1、抗震分析設計在midas中如何實現Copyright 2000-2003 MIDAS Information Technology Co., Ltd.抗震分析方法抗震分析設計方法： 底部剪力法 反應譜分析彈性時程分析小震不壞中震可修大震不倒靜力彈塑性分析（PUHSOVER)動力彈塑性分析抗震分析方法小震分析彈性時稱分析抗規條要求：我國抗規建議，對特別不規則的建筑，甲類建筑，7、8度區，一、二類場地上高度大于80m的建筑，8度區三、四類場地和9度區高度大于60m的建筑采用彈性時程分析法對其在多遇地震下的抗震承載力與變形進行補充計算。彈性時程分析時，每條時程曲線計算所得結構底部剪力不應小于振型分解

2、反應譜法計算結果的65% ，多條時程曲線計算所得結構底部剪力的平均值不應小于振型分解反應譜法計算結果的80%。彈性時稱分析 頻譜特性由特征周期反映，依據所處的場地類型和特征周期分區確定。 有效峰值建筑抗震設計規范時程分析所用地震加速度時程曲線的最大值 (cm/s2) 持續時間 一類指地震地面加速度值大于某值的時間總和。 一類以相對值定義相對持時，即最先與最后一個之間的時段長度。 地震影響6度7度8度9度多遇地震1835(55)70(110)140罕遇地震-220(310)400(510)620彈性時稱分析定義地震波-頻譜特性程序自帶30多條地震波，如下圖對于自定義的地震波，可以采用execl表

3、格直接粘貼或采用地震波生成器生成彈性時稱分析定義地震波-峰值加速度規范條規定地震波峰值如下圖：表5.1.2-2時程分析所用地震加速度時程曲線的最大值（cm/s2)地震影響6度7度8度9度多遇地震1835(55)70(110)140罕遇地震一220（310）400（510）620注：括號內數值分別用于設計基本地震加速度為0.15g和0.30g的地區。對地震波進行調整彈性時稱分析定義時程荷載工況-持續時間分析時間：時程分析的總的時間長度高規3.3.5規定如下： 地震波的持續時間不宜小于建筑結構基本自振周期的34倍，也不宜少于12s，地震波的時間間距可取0.01s或0.02s 輸出時間步長：輸出時程

4、分析結果的時間步驟數。將以(輸出步驟數 x 時間增量)的間隔生成結果。接續前次：把前次荷載工況的位移、速度、加速度、內力、鉸的狀態、非線性連接單元等作為這次荷載工況的初始條件進行分析 阻尼：程序提供1.振型阻尼2.質量和剛度因子（瑞利阻尼）3.應變能因子說明：采用振型疊加法，一定要定義特征值分析控制彈性時稱分析層間位移角層剪力抗震分析方法中震分析設計中震分析設計抗規中對中震設計的內容涉及很少，僅在總則中提到“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設防目標，但沒有給出中震設計的判斷標準和設計要求，我國目前的抗震設計是以小震為設計基礎的，中震和大震則是通過地震力的調整系數和各種抗震構造措施來保證的，

5、但隨著復雜結構、超高超限結構越來越多，對中震的設計要求也越來越多，目前工程界對于結構的中震設計有兩種方法：第一種按照中震彈性設計；第二種是按照中震不屈服設計；而這兩種設計方法在MIDAS/Gen中都可以實現中震分析設計一、中震彈性設計結構的抗震承載力滿足彈性設計要求，最大地震影響系數按表1取值，在中震作用下，設計時可不考慮地震組合內力調整系數（即強柱弱梁、強剪弱彎調整系數），但應采用作用分項系數、材料分項系數和抗震承載力調整系數，構件的承載力計算時材料強度采用設計值。設防烈度7度7.5度8度8.5度9度小震0.080.120.160.240.32中震0.230.330.460.660.80大震

6、0.500.720.901.201.40中震放大系數2.8752.752.8752.752.5大震放大系數6.2565.62554.375表1地震影響系數（為相對于小震的放大系數）中震分析設計1、在MIDAS/Gen中定義中震反應譜主菜單荷載反應譜分析數據反應譜函數：定義中震反應譜，即在定義相應的小震反應譜基礎上輸入放大系數即可，值按表1取用。中震分析設計2、定義設計參數時，將抗震等級定為四級，即不考慮地震組合內力調整系數（即強柱弱梁、強剪弱彎調整系數）。主菜單設計鋼筋混凝土構件設計參數定義抗震等級：將抗震等級定為四級即可。3、其它操作均同小震設計。中震分析設計二、中震不屈服設計地震作用下的內

7、力按中震進行計算，最大地震影響系數按表1取值，地震作用效應的組合均按高規第節進行，但分項系數均取，計算可不考慮地震組合內力調整系數（即強柱弱梁、強剪弱彎調整系數），構件的承載力計算時材料的強度取標準植。1、在MIDAS/Gen中定義中震反應譜 內容同中震彈性設計。2、定義設計參數時，將抗震等級定為四級，即不考慮地震組合內力調整系數（即強柱弱梁、強剪弱彎調整系數）。 內容同中震彈性設計。中震分析設計3、定義荷載組合時將地震作用分項系數取為。主菜單結果荷載組合：將各項荷載組合中的地震作用分項系數取為即可。中震分析設計4、將材料分項系數定義為，即構件承載力驗算時取用材料強度的標準植。主菜單設計鋼筋混

8、凝土構件設計參數材料分項系數：將材料分項系數取為即可。5、其它操作均同小震設計。大 震 分 析方法優缺點靜力彈塑性分析方法簡單，便于理解。與時程分析法相比,Pushover方法概念清晰,實施相對簡單,同樣能使設計人員在一定程度上了解結構，在強震作用下的反應,迅速找到結構的薄弱環節。動力彈塑性分析對軟硬件要求比較高，計算時間長，結果不便于整理，但能真是的反應結構在大震下的狀態。大震分析抗震分析方法靜力彈塑性分析（PUSHOVER）靜力彈塑性分析（Pushover分析）Pushover分析是考慮構件的材料非線性特點，分析構件進入彈塑性狀態直至到達極限狀態時結構響應的方法。Pushover分析是最近

9、在地震研究及耐震設計中經常采用的基于性能的耐震設計(Performance-Based Seismic Design, PBSD)方法中最具代表性的分析方法。所謂基于性能的耐震設計就是由用戶及設計人員設定結構的目標性能(target performance)，并使結構設計能滿足該目標性能的方法。Pushover分析前要經過一般設計方法先進行耐震設計使結構滿足小震不壞、中震可修的規范要求，然后再通過pushover分析評價結構在大震作用下是否滿足預先設定的目標性能。 靜力彈塑性分析（Pushover分析）Pushover分析是通過逐漸加大預先設定的荷載直到最大性能控制點位置，獲得荷載位移能力曲線

10、(capacity curve)。靜力彈塑性分析（Pushover分析）多自由度的荷載位移關系轉換為使用單自由度體系的加速度位移方式表現的能力譜(capacity spectrum)，地震作用的響應譜轉換為用ADRS(Acceleration-Displacement Response Spectrum)方式表現的需求譜(demand spectrum)。通過比較兩個譜曲線，評價結構在彈塑性狀態下的最大需求內力和變形能力，通過與目標性能的比較，決定結構的性能水平(performance level)。分析目的經Pushover分析后,得到性能點,根據性能點時的變形,對以下三個方面進行評價:1)

11、頂點側移 是否滿足抗震規范規定的彈塑性頂點位移限值2)層間位移角 是否滿足抗震規范規定的彈塑性層間位移角限值。3)構件的局部變形 是指梁、柱等構件塑性鉸的變形,檢驗它是否超過建筑某一性能水準下的允許變形操作步驟-靜力分析后進行配筋設計，并更新配筋-定義靜力彈塑性分析主控數據-定義靜力彈塑性分析工況-定義鉸特性值，并分配鉸-計算并查看靜力彈塑性分析結果靜力彈塑性分析（Pushover分析）建模及進行靜力分析 步驟同“鋼筋混凝土結構抗震分析及設計”更新配筋對于梁柱，“排序”選為“特性值”，“更新配筋”項激活點“全選”按鈕可自動勾選構件別忘了最后更新配筋方法1：利用程序配筋設計的結果 作用：將配筋結

12、果賦予構件，做PUSHOVER分析時需要用到截面實配鋼筋結果。 對于墻，“排序”選為“墻號層”， “更新配筋”項激活更新配筋更新配筋勾選要編輯驗算的構件截面方法2：利用用戶定義的配筋結果若在此編輯驗算用截面，則構件的最終實配配筋結果采用此定義的Pushover主控數據在PUSHOVER 荷載工況中選擇考慮初始荷載。 考慮軸力變化的影響時需要考慮初始荷載定義初始荷載適用于所有PUSHOVER荷載工況定義收斂條件定義PUSHOVER鉸的剛度折減率默認值： 在此修改默認值后點擊確認鍵，則所有鉸的剛度折減率都將自動修改。設置剛度折減率默認值自動計算具有分布型鉸特性的梁單元的屈服強度時，需要參考特梁單元

13、某個位置的特性(如配筋) I端、J端、中心Pushover荷載工況 Pushover荷載工況涉及的兩個問題 A、如何推？B、推到何種程度?Pushover荷載工況 MIDAS/Gen中提供兩種Pushover分析方法，即基于荷載增分的荷載控制法和基于目標位移的位移控制法。MIDAS/Gen的荷載控制法采用全牛頓拉普森（Full Newton-Raphson）方法。牛頓拉普森方法是采用微分原理求解的方法，其優點是速度快。采用荷載增分的Pushover分析方法的圖形介紹如下。分析獲得的最終荷載(坍塌荷載) Qu彈性極限預測的坍塌荷載Qud*X 等差級數對應的增分荷載位移荷載將最終(n+1)步驟的增

14、分量作為后面的增分荷載 基于荷載增分法的Pushover分析Pushover荷載工況 基于目標位移的位移控制法MIDAS/Gen的位移控制法是由用戶定義目標位移，然后逐漸增加荷載直到達到目標位移的方法。目標位移分為整體控制和主節點控制兩種，整體控制是所有節點的位移都要滿足用戶輸入最大位移，位移也是整體位移，不設置某一方向的位移控制。主節點控制是用戶指定特定節點的特定方向上的最大位移的方法。基于性能的耐震設計大部分是先確定可能發生最大位移的節點和位移方向后給該節點設定目標位移的方法。初始的目標位移一般可假定為結構總高度的1%、2%、4%。這些數值一般相當于最大層間位移值，與結構的破壞情況相關。P

15、ushover荷載工況 輸入大于1的整數（nstep=1)推薦最小輸入20(默認值： 20)輸入步驟數選擇考慮則使用PUSHOVER主控數據中定義的初始荷載當使用PMM類型(考慮軸力的變化)鉸時，需要更新鉸的屈服強度，此時應選擇考慮初始荷載。選擇是否考慮初始荷載選擇是否考慮P-Delta分析選擇增量控制方法： 荷載控制、位移控制定義PUSHOVER荷載工況Pushover荷載工況 最大位移一般為 總高度彈塑性層間位移角限值，參見建筑抗震設計規范5.5.5 條選擇基本模態作為Pushover荷載的分布模式 周期與振型結果窗口Pushover荷載工況 加載方式FEMA-273推薦三種形式: 1)均

16、勻分布:各樓層側向力可取所在樓層質量； 2)倒三角形分布:結構振動以基本振型為主時的慣性力的分布形式,類似于我國規范中用底部剪力法確定的側向力分布； 3)SRSS分布:反應譜振型組合得到的慣性力分布。midas程序提供了自定義分布、均勻加速度分布和振型荷載分布三種加載方式均勻加速度分布：提供的側向力是用均一的加速度和相應質量分布的乘積獲得的；振型荷載分布：提供的側向力是用給定的振型和該振型下的圓頻率的平方(2)及相應質量分布的乘積獲得的,可以取任何一個振型其中,均勻加速度方法相當于均勻分布,振型荷載分布方法,當取第一振型時,相當于倒三角分布，用戶也可以自定義水平力。采用振型荷載分布要有振型分析

17、。MIDAS/Gen中鉸特性的說明二維梁單元和三維梁柱單元模型 桁架單元模型 定義鉸特性值MIDAS/Gen中鉸特性的說明 三維墻單元模型由中間的線單元，上下兩端的剛性桿構成。中間的線單元與三維梁柱單元相同，剛性桿在xz平面內做剛體運動。 定義鉸特性值定義鉸特性值 彎矩-旋轉角(M-)本構單元 彎矩-曲率(M-)本構單元： 集中型、分布型 桁架單元（軸力)內力成分鉸特性初始剛度鉸位置Fx（軸力）軸力-位移（相對位移）EA/L單元中心Fy, Fz（剪力）剪力-剪切應變GAs單元中心（扭矩）彎矩-旋轉角GJ/L單元兩端y, z（彎矩）彎矩-旋轉鉸6EI/L,3E/L,2E/L單元兩端內力成分鉸特性

18、初始剛度鉸位置Fx（軸力）軸力-應變EA積分點位置Fy, Fz（剪力）剪力-剪切應變Gs積分點位置（扭矩）彎矩-曲率GJ積分點位置y, z（彎矩）彎矩-曲率E積分點位置內力成分鉸特性初始剛度鉸位置Fx（軸力）軸力-位移（相對位移）EA/L單元中心一般連接單元內力成分鉸特性初始剛度鉸位置Fx（軸力）軸力-變形（相對位移）用戶輸入（EA/L）單元中心Fy, Fz（剪力）剪力-變形（相對位移）用戶輸入（Gas/）單元中心（扭矩）彎矩-旋轉角用戶輸入（GJ/L）單元中心y, z（彎矩）彎矩-旋轉鉸用戶輸入（EI/L）單元中心定義鉸特性值M鉸（FEMA）選擇屈服強度的輸入方法選擇I、J端的特性是對稱還是

19、非對稱單元兩端特性為非對稱時在此輸入輸入M/MY、D/DY輸入屈服強度選擇受拉和受壓區段特性是否相同輸入容許標準用戶輸入屈服變形(新增)輸入初始剛度(新增)123456789123456789定義鉸特性值PMM 鉸（FEMA） 選擇P-M-M類型時將自動勾選My-Mz內力成分-P-M-M類型僅適用于梁柱單元和墻單元- 膜類型的墻單元只能定義面內成分My的非線性特性(面外為彈性)1選擇骨架曲線類型：My和Mz只能選擇同樣類型的曲線PMM鉸的剛度折減系數在屈服面特性窗口中進行設置。212屈服面特性窗口33選擇屈服面特性的計算方法44定義剛度折減系數556677鉸類型中即使選擇了用戶輸入也不能修改屈

20、服強度 實際分析中并不使用該值。屈服強度的定義： 自動計算時不必用戶輸入 考慮軸力變化的影響時，在各步驟計算中都將考慮變化的軸力對屈服面的影響。定義屈服面： 自動計算時不必輸入分配PUSHOVER鉸特性值 用鼠標選擇要分配的特性后拖放到模型畫面上分配了鉸特性的單元上將顯示鉸標簽 注意事項選擇的單元類型與鉸特性不匹配時不能分配一般連接單元不能使用鼠標拖放功能分配鉸特性修改PUSHOVER鉸特性值 修改已定義的Pushover鉸特性的方法 最常用的方法，推薦方法修改“MM” 一次性修改多個單元的鉸特性在定義鉸特性值窗口中直接修改 則被分配了該特性的單元的鉸特性值將同時被修改 “定義鉸特性值”: 可

21、以修改鉸特性的所有內力成分被分配了“MM”特性的所有單元的特性將被同時修改1212查看分配的鉸Gen V712(舊版本)Gen V730(新版本)運行靜力彈塑性分析查看靜力彈塑性分析結果查找性能控制點查看靜力彈塑性分析結果性能控制點性能控制點所對應的結構相關結果查找性能控制點查看靜力彈塑性分析結果性能控制點確定方法Procedure-A是ATC-40中提供的基本方法，首先將能力譜中斜率為初始剛度的切線和阻尼比為5%的彈性設計響應譜的交點作為初始的性能點。然后確定初始性能點位置的等效阻尼，然后求使用有效阻尼系數的非線性設計響應譜，然后重新計算交叉點作為性能點。重復上述過程，直到在使用有效阻尼系數

22、的非線性設計響應譜和能力譜的的交點位置上位移響應和加速度響應的變化量在誤差范圍內，將此時的交點視為性能點。采用Procedure-A方法確定性能點的方法參見下圖。 查看靜力彈塑性分析結果性能控制點確定方法Procedure-BATC-40中計算性能點的第二種方法是首先假設位移延性比，然后計算對應延性比的結構的結構的有效周期，將有效周期直線和5%彈性設計響應譜的交點作為初始的性能點。對弈于假定的位移延性比的放射線狀的有效周期和非線性設計響應譜的交點將形成一個軌跡線，該軌跡線與結構的能力譜的交點為最終的性能點。Pushover圖形層剪力查看靜力彈塑性分析結果Pushover圖形層間位移角最大彈塑性層間位移角，判斷是否滿足建筑抗震設計規范5.5.5 條或高規4.6.5條要求查看靜力彈塑性分析結果查看靜力彈塑性分析結果 各步驟鉸狀態圖形結果顯示分析中使用的荷載參數查看靜力彈塑性分析結果 Pushover鉸狀態結果塑性鉸狀態說明ATC-40將房屋遭受地震后,可能出現的狀態主要分為：IO(Immed