midas关于Pushover分析总结

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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。后者要求小于前者。同时,对于延性构件来说,还要判断性能点对应的各塑性铰状态,最好能让塑性铰都处于IO和LS或者LS和CP之间,从而既可满足一定延性达到可修或者不倒的目的。

对于非规则桥梁,可以用线性或非线性时程分析的方法,直接得到E2地震作用下极限弯矩和各塑性铰的状态并验算强度或者转角。

二.Mi das的Pus hover分析的基本步骤

1.建立结构的弹性材料和截面特性,建立结构的基本有限元模型,施加相应荷载;

2.定义结构的质量,进行特征值分析,得到结构的自振频率和振型;

3.进行钢筋混凝土构件设计,输入截面配筋情况,定义设计标准,强度折减系数,钢筋混凝土材料特性等,然后运行截面设计过程。如果定义塑性铰时不使用自动计算功能的话,那么就可以跳过这一步;

4.定义塑性铰时一般需要使用自动计算功能!但是要使用自己的MΦ曲线计算工具,得到有效刚度等。注意,按规范要求用来计算塑性铰最大转角的Φy是要求第2段折线为水平,而这种方法一般不适合Midas进行Pusho ver时塑性铰的定义,所以要另外求双折线模型或者三折线模型的屈服弯矩等参数。

5.分配塑性铰给单元

6.进行Pus h-Over分析,绘出其荷载位移曲线;

7.Mi das自带的能力谱法比较适合建筑,是否可用于桥梁还需要专门研究,如果使用Midas自带的能力谱法则下面

8-12就可以省略了;

8.使用“强度折减系数”法,这就要求使用自己开发的工具,根据结构的自振特性,把荷载位移曲线转换为能力曲

线;

9.建立特定地震作用下的反应谱,转换为相应的需求谱,并与能力曲线绘在一起;

10.需求谱与能力曲线的交点即为性能点。把能力曲线双折线化,得到其屈服位移,根据性能点和屈服位移得到位移

延性比;

11.根据位移延性比,计算强度折减系数,并绘出新的需求谱;

12.使用自己开发的工具对10,11进行迭代最后得到最终的位移延性比,并计算出相应的位移,即计算墩顶位移。

13.计算塑性铰的最大容许转角,找到某塑性铰首次到达最大容许转角时的步骤序号,得到最大容许位移;

14.进行验算!

三.Mi das进行P us hover的几个关键问题

1.桩基础的模拟

桩基础的刚度对计算结果的影响很大,可以使用专门的桩基础计算软件如B90,P il e等先计算出其刚度矩阵,经过适当处理后,使用Mi das的一般弹性支承来模拟。

2.P-M曲线的由来和作用

对于纯弯构件或者偏压钢筋混凝土构件,对应某个轴力P,显然就能根据规范求出一个M u极限弯矩来。这个规范就是JTJ85规范,奇怪的是Midas到现在也没在钢筋混凝土构件设计中加入J TG04规范,大概是因为后者已经在RC设计中考虑

了,不过现在的问题是Pus hover是否认可新的RC设计呢?现在还不得而知。

不过都是极限状态法,原理上也没区别,所以我们规范取JTJ85而混凝土和钢筋材料还是可以取J TG04的,但是材料的1.25系数现在一定要去掉而取为1,在这种情况下,Midas会按J TG04的混凝土设计强度和钢筋的标准强度取值计算,显然如果是正式的”钢筋混凝土构件设计”验算的话,钢筋的材料应该取 1.2才对,不过我们是在为Pus hover准备数据,而P ushover在从”钢筋混凝土构件设计”里取数据的时候,会自动按材料分项系数为1计算。

经过“钢筋混凝土构件设计”中的柱截面验算后,就可以得到一个P-M图,图的意义就是前面说的P-M u的关系,这个可以用手算一个矩形截面直接核对。在P ushover计算过程中,塑性铰的P可能是不断变化的,于是塑性铰的MΦ曲线也会变化,我们在定义塑性铰时如果自动计算,则M i das会自动在当前P得到M u后,再根据某个规则计算得到M y,再根据M y 得到全部MΦ曲线。而如果用户定义那么包括P-M关系本身等所有数据都要全部自定义,会是一件极其麻烦的事情。