MIDAS邊界非線性分析.doc

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1、MIDAS邊界非線性分析北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司2008年5月根據(jù)我國規(guī)范提出的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中“小震不壞、中震可修、大震不倒”三個設(shè)防水準(zhǔn)，以及彈性階段承載力設(shè)計和彈塑性階段變形驗算的兩階段設(shè)計理論，進(jìn)入到大震狀態(tài)（罕遇地震）是允許結(jié)構(gòu)部分構(gòu)件出現(xiàn)塑性發(fā)展的，并且需要程序能夠進(jìn)行一定深度的彈塑性分析并給出相關(guān)的效應(yīng)結(jié)果。此外，目前很多實際工程中已經(jīng)開始使用隔振器、阻尼器等復(fù)雜的保護(hù)裝置，這些裝置一般需要使用邊界非線性連接單元去模擬，而線性時程分析不能夠考慮非線性連接單元的非線性屬性。綜上所述，特定工程需要進(jìn)行相關(guān)條件下結(jié)

2、構(gòu)的非線性動力分析，也就要求程序能夠完成這一分析。一、MIDAS/CIVIL非線性類型在使用MIDAS/CIVIL進(jìn)行非線性時程分析之前需要明確一個概念，即程序中可以考慮結(jié)構(gòu)非線性屬性的范圍。目前MIDAS/CIVIL程序可以考慮的非線性屬性根據(jù)性質(zhì)大致分為四個類型：幾何非線性、材料非線性、連接單元的非線性和邊界非線性，這些非線性也基本涵蓋了結(jié)構(gòu)分析所需要的幾種非線性類型。但要注意的是，并不是所有的非線性時程分析類型都可以考慮這些非線性類型，不同的時程類型所能夠考慮的非線性的類型是不一樣的。幾何非線性主要是指：效應(yīng)、幾

3、何大變形分析等與結(jié)構(gòu)幾何性質(zhì)相關(guān)的非線性。傳統(tǒng)意義上的線性靜力和動力分析都是以結(jié)構(gòu)小變形假設(shè)為基礎(chǔ)的，這對于一般結(jié)構(gòu)體系是適用的，但是對于大跨度或柔性結(jié)構(gòu)體系一般就不適用了。幾何非線性的主要任務(wù)是在這一假設(shè)與實際結(jié)構(gòu)相差比較大的情況下，考慮真實大變形（主要是大位移）的情況。材料非線性主要是指構(gòu)成結(jié)構(gòu)材料屬性所帶來的結(jié)構(gòu)非線性，對于土木工程結(jié)構(gòu)常用的鋼材和混凝土材料，其應(yīng)力－應(yīng)變在一定應(yīng)力范圍內(nèi)的表現(xiàn)基本是線性的，這是我們常規(guī)結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計的基礎(chǔ)，而當(dāng)應(yīng)力超過這一范圍后則會表現(xiàn)出很強(qiáng)的非線性屬性，因此結(jié)構(gòu)材料承載力特性總

4、體上就會表現(xiàn)為非線性屬性，結(jié)構(gòu)材料的非線性還包括有些時候在結(jié)構(gòu)分析中考慮的單拉或單壓結(jié)構(gòu)材料單元。連接單元的非線性指的是常見的隙縫、鉤問題，在MIDAS/CIVIL程序中有專門針對此開發(fā)的“鉤單元”、“間隙單元”。而邊界非線性主要是指結(jié)構(gòu)中考慮附加的阻尼器和隔振器等裝置的非線性屬性，這類結(jié)構(gòu)單元不僅表現(xiàn)為非線性的屬性，而且還可以通過滯回曲線的定義考慮單元往復(fù)加載過程中的塑性發(fā)展和能量耗損的特性。對于材料非線性的考慮和實現(xiàn)，MIDAS/CIVIL程序目前給出的是板單元及實體單元的塑性破壞準(zhǔn)則，對于框架單元（梁、柱）的材料

5、非線性是體現(xiàn)在塑性鉸屬性上的，也就是單元截面內(nèi)力大于該截面的承載力極限時，該截面將會卸載直至表現(xiàn)為鉸接的形式。在一定的單元范圍內(nèi)，MIDAS/CIVIL程序?qū)τ谶@四個類型的非線性都能夠考慮到，而且均能夠在非線性時程分析中進(jìn)行考慮。但是對于振型疊加法和直接積分法兩種方式的非線性分析所能夠考慮的非線性屬性是不一樣的。當(dāng)使用振型疊加法非線性分析時，只能考慮結(jié)構(gòu)中邊界及連接單元的非線性，包括縫、鉤、彈簧等非線性連接單元和阻尼器、隔振器等非線性連接單元；而當(dāng)使用直接積分法非線性分析時，可以考慮全部四種類型的非線性形式。二、MID

6、AS/CIVIL中結(jié)構(gòu)耗能減震裝置的模擬結(jié)構(gòu)耗能減震裝置的效果已經(jīng)得到了工程實踐的驗證，目前采用阻尼器、隔震器裝置的結(jié)構(gòu)也越來越多。我國2002版新的抗震規(guī)范首次將隔震和減震設(shè)計作為獨立的一章寫進(jìn)規(guī)范（見抗震規(guī)范第12章），并規(guī)定了設(shè)計要點和相關(guān)設(shè)計細(xì)節(jié)，這也說明了這類結(jié)構(gòu)裝置的廣泛應(yīng)用和理論設(shè)計的逐步成熟。根據(jù)是否存在閉環(huán)控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)耗能減震裝置作用于結(jié)構(gòu)的方式可以分為被動控制系統(tǒng)和主動控制系統(tǒng)。MIDAS/CIVIL程序可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)被動控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計，隔震器和阻尼器在程序中是以邊界非線性連接單元的屬性模式出

7、現(xiàn)的，MIDAS/CIVIL程序涵蓋了目前結(jié)構(gòu)設(shè)計中大部分的隔震器和阻尼器，這些單元的基本特征與規(guī)范所要求的是基本對應(yīng)的，下面將介紹幾種常用的邊界非線性連接單元?！胥U芯橡膠支座（LeadRubberBearingLRB）鉛芯橡膠支座是目前橋梁隔震設(shè)計中應(yīng)用的比較多的一種減震支座，對大量的實驗進(jìn)行統(tǒng)計分析后可知，其滯回曲線一般為梭形，圖形呈反對稱，如圖圖.鉛芯橡膠支座滯回曲線一般情況下，準(zhǔn)確地按實驗所得結(jié)果建立滯回模型十分困難，為簡化起見，可以根據(jù)滯回曲線中正反向加載時的初始剛度與卸載時的剛度基本平行以及正反向屈服后剛度

8、也基本互相平行的特性，將支座的滯回曲線簡化為雙線性曲線，從而建立起鉛芯橡膠支座滯回曲線的等價線性化模型，如圖。圖.鉛芯橡膠支座滯回曲線的等價線性化模型MIDAS/CIVIL對鉛芯橡膠支座也是采用的雙線性力學(xué)模型來模擬其非線性特性。下面介紹一下程序中各參數(shù)的含義以及應(yīng)該怎樣輸入。首先自重處輸入的是鉛芯橡膠支座實際自重。軸向方向為單線