sap2000与mts在结构弹塑性静动力分析中的应用

《sap2000与mts在结构弹塑性静动力分析中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第七届全国现代结构工程学术研讨会SAP2000与MTS在结构弹塑性静动力分析中的应用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·本文通过算例对sAP2000和MTs在弹颦性静动力分析中的应用作了详细说明，结果表明，sAP2000和MTs新增加的摹于材料的应力一应变层次的弹甥性分析功能使用比较方便

2、，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

3、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

4、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在sAP2000程序中提供了三种滞回规则：Takeda、Kine

5、lllatic和Pivot滞回规则。其中Takeda滞回规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sAP2000中的纤维塑性铰单元只能用于杆件材料属性为混凝土的杆件中，这也是sAP2000在使用中的不足之处，

6、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：如图3所示的轴压杆单元，

7、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。!兰!!!!：1．1765×lo—M元计算结果表明，顶点处位移为2．353×lOm。理论计算，其位移应为25500×loo．。有限元计算值正好为理论值的两倍，这说明纤维理性铰赋予到杆件上以后，基于其弹塑性性质，类似于两根串联的弹簧，从而导致计算的位移正好为理论值的两倍。以上分析说明，由于二纤维铰为弹塑性属性，在有限元计算时，如果定义不当，将导致计算位移

8、变大，从而导致分析结果错误。要解决这个问题，就需要将设置纤维铰的杆件设为刚性杆，以消除重复计算的位移。对丁只会产生轴向变形的单元，可以将整根杆件敬为刚性杆，然后在此根杆件的0．5倍杆长处添加具有弹塑性性能的纤维塑性铰单元，并且，将此塑一陆铰单元名义长度设为杆长。对于会产生弯曲变形的杆件，其