SAP2000与MTS在结构弹塑性静动力分析中的应用.pdfVIP

第七届全国现代结构工程学术研讨会 胡大柱王开强孙飞飞李国强 (同济太掌土木工程学院．上海2。∞92) 摘要：建筑抗震规范规定部分结构应进行弹塑性变形验算，而除少数规则结构可以采用规范规定的简化方法分析外，大多 数需要进行弹埋性时程分析。然而现有的设计软件，包括有限兀软件在弹塑性分析上都存在一些困难，甚至无法进行分析· 的应力一应变层次的弹甥性分析功能使用比较方便，计算结粜准确。 关键词：弹塑性，静力分析．动力分析，s^P2000程序，M丁s软件 一、引言 建筑抗震规范”’规定部分结构应进行弹塑性变形验算，而除少数规则结构可咀采用规范规定的简化方 法分析外，大多数需要进行弹颦性时程分析。采用现有通用有限元分析软件进行弹颦性分析，尤其是动力 分析，都存在困难，甚至无法进行分析。目前在结构工程领域使用较为广泛的有限元通用程序sAP2000中 有一个纤维塑性铰(Fiber—hinge)单元，采用该单元能进行弹塑性静动力分析，而且其材料非线性是在材 料的应力一应变层面上定义，使用方便，概念清晰。 ， ， 国内同济大学编制的ws软件也已经开发了基于纤维弹簧的弹塑性梁柱单元进行弹塑性动力分析。 本文将基于这两种软件，对他们弹塑性静动力分析的原理，使用方法以及计算结果进行对比。 二、SAP2000程序中纤维塑性铰单元特点以及建模方法 (一)纤维塑性铰单元特点 sAP2000程序中每个塑性铰用一个离散点铰来模拟。所有塑性变形，无论是位移或转动．都发生在点 铰内。这意味着用户需为铰假定一个名义长度，在此长度上对塑性应变或塑性曲率积分。按照一定的原则 在框架单元截面上布置纤维塑性铰。每个纤维具有一个应力一应变曲线(图I)和位置、附属面积(图2)，每 个附属面积代表杆件截面的一部分，其面积值应与该纤维所代表的区域面积值相等。将每个纤维的轴向应 力在整个杆件截面上积分，计算出轴力P、弯矩M2和M3值，同理，将每个纤维的轴向变形沿塑性铰名义 长度上积分获得．构件的轴向变形u1和转动变形R2和R3。 用户可以定义自己的纤维铰，显式地指定每个纤维的位置、面积、材料和应力一应变曲线，由于可以 独立定义每个纤维铰的应力应变关系，因而对于钢构件，可以方便考虑残余应力的影响。 图1 纤维塑性铰单元应力一应变关系示意图 图2纤维塑性铰单元截面示意图 则属于最大点指向型，即在本次加载中。总是指向上次加载的最大点；KinelIlatic滞回规则即为随动强化 准则，适用于金属中的常见硬化行为．沿骨架曲线加载，沿初始切线刚度下载；Pivot滞回规则与Tal(eda 工业建筑2007。增刊 第七届全国现代结构工程学术研讨会 规ⅢⅡ类似，但是具有一些附加参数来控制退化规则，它尤其适用于钢筋混凝土单元。 (二)纤维塑性铰建模方法 不足之处，用户要想将它用于钢构件中就需要作相应的变换方法，本文推荐的变换方法是在定义材料塑性 时，定义一个新的材料属性，在该属性中设计类型为“concrete”，但是其密度、重度、弹性模量、泊松 比、热膨胀系数等设为钢材的材性，这样在给需要定义塑性铰的杆件赋材料属性对，解决了sAP2∞0程序 目前版本在该问题上的不足。 其次，s”2000的纤维担性铰单元为弹塑性塑性铰单元，这在使用中将会容易引起错误，而且纤维塑 性铰单元在使用时都是直接赋到相应杆件上，且需要有一定的计算长度，这将导致计算时重复计算位移。 举例说明这个问题： ●●●}●●●●●●●●●●●●●●●．●●●●●●●，●●●●●●●●L 圈 3 ]f—引1-1博模型 如图3所示的轴压杆单元，杆长3000m，截面面积luO嬲‘，弹性模量255∞Ⅳ，一‘，在秆项施加 lN的轴向压力。纤维铰的相对长度设为l，即其计算长度与杆长相同，弹性模量也为25500Ⅳ，mm‘。有限