抗震分析设计在midas中的实现

7. 多点激振分析概述及在 midas Gen的实现舒哲1. 概要地震波在向四周传播的过程中,不仅有时间上的变化特性,而且存在着明显的空间变化特性。

传统上, 对多数结构进行抗震设计时,都忽略了地震动的空间变化这一特性。

对于平面尺寸较小的建筑物(如通常的工业与民用建筑 ,地震动的空间变化特性影响不大,忽略地震动的空间变化特性是能够满足此类建筑物的抗震设计要求的。

然而,对于跨度很大的结构,由于波列传播波速的有限性、相干性的损失以及局部场地地质的不同等都会导致各支承点的地震激励出现显著差异。

图 7.1 行波效应示意图地震动对于大跨结构的空间效应主要有以下几个方面:1、非均一性效应:地震波从震源传播到两个不同测点时,其传播介质的不均匀性,对于非典型震源, 两个不同测点的地震波可能是从震源的不同部位释放的地震波及其不同比例的叠加,从而引起两个测点地震动的差异,导致相干特性的降低,此就是非均一性效应。

2、行波效应 :由于地震波传播路径的不同,地震波从震源传到两测点的时间差异,从而导致的相干性的降低,此种现象叫行波效应。

3、衰减效应:由于两测点到震源的距离不同,导致的相干性的降低,这种效应叫衰减效应。

4、局部场地效应:地震波传至基岩时,再向地表传播时,由于两测点处表层局部场地地质条件不一样,导致两测点处的地震动相干性的降低,这种现象叫局部场地效应。

对于实际工程,衰减效应影响不是很明显,通常情况不予考虑,根据理论分析和工程实际得到:相对于地震一致运动来说,考虑行波效应产生对结构的影响不容忽视,而考虑激励点之间的相干性 (非均一性效应、局部场地效应对结构的影响相对较小,所以一般考虑多点 (非一致地震反应分析也首先考虑行波效应对结构的影响。

行波效应主要考虑了地震波传播在时间上的差异 ,而忽略了诸如幅值、频谱、持时等其它信息 [1]。

2. 分析方法到目前为止,大跨结构抗震分析经历了静力理论、反应谱理论、动力理论的演变过程,与其相对应的抗震分析方法为:反应谱方法、时程分析方法、随机振动法。

在MIDAS/Gen中如何实现中震设计？中震弹性设计就是在中震时结构的抗震承载力满足弹性设计要求，中震不屈服的设计就是地震作用下的内力按中震进行计算。

中震弹性设计与中震不屈服的设计在MIDAS中的实现一、中震弹性设计1、在MIDAS/Gen中定义中震反应谱主菜单》荷载》反应谱分析数据》反应谱函数：定义中震反应谱，即在定义相应的小震反应谱基础上输入放大系数β即可。

2、定义设计参数时，将抗震等级定为四级，即不考虑地震组合内力调整系数（即强柱弱梁、强剪弱弯调整系数。

3、其它设计参数的定义均同小震设计。

二、中震不屈服设计1、在MIDAS/Gen中定义中震反应谱。

内容同中震弹性设计。

2、定义设计参数时，将抗震等级定为四级，即不考虑地震组合内力调整系数（即强柱弱梁、强剪弱弯调整系数）。

内容同中震弹性设计。

3、定义荷载组合时将地震作用分项系数取为1.0。

4、将材料分项系数定义为1.0，即构件承载力验算时取用材料强度的标准植。

5、其它操作均同小震设计。

《抗规》中对中震设计的内容涉及很少，仅在总则中提到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标，但没有给出中震设计的判断标准和设计要求，我国目前的抗震设计是以小震为设计基础的，中震和大震则是通过地震力的调整系数和各种抗震构造措施来保证的，但随着复杂结构、超高超限结构越来越多，对中震的设计要求也越来越多，目前工程界对于结构的中震设计有两种方法，第一种按照中震弹性设计，第二种是按照中震不屈服设计，而这两种设计方法在MIDAS/Gen中都可以实现，具体说明如下：一、中震弹性设计结构的抗震承载力满足弹性设计要求，最大地震影响系数α按表1取值，在中震作用下，设计时可不考虑地震组合内力调整系数（即强柱弱梁、强剪弱弯调整系数），但应采用作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数，构件的承载力计算时材料强度采用设计值。

表1 地震影响系数（β为相对于小震的放大系数）1、在MIDAS/Gen中定义中震反应谱主菜单》荷载》反应谱分析数据》反应谱函数：定义中震反应谱，即在定义相应的小震反应谱基础上输入放大系数β即可，β值按表1取用。

MIDAS在抗震计算中的应用摘要:近年来,桥梁抗震的计算得到越来越多的重视。

利用MIDAS 软件建立抗震模型,介绍抗震设计的心得体会。

关键词:抗震Pushover 反应谱汶川地震、玉树地震等高震级地震后,许多交通要道往往因为桥梁的破坏导致救灾物资不能及时运送到灾区,这给人们留下了惨痛的教训。

因此利用新的抗震设计规范进行抗震设计是时下桥梁设计中的重点问题。

此次使用MIDAS软件建立抗震模型,分析探讨抗震计算中遇到的几点问题。

1 抗震设计Pushover介绍Pushover是一种静力弹塑性分析,或者叫非线形静力分析方法,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。

由图1荷载—位移曲线我们可以看出,IO是处在正常使用状态,LS 为承载能力极限状态,CP则是完全倒塌破坏。

从IO开始结构可是进入弹塑性状态,在LS前结构整体是安全的,LS后则结构损伤无法修复,但CP前还不至于倒塌。

设计中对于不同构件部位,其性能要求是不一样的。

对于常规桥梁中的规则桥梁来说,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Pushover。

根据《公路桥梁抗震设计细则》要求,规则桥梁只需要验算墩顶位移就可以了。

单柱墩可用公式:对于双柱墩,即进行Pushover分析,根据Pushover的能力谱法找到性能点,得到墩顶位移。

抗震设计中墩柱作为延性构件设计,我们还能判断性能点对应的各塑性铰状态,设计中最好能让塑性铰处于IO和LS之间,最大限度的发挥材料的性能而结构整体确是安全可靠的。

2 MIDAS的Pushover分析模型对于双柱墩,即进行Pushover分析,根据Pushover的能力谱法找到性能点,得到墩顶位移。

本次与手算结果进行对比,验证该Pushover模型的可靠性。

Pushover分析模型建立:(1)配筋条件的输入;(2)定义pushover主控数据;(3)定义pushover工况;(4)定义铰特性值,并分配铰;(5)计算与查看pushover分析结果。

公路抗震设计m i d a s软件使用-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN公路抗震设计验算功能一、公路抗震设计验算概述1.公路抗震设计使用方法程序根据《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01—2008）内容，对公路桥梁进行的抗震设计。

具体设计流程如下：1)建立分析模型；2)定义弯矩-曲率曲线（仅在桥墩及盖梁强度验算时定义）；3)输入反应谱地震荷载数据；4)运行分析；5)定义公路抗震设计用荷载组合；6)定义公路抗震设计参数及材料特性；7)定义截面配筋数据；8)定义抗震设计构件类型；9)运行抗震设计；10)查看抗震验算结果表格；11)查看抗震设计计算书——选择“设计〉RC设计〉输出RC设计计算书”。

2.公路抗震设计注意事项1)进行公路抗震设计的混凝土材料及钢筋材料特性必须选择JTG04（RC）规范，否则程序提示“抗震设计单元材料选择不正确”（结构分析时可不受此限制）；2)进行公路抗震设计的盖梁截面必须是“设计截面”中的截面，其他构件截面必须是“数据库/用户”中的截面，否则程序提示“抗震设计用数据不存在”；3)在设计截面的剪切验算位置栏中不输入信息，程序将按默认的剪切验算位置自动计算剪切应力，各种截面程序默认的剪切验算位置参见联机帮助；4)定义设计截面时输入的抗剪用腹板最小厚度将用来作为抗弯和抗剪验算的腹板厚度，因此一定要指定抗剪用腹板厚度，否则抗弯验算的结果不可信，且不能得到剪切应力的计算结果；5)程序默认水平的“设计截面”梁单元按梁设计，竖直的“数据库/用户”截面梁单元按柱设计，对于倾斜的梁单元，需要在“设计〉一般设计参数〉编辑构件类型”中指定构件类型，否则程序提示“不是适合的构件类型”的错误信息；6)梁构件的普通钢筋数据要在前处理的“截面钢筋”中输入，柱构件的普通钢筋数据要在“设计〉RC设计〉RC设计截面配筋”中输入，否则程序提示“抗震设计用数据不存在”；7)当设计规范选择为“JTG/T B02-01—2008”时，设计用截面配筋中“箍筋类型”的“直径”和“肢数”将采用按截面Y、Z向分开的方式输入，这样便于用户配置多种箍筋形式；8)定义弯矩-曲率曲线之前必须在“模型〉材料和截面特性〉弹塑性材料特性”中定义混凝土和钢筋材料的本构关系，否则因无材料特性而无法定义弯矩-曲率曲线；9) 程序按Ef y y =ε自动计算钢筋屈服应变，各等级钢筋屈服应变详见下表：钢筋等级 屈服应力fyMPa 弹性模量E MPa 默认屈服应变εyHRB335 335 % HRB400 400 % KL400 400 % R235235%10) 抗震验算构件（除盖梁外其他所有构件）必须在“设计〉一般设计参数〉自由长度、计算长度系数”中定义柱构件计算长度数据，否则程序提示“设计单元缺少计算长度数据”；11) 对于桥墩构件，计算长度数据0l 要用于程序计算P-M 曲线，所以必须要定义准确，否则程序默认取l l 20=；12) 反应谱函数中新增了“JTG/T B02-01—2008”规范，程序通过用户选择的不同参数按照规范公式（）计算输出水平向设计加速度反应谱函数，对于竖向设计加速度反应谱函数，程序先根据用户所选的“基岩”和“土层”来计算“竖向/水平向谱比函数R”，然后在水平反应谱函数的基础上按照规范的要求计算输出竖向设计加速度反应谱函数；13) 公路抗震设计用荷载组合必须在“结果〉荷载组合〉混凝土设计”中定义（程序自动生成或用户自定义），荷载工况中必须包括地震（反应谱）荷载类型，否则无法进行抗震设计验算；14)自动生成抗震荷载组合时，程序会将定义的所有地震（反应谱）荷载工况采用SRSS方式先进行组合，然后再按照规范的要求将永久作用与地震作用（SRSS结果）组合，组合时永久作用和地震作用组合系数均取；15)对于地震作用考虑到作用方向的不确定性，程序自动组合时考虑了正、反两个方向的组合，即一加一减的形式；16)自动生成抗震荷载组合时，地震作用中不考虑地震土压力和地震水压力，仅考虑地震动（反应谱）的作用，由于时程荷载不支持计算结果的线性叠加，所以荷载组合中的地震作用不考虑时程荷载，仅考虑反应谱荷载；17)程序根据地震作用等级和结构是否进入塑性状态，将抗震验算划分为“E1地震作用、E2地震作用（弹性）、E2地震作用（弹塑性）”三个阶段；18)定义桥墩构件时必须选择连续的桥墩单元，否则程序提示“[错误] 单元间没有连成直线”；程序按08抗震细则中公式（）计算，横19)对于双柱墩、排架墩，其顺桥向容许位移u桥向容许位移由用户自行计算后输入，程序不提供自动计算功能；20) “塑性铰区域”选项仅在E2地震作用弹塑性阶段计算延性墩柱剪力设计值0c V 时起作用，其中“底部”对应08抗震细则中公式（）和（）的内容，“顶、底部”对应公式（）和（）的内容；21) 桥墩验算时必须要有弯矩-曲率的关系数据，用户可以在前处理中定义“弯矩-曲率曲线”，也可以在“用户定义”中直接输入相关数据来定义弯矩-曲率关系，否则程序提示“[错误] 钢筋砼抗震设计构件类型 数据(号:4)内有错误。

例题. 钢筋混凝土结构抗震分析及设计概要本例题介绍使用midas Gen 的反应谱分析功能来进行抗震设计的方法。

此例题的步骤如下:1.简介2.设定操作环境及定义材料和截面3.建立框架梁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8.输入风荷载9.输入反应谱分析数据10.定义结构类型11.定义质量12.运行分析13.荷载组合14.查看结果15.配筋设计16.计算书1 简介该例题通过建立一个六层的钢筋混凝土框架-剪力墙结构模型，详细介绍了使用midas Gen建立结构模型、施加荷载和边界条件、查看分析结果及进行抗震设计的步骤和方法。

初学者按照本章提示的步骤进行操作，可以在短时间内熟悉和掌握midas Gen的环境及使用方法。

例题模型的基本数据如下：轴网尺寸：见平面图主梁：250mmx450mm，250mmx500mm次梁：250mmx400mm连梁：250mmx1000mm柱：500mmx500mm混凝土：C30剪力墙：250层高：一层：4.5m二~六层：3.0m设防烈度：7º（0.10g）场地：Ⅱ类2 设定操作环境及定义材料和截面在建立模型之前先设定环境及定义材料和截面1.主菜单选择 文件 >新项目文件 >保存: 输入文件名并保存 2.主菜单选择 工具>设置>单位系: 长度 m, 力 kN图2 定义单位体系3.主菜单选择 特性>材料>材料特性值： 添加：定义C30混凝土材料号：1 名称：C30 规范：GB10(RC) 混凝土：C30 材料类型：各向同性注：也可以通过程序右下角随时更改单位。

图3 定义材料4.主菜单选择特性>截面>截面特性值：添加：定义梁、柱截面尺寸图4 定义梁、柱截面5.主菜单选择特性>截面>厚度：添加：定义剪力墙厚度图5 定义剪力墙厚度3. 建立框架梁1.主菜单选择节点/单元>节点>建立节点:坐标：0, 0, 0；复制次数：1次距离（dx,dy,dz）：0，15，0图6 建立节点2.主菜单选择节点/单元>单元>建立单元:截面名称：250x450；节点连接： 1，2；图7 建立梁单元3.复制单元主菜单选择 节点/单元>单元>移动复制:选择复制对象；形式：复制；任意间距：方向x ；间距：2@5,2@3.9,2@4.3；图8 复制梁单元4.主菜单选择 节点/单元>单元>建立单元:截面名称：250x450；节点连接：1，13；在“交叉分割”项，将节点和单元都选 上。