静力弹塑性分析的意义和适用范围很多讲师讲过,文末也会推荐几本弹塑性分析书籍。今天我们单独讲讲在midas Building(下面用BLD代替)静弹分析中各个参数如何设置。
目前多数工程师使用PK、YJK等作为第一套分析设计软件,导入BLD后需要调整系数,使得2个模型满足7个常用的指标再进行静弹分析。
事实上几乎没几个工程师这么做,只要模型能导入不管三七二十一,弹性分析设计走完直接静弹。出于工期和业务的考虑这无可厚非,但是还是建议大家首先对比一下小震的指标,至少2个模型的质量和周期要接近。那么接近到什么程度呢?一般来说质量和周期相差≤3%,其他的指标相差≤10%,最大不要超过15%。关于小震指标的对比我们有机会再讲。
软件的静弹参数设置全部在“静力弹塑性分析”模块,我们需要设置的主要是前4个。
静力弹塑性首选项
荷载条件
初始荷载:正常情况下我们都会考虑初始荷载。使用FEMA铰的情况下,按照美标初始荷载应设置为1*dl 0.25*ll。为了提高计算效率,累计位移结果可以不勾选。
考虑P-Δ效应:不论什么时候都建议不要勾选!!!会导致模型算不下来。
荷载工况:目前很多工程师喜欢使用“振型”,或者说有讲师推荐使用“振型”,小成建议使用“层地震剪力”。
非线性分析选项
增量控制方法:一定选择“位移控制”!!!
步长控制选项:自动调整步长和等步长都可以。自动调整步长可以提高计算的收敛性。有时会觉得50步太多,可以设置等步长、步数20。
终止分析条件:建议设置为1/100。
最大位移:这些参数我们先略过,等会儿讲。
非线性分析控制参数:按照默认设置即可。
非线性特性值
BLD程序可以按照计算配筋和实配钢筋来计算铰特性值,推荐使用实配钢筋。实配钢筋需要通过绘图师生成。有时程序设计会出现柱子、连梁、墙柱等构件超筋,超筋对于弹塑性分析来说简直是噩梦,大大影响了收敛性和计算时间。超筋无法避免时建议检查超筋构件的位置,如果是底层柱、底层剪力墙超筋一定要想办法调过来;连梁超筋会影响墙计算的收敛性,建议尽量避免。小成测试过一些算不下去的模型,有时花几分钟或者十几分钟来修改超筋构件的钢筋数据,模型在几个小时内就可以算完。与其让程序因为超筋在不收敛中不停迭代不如直接在源头规避这个问题。
梁柱骨架曲线:程序提供3种,二折线、三折线和FEMA。混凝土:三折线或FEMA。钢:二折线或FEMA。为了提高计算效率多数会选择三折线和二折线铰模型。
重点来了!定义刚度折减率中程序默认为0.1和0.01,建议修改为0.5和0.1。即便设置为0.5和0.1,也是很保守的数据,用户可以根据有关文献或者试验数据来调整。内力分量按照默认设置。
墙:关注抗剪!剪切应变设置为4/10000,切记切记!!!
屈服评估用残留系数:程序默认设置为50%,指在墙单元(不是墙构件)50%纤维发生屈服时认为该单元失效。小成认为取值偏于保守,改为80%也可以。
其他
按照默认设置即可。
自动生成分析数据
点击“自动生成静力弹塑性分析数据”按钮,程序会自动定义静弹分析工况、静弹塑性铰模型、自动分配塑性铰。这是BLD弹塑性分析的最大优势。不要以为到这一步就万事大吉了,仍需要调整系数!
静力弹塑性荷载
初始荷载和步长函数前边已经讲过,仅需强调荷载工况中几个参数。
非常重要!!!
非常重要!!!
非常重要!!!
荷载工况:
最大位移方向:千万别选择自动!!!X方向选择DX,Y方向选择DY。
最大位移:一般设置为结构高度的1/100。最大位移取值有较强的技巧,值得讨论和研究。
控制节点:选择“指定控制节点”!!!节点选择地震工况下位移最大的节点。
静力弹塑性铰
定义铰特性值:可以查看程序定义了几种塑性铰,每种塑性铰的具体参数。梁构件选择内力不相关,柱构件选择P-M-M相关。有时为了提高计算效率,对于梁构件可以不考虑Mz。
分配铰特性值:实际上我们很少用到这个按钮,所有的塑性铰通过自动生成功能生成了。这个按钮主要用来删除塑性铰或者对于程序漏掉的构件额外添加塑性铰。次梁、悬挑构件都不需要布置塑性铰。BLD2016版本增加了自动识别次梁功能,可以规避次梁铰的布置,对于悬挑梁需要手动检查。
检查数据
荷载数据、铰数据:这两步主要用来检查荷载工况设置是否正确、塑性铰在初始荷载下是否屈服等。一般情况下程序不会报错,但是铰数据中有较多警告信息时需引起重视。
分析完成查看结果
结果主要看3个:
(1)最大层间位移角:最大不得超过1/100
(2)基地剪力:一般为小震基地剪力的3-4倍
(3)构件出铰顺序和破坏程度:满足强柱弱梁、强剪弱弯、强墙肢弱连梁要求
限于篇幅,对于结果的解读以后再讲。学会使用一款软件或多款软件做弹塑性分析不是难事,但是掌握结构弹塑性分析难度很大。文中难免有疏漏或者错误,请各位大佬不吝指正。
推荐书籍:《midas Building结构大师非线性分析》、《Pushover分析在建筑工程抗震设计中的应用》、《建筑抗震弹塑性分析》(陆新征)
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The End