MIDAS_Gen-PUSHOVER分析方法全攻略—730版

M i das进行P ushover分析的总结 1.1版-----完全是个人体会，有所错误在所难免一．不得不说的基本概念1．P ushover是什么和前提条件P ushover也叫推倒分析，是一种静力弹塑性分析方法，或者叫非线性静力分析方法，在特定前提下，可以近似分析结构在地震作用下的性能变化情况。

给桥梁用某种方式，比如墩顶集中力方式，施加单调增加的荷载，相应的荷载位移关系就会呈现明显的非线性特征。

这里可以认为IO是处在正常使用状态，LS为承载能力极限状态，CP是完全倒塌破坏。

从IO开始结构开始进入弹塑性状态，在LS前结构的损伤尚可修复，且结构整体是安全的，而越过LS 损伤就难以修复了，但是CP前还不至于倒塌。

设计中对于不同构件或部位，在特定地震作用下，其性能要求是不一样的。

而特定的前提很明确，就是在整个地震反应时程中，结构反应由单一振型控制，在《公路桥梁抗震细则》（以下简称《细则》）中，认为常规桥梁中的规则桥梁都满足这一条件（条文说明 6.3.4），因此E1地震可以采用简化反应谱方法，也可用一般的多振型反应谱方法，E2则用Pus hover。

2．P ushover的分析目的在E2地震作用下，《细则》要求：可见，对于规则桥梁，只需要检算墩顶位移就可以了。

对于单柱墩，容许位移可按7.4.7条推荐的公式进行计算，而双柱墩按7.4.8条要求进行Pus hover分析根据塑性铰的最大容许转角（7.4.3）得到。

而无论是7.4.3还是7.4.7都要用到Φy和Φu，对于圆形或者矩形截面可按附录B计算，而特殊的截面，可按7.4.4和7.4.5的要求计算。

计算方法可以自己编程实现，也可用现成的软件如R es ponse2000等来作为工具。

而对于在特定的E2地震作用下，墩顶的位移，都需要用P ushover的能力谱法得到。

所以Pus hover的目的一个是画出荷载位移曲线后，找到塑性铰达到最大容许转角时的曲线点，计算出墩顶容许位移，第2个目的是应用能力谱法，找到性能点，得到E2地震作用下，墩顶的位移。

基于MIDAS/GEN高层剪力墙结构push-over分析【摘要】基于性能抗震设计的基本思想是使被设计的建筑物在使用期间满足各种预定功能或性能目标要求。

本文采用MIDAS/GEN对一栋31层剪力墙结构进行静力弹塑性分析，结果表明，该方法从层间位移角、塑性铰分布等方面对结构进行量化评价，并揭示出结构在罕遇地震作用下的薄弱环节，实现了基于性能的抗震设计。

【关键词】MIDAS剪力墙push-over静力弹塑性基于性能抗震设计基于性能的抗震设计PBSD（performance based seismic design）思想是20世纪90年代初由美国学者提出，它是使设计出的结构在未来的地震灾害下能够维持所要求的性能水平。

我国一些学者也对PBSD进行了定义：基于性能的结构抗震设计是指根据建筑物的重要性和用途确定其性能目标，根据不同的性能目标提出不同的抗震设防标准，使设计的建筑在未来地震中具备预期的功能。

本文采用MIDAS/GEN对一栋31层剪力墙结构进行静力弹塑性分析和抗震性能评价，从层间位移角、塑性铰分布及变形等方面对结构进行了综合的量化评价，揭示出结构在罕遇地震作用下的薄弱环节，实现了基于性能的抗震设计。

1静力弹塑性分析方法静力弹塑性分析（PUSH-OVER ANALYSIS，以下简称POA）方法也称为推覆法，它基于美国的FEMA-273抗震评估方法和ATC-40报告[1]，是一种介于弹性分析和动力弹塑性分析之间的方法，其理论核心是“目标位移法”和“承载力谱法”。

其计算过程如下[6]:(1)准备结构数据。

包括建立结构模型，构件的物理常数和恢复力模型等；(2)计算结构在竖向荷载作用下的内力(将其与水平力作用下的内力叠加，作为某一级水平力作用下构件的内力，以判断构件是否开裂或屈服)；(3)在结构每一层的质心处，施加沿高度分布的某种水平荷载。

施加水平力的大小按以下原则确定：水平力产生的内力与2步所计算的内力叠加后，使一个或一批构件开裂或屈服；(4)对于开裂或屈服的构件，对其刚度进行修改后，再施加一级荷载，使得又一个或一批构件开裂或屈服；(5)不断重复3，4步，直至结构顶点位移足够大或塑性铰足够多，或达到预定的破坏极限状态；(6)绘制底部剪力¬¬¬¬¬¬—顶部位移关系曲线，即推覆分析曲线。

提要：本文首先介绍采用Midas/Gen进行Pushover分析的主要方法及使用心得，然后结合工程实例进行具体说明，其结果反映出此类结构在大震下表现的一些特点，可供类似设计参考。

关键词：Pushover 剪力墙结构超限高层 Midas/Gen静力弹塑性分析（Pushover）方法是对结构在罕遇地震作用下进行弹塑性变形分析的一种简化方法，本质上是一种静力分析方法。

具体地说，就是在结构计算模型上施加按某种规则分布的水平侧向力，单调加荷载并逐级加大；一旦有构件开裂（或屈服）即修改其刚度（或使其退出工作），进而修改结构总刚度矩阵，进行下一步计算，依次循环直到结构达到预定的状态（成为机构、位移超限或达到目标位移），得到结构能力曲线，并判断是否出现性能点，从而判断是否达到相应的抗震性能目标[1]。

Pushover方法可分为两个部分，第一步建立结构能力谱曲线，第二步评估结构的抗震性能。

对剪力墙结构体系的超限高层而言，选取Pushover计算程序的关键是程序对墙单元的设定。

SAP2000、ETABS软件没有提供剪力墙塑性铰，对框-剪结构可将剪力墙人工转换为模拟支撑框架进行分析；对剪力墙结构来说，进行转换不可行。

而Midas/Gen程序提供了剪力墙Pushover单元（类似薄壁柱单元，详见用户手册），对剪力墙能够设置轴力－弯矩铰以及剪切铰。

下面将详细介绍如何在Midas/Gen中进行Pushover分析的步骤（以Midas/Gen 6.9.1为例）：一 Pushover分析步骤1. 结构建模并完成静力分析和构件设计直接在Midas/Gen中建模比较繁琐，可以用接口转换程序从SATWE(或其他程序如SAP2000)中导入。

SATWE转换程序由Midas/Gen提供，会根据PKPM的升级而更新。

转换仅需要SATWE中的Stru.sat 和Load.sat文件。

转换时需要注意的是，用转换程序导入SATWE的模型文件后，形成的是Midas/Gen的Stru.mgt文件，是模型的文本文件形式，需要在Midas/Gen中导入此文件，导入后还应该注意以下几个问题：1) 风荷载及反应谱荷载没有导进来，需要在Midas/Gen中重新定义；2) 需要定义自重、质量；3) 需要定义层信息，以及墙编号；此外，还应注意比较SATWE的质量与Midas/Gen的质量，并比较两者计算的周期结果实否一致。

问: 在MIDAS/Gen中做Pushover分析的步骤?
答: Pushover Analysis 中文又称为静力弹塑性分析或推倒分析。

在MIDAS/Gen中混凝土结构和钢结构的静力弹塑性分析的步骤不尽相同。

混凝土结构的静力弹塑性分析步骤为分析->设计->静力弹塑性分析。

钢结构的静力弹塑性分析步骤为分析分析->静力弹塑性分析。

即混凝土结构必须经过配筋设计之后才能够做静力弹塑性分析，因为塑性铰的特性与配筋有关。

设计结束后，静力弹塑性分析的步骤如下：
1. 在静力弹塑性分析控制对话框中输入迭代计算的控制数据。

2. 定义静力弹塑性分析的荷载工况。

在此对话框中可选择初始荷载、位移控制量、是否考虑重力二阶效应和大位移、荷载的分布形式(推荐使用模态形式)。

3.定义铰类型(提供标准类型，用户也可以自定义)
4.分配塑性铰。

用户可以全选以后，按"适用"键。

5. 运行静力弹塑性分析。

6. 查看分析曲线。

浅谈静力弹塑性分析（Pushover ）的理解与应用摘要：本文首先介绍采用静力弹塑性分析（Pushover ）的主要理论基础和分析方法，以Midas/Gen 程序为例，采用计算实例进行具体说明弹塑性分析的步骤和过程，表明Pushover 是罕遇地震作用下结构分析的有效方法。

关键词：静力弹塑性 Pushover Midas/Gen 能力谱 需求谱 性能点一、基本理论静力弹塑性分析方法，也称Pushover 分析法，是基于性能评估现有结构和设计新结构的一种静力分析方法，在一定精度范围内对结构在罕遇地震作用下进行弹塑性变形分析。

简要地说，在结构计算模型上施加按某种规则分布的水平侧向力或侧向位移，单调加荷载（或位移）并逐级加大；一旦有构件开裂（或屈服）即修改其刚度（或使其退出工作），进而修改结构总刚度矩阵，进行下一步计算，依次循环直到控制点达到目标位移或建筑物倾覆为止，得到结构能力曲线，之后对照确定条件下的需求谱，并判断是否出现性能点，从而评价结构是否能满足目标性能要求。

Pushover 分析的基本要素是能力谱曲线和需求谱曲线，将两条曲线放在同一张图上，得出交会点的位移值，同位移容许值比较，检验是否满足特定地震作用下的弹塑性变形要求。

能力谱曲线由能力曲线（基底剪力-顶点位移曲线）转化而来（图1）。

与地震作用相应的结构基底剪力与结构加速度为正相关关系，顶点位移与谱位移为正相关关系，两种曲线形状一致。

其对应关系为：1/αG V S a =roofroof d X S ,11γ∆=，图1 基底剪力-顶点位移曲线转换为能力谱曲线其中1α、1γ、roof X ,1分别为第一阵型的质量系数，参与系数、顶点位移。

该曲线与主要建筑材料的本构关系曲线具有相似性，其实其物理意义亦有对应，在初始阶段作用力与变形为线性关系，随着作用力的增大，逐渐进入弹塑性阶段，变形显著增长，不论对于构件，还是结构整体，都是这个规律。

需求谱曲线由标准的加速度响应谱曲线转化而来。

PUSHOVER分析方法全攻略作为一种常用的风险评估方法，PUSHOVER分析（Pushover Analysis）是一种基于位移的结构性能评估方法，可用于评估结构在地震等外部力作用下的破坏性能。

PUSHOVER分析的基本原理是通过对结构进行逐步加载，计算结构的位移响应，并在每个加载级别上评估结构的非弹性变形。

其中，位移响应与荷载之间的关系被表示为荷载位移曲线（Load-displacement Curve），曲线上的各点对应于结构在不同荷载水平上的位移响应。

为了进行PUSHOVER分析，以下是一些主要步骤和技术，供参考：1.结构模型准备首先，需要准备一个精确的结构模型，包括准确的几何形状、结构材料性质以及荷载。

模型可以通过各种建模软件进行创建，如ETABS、SAP2000等。

2.定义截面性能曲线对于每个结构构件，需要定义其截面的性能曲线。

这些曲线一般采用双切模型（Bi-linear Model）或多切模型（Multi-linear Model）来表示构件的力-位移响应。

3.建立非线性弹簧模型根据结构的截面性能曲线，需要建立每个构件的非线性弹簧模型。

这些弹簧模型可以通过弹簧刚度系数和屈服强度等参数来表示。

4.定义加载方式定义结构的加载方式，包括单项或多项加载。

在推进分析中，通常采用单项加载，即逐步增加水平荷载。

5.设定分析参数根据需要，设定分析的参数，包括推进步长、最大推进步数以及各构件的水平刚度。

6.进行PUSHOVER分析根据设定的加载方式和分析参数，进行PUSHOVER分析。

在每个加载步骤中，计算结构的位移响应，并绘制荷载位移曲线。

7.评估结构性能根据荷载位移曲线，评估结构的性能，包括塑性铰的形成、破坏模式以及结构的侧向刚度退化等。

8.修正分析结果在分析过程中，根据实际情况对模型进行修正。

例如，在形成塑性铰后，可以调整结构的刚度或强度参数。

9.分析结果报告最后，将分析结果整理成报告，包括结构的性能评估、塑性铰的位置和破坏模式等信息。

MIDAS新手问题之GEN篇问1：midas采用弹性楼板时，能自动考虑梁翼缘的作用吗？即自动刚度放大！答：梁翼缘作用在分析时主要是反应在梁刚度放大上，在程序中可以通过“截面特性调整系数”这一选项进行修改边梁及中梁刚度。

另外在截面定义的时候也可以修改刚度值。

问2：midas建模是不是太复杂啊？可不可以先PKPM建模再调入计算分析！答：在midas中支持与其他软件的接口，例如pkpm、sap、staad及CAD等程序进行数据转换。

在pkpm中经过SATWE计算后的模型可以转换到midas中，其中需要有个转换的程序，这个是midas自带的。

转换后的模型中包括材料特性、模型特征、楼面荷载等信息。

如果熟悉程序的话midas建模也是相当快的，比画图也差不多了多少。

问3：请教面荷载的输入方法？我知道一个方法：一个个地点一个封闭平面的节点去选择一个面，然后输入荷载，还有其它快捷的方法吗？如像PKPM的面荷载输入？答：面荷载的输入分为2种情况：a 、一种是结构存在竖向面荷载——例如楼面荷载、屋面荷载，b、一种是横向面荷载——如风荷载，水压力或土压力。

在竖向荷载布置的时候，可以通过选择四个角点来布置已经定义的楼面荷载值或压力荷载（注意：只需要选择最外围的角点即可，不需要逐个房间点取）。

在不规则结构中无法形成刚性板因此无法由程序直接计算风荷载，此时需要在结构立面建立一个专为导荷载而用的“虚面”——即该板单元刚度和重量对结构的影响可以忽略不计。

在虚面上进行加载，可以形成实际的风荷载。

问4：若模型中有只拉单元，是不是还要加个非线性工况？怎么加？怎么组合？答：模型中的只受拉单元在一般计算时通常是等代为桁架单元来计算的，因此在非线性分析才显示出只受拉单元的特性。

做非线性的时候按照常规组合即可，读取内力、位移等数值时查看只受拉单元就OK. 至于你想做个自定义的工况的话，在形成荷载组合那个菜单里自己修改参数定义一下就行。

注意：该种情况用的不多，通常程序已经按照荷载规范中荷载组合方式进行组合了，先看看组合说明再做，别做无用功。

MIDAS/Gen 培训课程（五）—钢筋混凝土结构PUSHOVER 分析北京市海淀区中关村南大街乙56号方圆大厦1402室Phone : 010-8802-6170 Fax : 010-8802-6171 E-mail : Beijing@ A nalysis S oftwareM odeling, I ntegrated D esign &h tt p://w ww .z h a o c h i n a .c o m .c n /b b s /奇奇怪论坛目 录简要...........................................................................................................................................1 设定操作环境及定义材料和截面...........................................................................................2 用建模助手建立模型...............................................................................................................4 建立框架柱及剪力墙...............................................................................................................5 楼层复制及生成层数据文件...................................................................................................6 定义边界条件...........................................................................................................................7 输入楼面及梁单元荷载...........................................................................................................7 输入风荷载.............................................................................................................................11 输入反映谱分析数据.............................................................................................................12 定义结构类型.........................................................................................................................13 定义质量 ............................................................................................13 运行分析...............................................................................................................................144 荷载组合.................................................................................................................................14 一般设计参数.......................................................................................................................155 钢筋混凝土构件设计参数...................................................................................................177 钢筋混凝土构件设计...........................................................................................................199 静力弹塑性（PUSHOVER ）分析.. (222)h tt p://w ww .z h a o c h i n a .c o m .c n /b b s /奇奇怪论坛简要本例题介绍使用Midas/Gen 的时程分析功能来进行抗震设计的方法。

Pushover分析原理与MIDAS_GEN计算实例科技论坛Pushover 分析原理与MIDAS/GEN 计算实例崔延卫李建新(河南省建筑设计研究院有限公司，河南郑州450014)作为结构抗震性能分析的重要方法之一，Pushover 分析将非线性静力计算结果与弹性反应谱紧密结合起来，用静力分析的方法预测结构在地震作用下的动力反应和抗震性能，在基于性能的抗震设计中得到了广泛的应用。

1Pushover 分析方法的基本原理Pushover 方法是近年来国内外应用较为广泛的一种地震反应静力弹塑性分析方法，利用静力弹塑性分析(Pushover Analysis)进行结构分析的优点在于:既能对结构在多遇地震下的弹性设计进行校核,也能够确定结构在罕遇地震下潜在的破坏机制,找到最先破坏的薄弱环节,从而使设计者仅对局部薄弱环节进行修复和加强,不改变整体结构的性能,就能使整体结构达到预定的使用功能。

对多遇地震的计算,可以与弹性分析的结果进行验证,看总侧移和层间位移角、各杆件是否满足弹性极限要求,各杆件是否处于弹性状态;对罕遇地震的计算,可以检验总侧移和层间位移角、各个杆件是否超过弹塑性极限状态,是否满足大震不倒的要求。

Pushover 方法没有严密的理论基础,它是基于以下两个假设[1]:a.假定结构的地震反应与某一等效的单自由度体系相关,这就意味着结构的地震反应仅由第一振型控制;b.在整个地震反应过程中，结构的形状向量保持不变。

显然,以上两个假设都不尽完善,侧向荷载的分布形式只与结构的基本自振周期和振型有关,没有考虑到结构高阶振型的影响;振型向量一般只凭经验假定,现阶段没有具体可行的办法,而振型向量选取的正确与否对结构特征参数的确定有较大的影响。

但经过大量的实验研究表明,对于地震反应由第一振型控制的多自由度结构,Pushover 方法可以很准确地预测结构的最大地震反应。

2Pushover 分析方法的实施步骤M IDAS/GEN 程序提供的静力弹塑性分析方法,基于两本手册[2]:美国技术应用委员会的《混凝土建筑抗震评估和修复》(ATC-40)和美国联邦紧急管理厅的《房屋抗震加固指南》(FEM A273/274)，其中混凝土塑性铰特性和性能指标来自于ATC-40,而静力弹塑性分析的具体方法则采用了ATC-40的能力谱法。

■静力弹塑性分析方法（ PUSHOVER 分析方法）简介静力弹塑性分析也称PUSHOVER 分析方法，是指在结构上施加竖向荷载并保持不变，同时施加某种分布的水平荷载，该水平荷载单调增加，构件逐步屈服，从而得到结构在横向静力作用下的弹塑性性能。

主要步骤为：（1）按通常做法建立结构模型，包括几何尺寸、物理参数等；（2）根据单元种类（梁、柱、支撑、剪力墙等）和材料类型（钢、钢筋混凝土），确定各单元塑性铰性质（恢复力模型），根据受力形式可分为轴压、弯曲、剪切、压弯铰。

一般程序将塑性铰集中在杆件两端，并不考虑沿杆长的分布，轴压铰集中在杆件中央；（3）施加全部竖向荷载；（4）确定结构的目标位移；（5）选择合适的水平加载模式，施加在结构上，逐渐增加水平荷载，结构构件相继屈服，随之修改其刚度（程序自动完成），直到达到结构目标位移，对结构性能进行评判。

■静力弹塑性分析的原理MIDAS 程序提供的pushover 的分析方法，主要基于两本手册，一本是由美国应用技术委员会编制的《混凝土建筑抗震评估和修复》（ATC —40），另一本是由美国联邦紧急管理厅出版的《房屋抗震加固指南》（FEMA273／274）。

程序中FEMA 较本构关系和性能指标就来自于（FEMA273／274），而pushover 方法的主干部分，即分析部分采用的是能力谱法CSM ，来自于ATC 一40 (1996)和FEMA-273(1997)。

其主要步骤如下：（1）用单调增加水平荷载作用下的静力弹塑性分析，计算结构的基底剪力b V 一顶点位移n u 曲线（图1（a ））。

（2）建立能力谱曲线：对不很高的建筑结构，地震反应以第一振型为主，可用等效单自由度体系代替原结构。

因此，可以将b V —n u 曲线转换为谱加速度aS 一谱位移d S 曲线，即能力谱曲线（图l （b ））。

图1 pushover 曲线和能力谱之间的转换（3）建立需求谱曲线需求谱曲线分为弹性和弹塑性两种需求谱。

MIDAS新手问题之GEN篇问1：midas采用弹性楼板时，能自动考虑梁翼缘的作用吗？即自动刚度放大！答：梁翼缘作用在分析时主要是反应在梁刚度放大上，在程序中可以通过“截面特性调整系数”这一选项进行修改边梁及中梁刚度。

另外在截面定义的时候也可以修改刚度值。

问2：midas建模是不是太复杂啊？可不可以先PKPM建模再调入计算分析！答：在midas中支持与其他软件的接口，例如pkpm、sap、staad及CAD等程序进行数据转换。

在pkpm中经过SATWE计算后的模型可以转换到midas中，其中需要有个转换的程序，这个是midas自带的。

转换后的模型中包括材料特性、模型特征、楼面荷载等信息。

如果熟悉程序的话midas建模也是相当快的，比画图也差不多了多少。

问3：请教面荷载的输入方法？我知道一个方法：一个个地点一个封闭平面的节点去选择一个面，然后输入荷载，还有其它快捷的方法吗？如像PKPM的面荷载输入？答：面荷载的输入分为2种情况：a 、一种是结构存在竖向面荷载——例如楼面荷载、屋面荷载，b、一种是横向面荷载——如风荷载，水压力或土压力。

在竖向荷载布置的时候，可以通过选择四个角点来布置已经定义的楼面荷载值或压力荷载（注意：只需要选择最外围的角点即可，不需要逐个房间点取）。

在不规则结构中无法形成刚性板因此无法由程序直接计算风荷载，此时需要在结构立面建立一个专为导荷载而用的“虚面”——即该板单元刚度和重量对结构的影响可以忽略不计。

在虚面上进行加载，可以形成实际的风荷载。

问4：若模型中有只拉单元，是不是还要加个非线性工况？怎么加？怎么组合？答：模型中的只受拉单元在一般计算时通常是等代为桁架单元来计算的，因此在非线性分析才显示出只受拉单元的特性。

做非线性的时候按照常规组合即可，读取内力、位移等数值时查看只受拉单元就OK. 至于你想做个自定义的工况的话，在形成荷载组合那个菜单里自己修改参数定义一下就行。

注意：该种情况用的不多，通常程序已经按照荷载规范中荷载组合方式进行组合了，先看看组合说明再做，别做无用功。