midas Gen边界非线性分析.docx

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midasGen边界非线性分析

例题5

边界非线性分析

例题五.边界非线性分析

概要

此例题将介绍利用midasGen进行边界非线性分析的整个过程，以及查看分析结果的方法。

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.用建模助手建立模型

4.建立框架柱

5.楼层复制及生成层数据

6.输入楼面荷载

7.定义边界条件

8.定义结构类型

9.定义质量

10.输入时程分析数据

11.运行时程分析

12.时程分析结果

13.阻尼器算例简介

14.定义阻尼器特性值

15.查看阻尼器算例时程分析结果

1.简介

本例题介midasGen进行边界非线性分析的方法。

通过两个例题模型来分别说明midasGen在进行有隔震器和阻尼器的结构的时程分析过程及结果。

（本例题数据仅供参考）

图1分析模型

基本数据如下：

轴网尺寸：

X方向（4@6），Y方向（6,3,6），单位：

m

柱：

600mm600mm

梁：

250mm600mm

混凝土：

C30

层高：

一~五层，3.0m

地震波：

EICentro

设防烈度：

7°

分析时间：

20s

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。

注：

也可以通过程序右下角随时更改单位。

1.主菜单选择文件>新项目

2.主菜单选择文件>保存：

输入文件名并保存

3.主菜单选择工具>设置>单位体系：

长度m，力kN

图2定义单位体系

4.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

阻尼比：

0.05

5.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3定义材料

图4定义截面

3.用模助手建立模型

主菜单选择模型>建模助手>基本结构>框架

输入：

添加x左边，距离6，重复4；

添加z左边，距离6，重复1；距离3，重复1；距离6，重复1

编辑：

Beta角，90度；材料，C30；截面，250600,；生成框架；

插入：

点（0,0,0）；Alpha，-90度。

插

图5建立平面框架梁

4.建立框架柱

注：

此处柱子高度-3，负号代表沿Z轴负向。

生成框架柱的步骤如下：

主菜单选择节点和单元>单元>扩展；

扩展类型：

节点-线单元单元类型：

梁单元材料：

C30

截面：

600600输入柱子高度：

dZ=-3

在模型窗口中选择生成柱的节点。

图6生成框架柱

5.楼层复制及生成层数据文件

1.主菜单选择结构>建筑建筑物数据>复制层数据：

复制次数5；距离3；点击添加

在模型窗口中选择要复制的单元

2.主菜单选择结构>建筑建筑物数据>定义层数据>考虑刚性楼板

地面高度：

点击

，如勾选使用地面高度，则程序认定此标高以下为地下室

注：

需要输出时程分析层结果的时候，勾选时程分析结果的层反应。

图7生成层数据

6.输入楼面荷载

1.主菜单选择荷载>荷载类型:

静力荷载>建立荷载工况>静力荷载工况

DL：

恒荷载LL：

活荷载

图8定义楼面荷载

2.主菜单选择荷载>荷载类型:

静力荷载>结构荷载/质量>自重

荷载工况：

DL

自重系数：

Z=-1

图9定义自重系数

3.菜单选择荷载>荷载类型：

静力荷载>初始荷载/其他：

分配楼面荷载>定义楼面荷载类型

定义各房间荷载：

名称：

office荷载工况：

DL，LL楼面荷载：

-4，-2

名称：

roof荷载工况：

DL，LL楼面荷载：

-6，-0.5

注：

此处负号代表荷载方向沿Z轴负向。

图10定义楼面荷载

4.主菜单选择荷载>荷载类型：

静力荷载>初始荷载/其他>分配楼面荷载>分配楼面荷载

楼面荷载类型：

office分配模式：

双向（或长度）

荷载方向：

整体坐标系Z复制楼面荷载：

方向Z，距离4@3

同样的方法输入roof屋顶面荷载

楼面荷载类型：

roof分配模式：

双向（或长度）

荷载方向：

整体坐标系Z

注：

当楼面荷载分配不上时，可检查分配区域内是否有空节点、重复节点、重复单元。

图11分配楼面荷载

图12显示楼面荷载

7.定义边界条件

1.主菜单选择节点/单元>节点>移动复制

注：

此处亦可以通过模型窗口鼠标右键实现：

（1）右键>节点>复制和移动；

（2）选择底部节点（Z=-3），（dx,dy,dz）=（0,0,-0.1），点击适用。

选择底部节点（Z=-3），（dx,dy,dz）=（0,0,-0.1），点击适用

2.主菜单选择边界>连接>一般连接>一般连接特性值

名称：

IS01

作用类型：

内力特性值类型：

铅芯橡胶支座隔震装置

线性特性值：

有效刚度：

Dx10000000KN/m，Dy1000KN/m，Dz1000KN/m

非线性特性值：

Dy，Dz：

弹性刚度1000KN/m，屈服强度100KN

屈服后刚度与弹性刚度之比0.02

滞后循环参数a=0.5，b=0.5

注：

对于连接单元的Dx方向刚度指连接单元的轴向刚度，Dy、Dz方向刚度指连接单元的剪切向刚度。

图13输入一般连接特性

3.主菜单选择边界>连接>一般连接>一般连接

名称：

IS01

类型：

铅芯橡胶支座隔震装置

两点：

点取X=0，Y=0，Z=-3和Z=-3.1的两节点

勾选复制一般连接选项，复制轴X，间距4@6，点击适用

图14布置一般连接

4.重复上述步骤，将需要布置支座位置的节点一般连接布置好。

5.主菜单选择边界>连接>一般支承

在模型窗口中选择Z=-3.1嵌固点。

图15输入边界条件

8.定义结构类型

主菜单选择结构>类型>结构类型

结构类型：

3-D（三维分析）

将结构的自重转换为质量：

转换到X、Y（地震作用方向）

图16定义结构类型

9.定义质量

主菜单选择荷载>静力荷载>结构荷载/质量>节点质量>将荷载转换为质量

质量方向：

X、Y

荷载工况：

DL（LL）组合系数1.0（0.5）

图17定义荷载质量

10.输入时程分析数据

1.主菜单选择荷载>地震作用>时程分析数据：

时程荷载函数

添加时程函数：

时间函数数据类型：

无量纲加速度地震波：

选Elcent-h波（或其他波）

最大值：

0.035g

图18添加时程荷载数据

2.主菜单选择荷载>地震作用>时程分析数据>时程荷载函数>荷载工况

添加荷载工况名称：

SC1

结束时间：

20s

分析时间步长：

0.02

输出时间步长：

2

分析类型：

非线性

分析方法：

直接积分法

时程类型：

瞬态（地震波），当波为谐振函数时选择线性周期。

阻尼计算方法：

应变能因子

图19添加时程荷载工况

3.主菜单选择特性>塑性材料>组阻尼>组阻尼：

应变能因子

未指定阻尼的单位和边界的阻尼比

阻尼比：

0.05

指定单元和边界的阻尼比：

类型：

材料C30

阻尼比：

0.05点击“添加”

图20阻尼比定义

4.主菜单选择分析>分析控制>特征值

分析类型：

多重Ritz向量法

初始荷载工况：

地面加速度X、Y、Z；初始向量数：

分别添加3

勾选“考虑一般连接的荷载向量”

各一般连接的初始向量数量：

3

图21定义特征值分析控制

5.主菜单选择荷载>地震作用>时程分析数据>时程荷载函数>地面>地面加速度

时程分析荷载工况名称：

SC1

X-方向时程分析函数：

函数名称：

Elcent-h

系数：

1（双向地震的主方向）

到达时间：

0s（表示地震波开始作用时间）

Y-方向时程分析函数：

函数名称：

Elcent-h

系数：

0.85（双向地震的次方向）

到达时间：

0（表示地震波开始作用时间）

Z-方向是时程分析函数：

若不考虑竖向地震作用此项可不填

水平地面加速度的角度：

X、Y两个方向都作用有地震波时，如果输入0度，表示X方向地震波作用于X方向，Y向地震波作用于Y向。

如果输入90度，表示X方向地震波作用于Y方向时，Y向地震波作用于X方向。

如果输入30度，表示X方向地震波作用于与X轴承30度方向，Y向地震波作用与与Y轴成30度方向。

图22定义地面加速度

11.运行时程分析

主菜单选择分析>运行>运行分析

以上为整个前处理阶段，包括建模、荷载输入、分析选项。

12.时程分析结果（与未加隔震支座结果对比）

1.主菜单选择结果>表格>结果表格>周期与振型

图23周期和振型表格（加隔震支座）

图24周期和振型表格（未加隔震支座）

2.主菜单选择结果>时程>时程图表/文本>层图形>层剪力最大值

注：

（1）周期与振型表格中，提供以下结果，各振型参与质量、振型参与系数、振型方向系数、参与质量。

（2）当需要判断模型的某一振型是X、Y向平动还是扭转时，需要综合振型参与质量和阵型方向系数来判定。

图25层数据图形

图26层剪力最大值（加隔震支座）

图27层剪力最大值（未加隔震支座）

3.主菜单选择结果>时程>时程图表/文本>层图形>层剪切/倾覆弯矩（bystep）

图28层数据图形

图29层剪力步骤输出图形（加隔震支座）

图30层剪力步骤输出图形（未加隔震支座）

13.阻尼器算例简介

模型基本情况

二维框架：

只考虑XZ平面内自由度的时程分析

层高3m，总高十层

材料：

钢材Q345

截面：

W2794（梁）

W36135（柱）13

图31二维框架

14.定义阻尼器特性值

主1.菜单选择边界>连接>一般连接>一般连接特性值

名称：

Damper

作用类型：

内力

特征值类型：

粘弹性消能器

非线性特性值：

Dx>特性值

阻尼类型：

Maxwell模型

消能器阻尼：

2000KN

参考速度：

1m/sec

阻尼指数：

0.5

连接弹簧刚度：

1000000KN/m

图32输入一般连接特性

2.主菜单选择边界>连接>一般连接>一般连接

名称：

Damper

类型：

粘弹性消能器

两点：

点取布置阻尼器连接的两个节点

图33布置一般连接

3.重复上述步骤，将需要布置阻尼器位置的节点一般连接布置好。

图34阻尼器布置

15.查看阻尼器算例时程分析结果

1.主菜单中选择结果>结果>变形>位移等值线（单位：

mm）

图35位移结果（加阻尼器）

图36位移结果（未加阻尼器）

2.主菜单选择结果>时程>时程图表/文本>层图形>层剪力最大值

图37层剪力最大值（加阻尼器）

图38层剪力最大值（未加阻尼器）