弹塑性分析没那么复杂

2017-03-19  by:CAE仿真在线  来源:互联网

“三水准抗震设防,两阶段抗震设计”是我国现阶段的基本抗震设计思想。对建筑结构进行罕遇地震作用下的弹塑性阶段变形验算即与“大震不倒”的第三水准设防目标相对应。相比于弹性分析,弹塑性分析经常让工程师摸不着头脑。其实不然,掌握了几个概念后,弹塑性分析也就没那么复杂了。

弹性与弹塑性

弹塑性分析与弹性分析的区别主要在三个方面:计算模型、材料本构、计算方式。

弹塑性计算模型
弹塑性分析计算模型采用钢筋(型钢)+混凝土的组合模型,考虑钢筋与混凝土材料的共同作用对结构性能的影响。材料本构关系为非线性本构,不仅考虑材料的弹性模量,还考虑材料的屈服、强化、损伤、破坏等特性。弹塑性动力时程分析采用显示或隐式积分方式计算。

弹塑性分析模型

单元损伤模型

地震加载条件
弹塑性动力时程分析采用地震波加载,一般超限审查中采用双向或三向地震波加载,主方向地震波峰值一般根据《高规》表4.3.5设定,主方向为水平方向的工况三个方向地震动比值一般为1:0.85:0.65(一般以X或Y向为主方向,特殊情况下还需增加斜交方向工况)。对于特殊结构还需进行竖向地震为主工况分析,三向比例一般为0.4:0.4:1。

SAUSAGE软件中地震参数设置

弹塑性分析软件
目前常用的弹塑性分析软件主要有:ABAQUS、Perform-3D、SAUSAGE、ETABS、Midas、EPDA、GSNAP等。各种软件分析模型及分析方法均有所差别,如下表:

分析结果评价
弹塑性分析结果主要包括结构整体性能和构件性能两部分。结构整体性能包括结构弹塑性耗能机制、层间位移角、顶点位移时程、结构层剪力、基底剪力时程等。结构最大层间位移角一般需满足《抗规》表5.5.5的规定,结构弹塑性基底剪力一般为小震计算结果的3~6倍。

构件性能

构件性能主要包括结构各种构件混凝土损伤情况、钢筋和钢材塑性应变情况以及特殊构件变形情况等。以此判断结构是否满足结构性能设计要求。构件的损坏主要以混凝土的受压、受拉损伤因子及钢材(钢筋)的塑性应变程度作为评定标准,并与《高规》表3.11.2中构件的损坏程度对应。

结构损伤(SAUSAGE案例)

损伤性能级别

结语
总的来说,在理论上,弹塑性分析复杂程度远远大于弹性分析。但随着软件技术的进步以及实践经验的积累,弹塑性分析的应用技术壁垒已经大大缩小,使用也更加便捷快速,结构工程师在一定的理论基础上,选用合适的分析软件,弹塑性分析也没有那么复杂!

SAUSAGE

功能优势

PKPM-SAUSAGE软件是国内少数在建筑结构非线性计算方法先进性方面可以与国际权威非线性软件ABAQUS比肩的软件;并且通过实现基于GPU显卡的最新并行计算技术,在计算效率方面拥有一定的国际领先优势;在软件的易用性方面更符合我国建筑结构设计师的专业深度要求,显著提高了复杂工程设计效率。

转载自:技术邻CAE学院,微信号: jishulink123

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