的個(gè)別尖銳峰值對(duì)結(jié)構(gòu)的影響并不十分顯著，所以美國ATC-30樣本規(guī)范所采用的是有效峰值加速度EPA，對(duì)有效峰值加速度EPA的求法參見MIDAS相關(guān)資料，而我國規(guī)范及工程實(shí)際運(yùn)用其實(shí)都是采用峰值加速度PGA（雖

6、然建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的5.1.2條文說明中專門提到了有效峰值加速度，但概念其實(shí)就是峰值加速度PGA)。,美國采用有效加速度峰值EPA，而我國實(shí)際采用的是加速度峰值PGA,一、幅值的調(diào)整,有效加速度峰值,設(shè)計(jì)加速度時(shí)程的確定（選用實(shí)錄波）,以設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜最大值Smax除以放大系數(shù)（約2.25）得到。,一、幅值的調(diào)整,設(shè)計(jì)加速度峰值PGA的求法,E1地震時(shí)程分析所用地震加速度時(shí)程曲線的最大值：,E2地震時(shí)程分析所用地震加速度時(shí)程曲線的最大值：,設(shè)計(jì)加速度時(shí)程的確定（選用實(shí)錄波）,一、幅值的調(diào)整,調(diào)整加速度曲線,式中： 、 分別是調(diào)整后的加速度曲線和峰值； 、 分別是原記錄的加速度曲線和峰值；,設(shè)

7、計(jì)加速度時(shí)程的確定（選用實(shí)錄波）,本例選擇程序自帶實(shí)錄地震波： 1940, El Centro Site, 270 Deg進(jìn)行調(diào)整,一、幅值的調(diào)整,設(shè)計(jì)加速度時(shí)程的確定（選用實(shí)錄波）,打開工具地震波數(shù)據(jù)生成器GenerateEarthquake Response Spectra 選擇程序自帶實(shí)錄地震波： 1940, El Centro Site, 270 Deg,加速度峰值PGA調(diào)整系數(shù),一、幅值的調(diào)整,二、確定實(shí)錄波的特征周期,設(shè)計(jì)加速度時(shí)程的確定（選用實(shí)錄波）,因?yàn)閿M相對(duì)速度反應(yīng)譜PSV和擬絕對(duì)加速度的反應(yīng)譜PSA之間有近似關(guān)系： 則可得到特征周期 ： 其中： 為有效峰值加速度， 為有效峰

8、值速度。,對(duì)選定的實(shí)錄地震波，首先求EPV、EPA,在MIDAS程序中提供將地震波轉(zhuǎn)換為各種長周期譜的功能（工具地震波數(shù)據(jù)生成器，生成后保存為SGS文件），用戶可以利用保存的SGS文件（文本格式文件）根據(jù)上面所述方法計(jì)算EPV、EPA,設(shè)計(jì)加速度時(shí)程的確定（選用實(shí)錄波）,a、 1978年美國ATC-3規(guī)范中的定義求EPA、EPV（頻段固定）； b、 1990年中國地震烈度區(qū)劃圖求EPA、EPV（頻段不固定）； 詳細(xì)過程參見資料MIDAS/Civil 2006橋梁抗震設(shè)計(jì)功能說明,二、確定實(shí)錄波的特征周期,1、確定EPV、EPA,1、幅值調(diào)整為0.5464 2、阻尼比輸入0.05 3、輸入長周期

9、到10秒 4、勾選X坐標(biāo)對(duì)數(shù)化在,設(shè)計(jì)加速度時(shí)程的確定（選用實(shí)錄波）,二、確定實(shí)錄波的特征周期,2、求EPA,1、幅值調(diào)整為0.5464 2、阻尼比輸入0.05 3、輸入長周期到10秒 4、勾選X坐標(biāo)對(duì)數(shù)化在,設(shè)計(jì)加速度時(shí)程的確定（選用實(shí)錄波）,二、確定實(shí)錄波的特征周期,3、求EPV,設(shè)計(jì)加速度時(shí)程的確定（選用實(shí)錄波）,采用1978年美國ATC-3規(guī)范中的定義求EPA、EPV（頻段固定）；,二、確定實(shí)錄波的特征周期,設(shè)計(jì)加速度時(shí)程的確定（選用實(shí)錄波）,該橋址場地特征周期為0.45s，與實(shí)錄波特征周期0.519比較接近，故是錄波的特征周期符合要求。,三、比較實(shí)錄波的特征周期與橋址特征周期,設(shè)計(jì)加

10、速度時(shí)程的確定（選用實(shí)錄波）,雙指標(biāo)選波采用兩個(gè)頻段控制：一是對(duì)地震記錄加速度反應(yīng)譜值在 平臺(tái)段的均值進(jìn)行控制，要求所選地震記錄加速度譜在該段的均值與設(shè)計(jì)反應(yīng)譜相差不超過10-20%；二是對(duì)結(jié)構(gòu)基本周期T1附近 段加速度反應(yīng)譜均值進(jìn)行控制，要求與設(shè)計(jì)反應(yīng)譜相差不超過10-20%。,四、雙指標(biāo)控制,設(shè)計(jì)加速度時(shí)程的確定（選用實(shí)錄波）,四、雙指標(biāo)控制,設(shè)計(jì)加速度時(shí)程的確定（選用實(shí)錄波）,經(jīng)比較：用0.5464系數(shù)調(diào)整了峰值的1940, El Centro Site, 270 Deg實(shí)錄波生成的長周期加速度反應(yīng)譜符合E2設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜的雙指標(biāo)控制。,四、雙指標(biāo)控制,設(shè)計(jì)加速度時(shí)程的確定（選用實(shí)錄波

11、）,五、持時(shí),持續(xù)時(shí)間的概念不是指地震波數(shù)據(jù)中總的時(shí)間長度。持時(shí)Td的定義可分為兩大類，一類是以地震動(dòng)幅值的絕對(duì)值來定義的絕對(duì)持時(shí)，即指地震地面加速度值大于某值的時(shí)間總和，即絕對(duì)值 的時(shí)間總和，k常取為0.05；另一類為以相對(duì)值定義的相對(duì)持時(shí)，即最先與最后一個(gè)之間的時(shí)段長度，k一般取0.30.5。不論實(shí)際的強(qiáng)震記錄還是人工模擬波形，一般持續(xù)時(shí)間取結(jié)構(gòu)基本周期的510倍。,設(shè)計(jì)加速度時(shí)程的確定（選用實(shí)錄波）,六、與設(shè)計(jì)反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)果比較,公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則：,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011_2001條文說明：,對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)，也可采用基底剪力結(jié)果比較,設(shè)計(jì)加速度時(shí)程的確定（選用實(shí)錄波）,六、與設(shè)計(jì)

12、反應(yīng)譜基底剪力比較,設(shè)計(jì)反應(yīng)譜基底剪力：,設(shè)計(jì)加速度時(shí)程的確定（選用實(shí)錄波）,六、與設(shè)計(jì)反應(yīng)譜基底剪力比較,時(shí)程基底正向剪力最大值：,設(shè)計(jì)加速度時(shí)程的確定（選用實(shí)錄波）,六、與設(shè)計(jì)反應(yīng)譜基底剪力比較,時(shí)程基底負(fù)向剪力最大值：,設(shè)計(jì)加速度時(shí)程的確定（選用實(shí)錄波）,六、與設(shè)計(jì)反應(yīng)譜基底剪力比較,某墩柱時(shí)程基底剪力：,設(shè)計(jì)加速度時(shí)程的確定（選用實(shí)錄波）,七、最終確定所選波是否符合條件,根據(jù)以上各方面的控制比較，說明程序提供的1940, El Centro Site, 270 Deg實(shí)錄波經(jīng)用0.5464系數(shù)調(diào)整了峰值后適合作為本橋E2地震作用下的設(shè)計(jì)加速度時(shí)程。,設(shè)計(jì)加速度時(shí)程的確定（選用實(shí)錄波）,

13、八、按以上原則繼續(xù)選波,最終選擇出符合條件的多條實(shí)錄地震波,2、時(shí)程分析中恒載效應(yīng)的考慮,時(shí)程分析中恒載效應(yīng)的考慮,一、時(shí)程分析中考慮恒載效應(yīng)的必須性,根據(jù)在橋梁動(dòng)力分析時(shí)，一般取成橋階段分析，此時(shí)自重恒載已經(jīng)對(duì)結(jié)構(gòu)變形，內(nèi)力產(chǎn)生了影響。在動(dòng)力分析時(shí)，必須考慮自重恒載的初始效應(yīng)。,時(shí)程分析中恒載效應(yīng)的考慮,二、Civil時(shí)程分析中考慮恒載效應(yīng),在midas Civil中，做時(shí)程分析時(shí)通過“程度荷載工況加載順序”對(duì)話框考慮恒載效應(yīng)，當(dāng)前時(shí)程荷載工況可在前次荷載工況（可以是時(shí)程荷載、靜力荷載、最后一個(gè)施工階段荷載、初始內(nèi)力狀態(tài)）作用下的位移、速度、加速度、內(nèi)力狀態(tài)下繼續(xù)分析。詳細(xì)參見MIDAS/C

14、ivil 2006 橋梁抗震設(shè)計(jì)功能說明,二、Civil時(shí)程分析中考慮恒載效應(yīng),考慮恒載效應(yīng),非線性振型疊加法：接續(xù)非線性振型疊加法,靜力法,非線性直接積分法,對(duì)于線性時(shí)程分析，其時(shí)程結(jié)果和靜力結(jié)果是可以進(jìn)行疊加的，本例主要討論非線性時(shí)程分析情況。在Civil時(shí)程分析中，做接續(xù)分析時(shí)，只能接續(xù)相同類型的分析工況,時(shí)程分析中恒載效應(yīng)的考慮,非線性直接積分法,二、Civil時(shí)程分析中考慮恒載效應(yīng),非線性振型疊加法： （1）定義一個(gè)斜坡類型的無量綱加速度時(shí)程函數(shù)如圖，在相對(duì)結(jié)構(gòu)第一周期較長（如10倍）的時(shí)間段上，從0到1線性增加，且在相等的時(shí)間段上保持恒定。（2）定義一個(gè)非線性振型疊加法分析工況如圖

15、，分析時(shí)間為“RAMP”函數(shù)持續(xù)時(shí)間，振型阻尼輸入高阻尼比：0.999，其它默認(rèn)。（3）接續(xù)動(dòng)力非線性振型疊加法分析工況。,時(shí)程分析中恒載效應(yīng)的考慮,二、Civil時(shí)程分析中考慮恒載效應(yīng),時(shí)程分析中恒載效應(yīng)的考慮,1、避開了結(jié)構(gòu)基本周期的長時(shí)間加載 2、高阻尼使結(jié)構(gòu)后續(xù)振動(dòng)迅速衰減,二、Civil時(shí)程分析中考慮恒載效應(yīng),時(shí)程分析中恒載效應(yīng)的考慮,直接積分法： （a）與振型疊加法一樣定義函數(shù)，接續(xù)直接積分法分析； （b）使用靜力法。 （1）定義一個(gè)斜坡類型的無量綱函數(shù)。（2）定義非線性靜力法分析工況，分析時(shí)間為1S，其它默認(rèn)。（3）接續(xù)動(dòng)力非線性直接積分法分析工況。（靜力法具體內(nèi)容參見用戶手冊(cè)）

16、,二、Civil時(shí)程分析中考慮恒載效應(yīng),時(shí)程分析中恒載效應(yīng)的考慮,1、函數(shù)為無量綱 2、靜力荷載工況都定義,二、Civil時(shí)程分析中考慮恒載效應(yīng),時(shí)程分析中恒載效應(yīng)的考慮,綜述： （a）使用重力加速度g作為時(shí)程函數(shù)時(shí)，只能考慮能轉(zhuǎn)換為質(zhì)量的荷載效應(yīng)，包括：模型自重、能轉(zhuǎn)換為質(zhì)量的荷載、節(jié)點(diǎn)質(zhì)量。對(duì)于預(yù)應(yīng)力荷載是不能考慮的； （b）使用靜力法?？梢钥紤]所有靜力荷載工況，所以在使用直接積分法時(shí)，優(yōu)先選擇靜力法來考慮恒載效應(yīng)。,3、時(shí)程分析中塑性鉸的定義,時(shí)程分析中塑性鉸的定義,集中鉸模型,分布鉸模型,非彈性鉸的變形RX/RY/RZ都是轉(zhuǎn)角,非彈性鉸的變形RX/RY/RZ都是曲率,時(shí)程分析中塑性鉸的定義,選擇集中鉸，后面查看RX/RY/RZ為轉(zhuǎn)角,時(shí)程分析中塑性鉸的定義,PM鉸：考慮軸力對(duì)鉸的彎曲屈服強(qiáng)度的影響，但對(duì)于兩個(gè)方向彎矩間的相互作用是不考慮的。PM鉸只能考慮初始軸力P（初始重力荷載或用戶輸入的初始軸力）。,時(shí)程分析中塑性鉸的定義,PMM鉸：反映軸力和兩個(gè)方向上彎矩的相互作用，P值是可變的，即可以考慮變化的軸力對(duì)屈服面的影響。,時(shí)程分析中塑性鉸的定義,選擇強(qiáng)度P-M鉸,時(shí)程分析中塑性鉸的定義,輸入一個(gè)軸向和兩個(gè)彎距成分,一般軸力成分選擇單元中間，彎矩成分選擇I端、j端,時(shí)程分析中塑性鉸的定義,對(duì)于鋼筋混凝土材料，考慮剛度退化影響的