动力弹塑性超限报告格式Word下载.docx

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USER3次方向（L750-2）

图6-1地震波（罕遇地震）时程曲线

6.2弹塑性动力时程分析的主要技术参数指标简述

6.2.1本构模型

本工程混凝土本构关系采用《混凝土结构设计规范》GB50010-2002附录C中的单轴受压应力-应变本构模型，混凝土单轴受压应力-应变关系曲线如图6-2；

钢筋采用双折线本构模型，如图6-3，屈服前后的刚度不同，屈服后的刚度使用折减后的刚度。

无论屈服与否，卸载和重新加载时使用弹性刚度。

图6-2 

混凝土单轴受压应力-应变曲线

图6-3 

双折线钢筋本构关系

6.2.2滞回模型

滞回模型是动力弹塑性分析的基本参数，MIDAS提供了双折线、三折线、四折线类型共16种滞回模型。

本工程钢筋混凝土和型钢混凝土构件采用了修正武田三折线模型，如图6-4所示，其考虑了刚度和强度的退化，第一折线拐点用于模拟开裂强度，第二个折线拐点用于模拟屈服强度，修正武田三折线模型对武田三折线模型的内环的卸载刚度计算方法做了修正；

钢结构构件则采用了标准双折线滞回模型，如图6-5所示。

图6-4 

修正武田三折线模型

图6-5 

标准双折线滞回模型

6.2.3非线性梁柱单元

MIDAS中采用了具有非线性铰特性的梁柱单元。

梁单元公式使用了柔度法（flexibilitymethod），在荷载作用下的变形和位移使用了小变形和平截面假定理论（欧拉贝努利梁理论，EulerBernoulliBeamTheory），并假设扭矩和轴力、弯矩成分互相独立无关联。

非线性梁柱单元考虑了P-Δ效应，在分析的每个步骤都会考虑内力对几何刚度的影响重新更新几何刚度矩阵，并将几何刚度矩阵加到结构刚度矩阵中。

根据定义弯矩非线性特性关系的方法，非线性梁柱单元可分为弯矩-旋转角单元（集中铰模型）和弯矩-曲率单元（分布铰模型）。

本工程采用的是弯矩-旋转角梁柱单元，即在单元两端设置了长度为0的平动和旋转非线性弹簧，而单元内部为弹性的非线性单元类型，如下图7所示非线性弹簧的位置示意图6-6。

图6-6弯矩-旋转角单元的铰位置示意图

6.2.4非线性墙单元

MIDAS提供了带洞口的基于纤维模型的非线性剪力墙单元。

非线性墙由多个墙单元构成，每个墙单元又被分割成具有一定数量的竖向和水平向的纤维，每个纤维有一个积分点，剪切变形则计算每个墙单元的四个高斯点位置的剪切变形。

考虑到墙单元产生裂缝后，水平向、竖向、剪切方向的变形具有一定的独立性，MIDAS的动力弹塑性墙单元不考虑泊松比的影响，假设水平向、竖向、剪切变形互相独立。

每次增量步骤分析时，程序会计算各积分点上的应变，然后利用混凝土和钢筋的应力-应变关系分别计算混凝土和钢筋的应力。

剪切应力则如前所述计算单元高斯点位置的剪切变形。

图6-7 

墙单元的各成分铰位置

6.2.5计算方法

本工程非线性方程计算采用Newmark-β直接积分方法，采用完全牛顿－拉普森法（Newtom-Raphson）进行迭代收敛计算直至满足收敛条件，迭代参数中设定最小时间步长为0.00001秒，最大迭代次数为30次，并考虑了P-Δ效应的影响。

6.3弹塑性动力时程分析结果分析

6.3.1层间位移角

地震波作用主方向角=0.0度时（X向）

地震波作用主方向角=90.0度时（Y向）

图6-8弹塑性时程层间位移角结果图

6.3.2楼层位移

图6-9弹塑性时程楼层位移结果图

6.3.3楼层剪力

图6-10弹塑性时程楼层剪力结果图

6.3.4弹塑性动力时程分析结果汇总

弹塑性动力时程分析结果汇总表表6-1

序号

地震波

层间位移角

基底剪力（kN）

X向

Y向

1

USER1

1/232

（23层）

1/201

（22层）

55354

61200

2

USER2

1/277

（25层）

（30层）

75000

73577

3

USER3

1/204

（10层）

1/169

（27层）

75489

74074

4

1、2、3

平均值

1/255

1/193

（26层）

68641

69284

根据以上弹塑性分析结果包络图表可知，结构在罕遇地震下的层间位移满足了规范的要求，且有一定的富余，达到了“大震不倒”的抗震设防要求。

在大震下墙、柱脚均未出现屈服；

核心筒范围内的部分剪力墙连梁屈服，框架梁部分屈服。

说明满足该结构呈“梁铰破坏”机制，达到了“强柱弱梁”的延性设计要求。

1.0秒

5.0秒

10.0秒

15.0秒

20.0秒

30.0秒

图6-11USER1地震下框架梁铰示意图

图6-12USER2地震下框架柱铰示意图

7.0秒

8.0秒

图6-13USER1地震下第23层框架铰示意图

图6-14USER1地震下墙铰示意图

图6-15USER1地震下底部加强区墙铰示意图

6.4结构破坏形态及抗震性能总结

1、输入各工况罕遇地震波进行时程分析后，结构竖立不倒，主要抗侧力构件没有发生严重破坏，多数连梁屈服耗能，部分框架梁参与塑性耗能，但不至于引起局部倒塌和危及结构整体安全，大震下结构性能满足“大震不倒”的要求；

2、在罕遇地震波输入过程中，结构的破坏形态可描述为：

在罕遇地震下结构连梁最先出现塑性铰，然后连梁损伤迅速发展并出现剪切损伤，随时程输入连梁损伤逐步累积；

结构部分框架梁进入塑性阶段参与结构整体塑性耗能，但框架梁整体塑性损伤有限；

结构框架柱全部未进入屈服状态，二、三层跃层柱未出现损伤；

地震输入结束时剪力墙出现极少量局部损伤，未出现剪力墙全截面进入屈服状态；

3、整个外框架在在罕遇地震作用下基本保持弹性工作状态，部分框架梁的塑性损伤超过开裂强度水准，极少数超过屈服强度水准；

框架柱塑性损伤绝大部分未达到开裂强度水准，结构外框架作为第二道设防体系具有足够的富余；

4、罕遇地震作用下，筒体剪力墙满足抗剪弹性的设防要求，未出现剪力墙全截面剪切型损伤，混凝土受压和钢筋拉压都处于弹性阶段；

5、罕遇地震作用下，结构楼层位移角时程包络满足不大于1/100的抗震设防要求；

整体来看，结构在罕遇地震输入下的弹塑性反应及破坏机制，符合结构抗震工程的概念设计要求，抗震性能达到“大震不倒”的抗震性能目标。