PKPM软件宣讲隔减震设计及非线性计算篇.pdf

隔减震 设计 及非线性计算篇 朱春明 13801050513 64517489 2016年 9月 PKPM软件 宣讲 1.隔减震结构设计及在 SATWE软件中便捷实现（ 新增 内容、 便捷设计、 正确 设计） • 实际采取的地震对策分为 “ 抗震”、“减震”及“隔震” 三种机制： • 抗震 是指通过强化建筑物骨架、增加耐力壁、设置斜支柱等，将整个建筑物牢牢固定住，使其可 “承受住” 地震的摇晃 • 减震 是在建筑物地基与房梁中间安装可动式减震装置，借此吸收震动，使震动不易传导到建筑物上，从而 “抑制”地震产生的摇晃 • 隔震 是在建筑物基础与地基之间安装可动式隔震装置，借此使震动分散开来，通过使建筑物与地基脱离，从而 “避免” 受到地震摇晃的影响 减震隔震设计原理 • 抗震、隔震、减震的 地震能量 吸收方法： • 耐震：将“地震能源”作为建筑物框架的变形及损坏吸收； • 减震：利用集中在减震装置的黏弹性体（橡胶及弹簧等）上而引起的变形吸收“地震能源” • 隔震： 利用隔震装置的黏弹性体（橡胶及弹簧等）吸收“地震能源” 减震隔震设计原理 • 规范反应谱 减震隔震设计原理 • 减小地震作用，主要减小地震影响系数 α： • 1、减小地震影响系数最大值 αmax； • 2、增大结构阻尼比 ζ； • 3、增大结构周期 T； • 4、减小特征周期 Tg； 减震隔震设计原理 • 抗震规范对于大阻尼地震影响系数的调整： 减震隔震设计原理 减震隔震设计原理 • 结构剪力、结构位移与结构阻尼、周期之间的关系： 减震隔震设计原理 • 隔震结构的基本规律： • 1、隔震装置的水平刚度越小，隔震结构的 自振周期延长的越长，上部结构的加速度（或剪力）的减小越多，但同时会增加结构的位移响应。

• 2、 增加隔震结构的阻尼 ，会减少上部结构的加速度（或剪力）响应，同时也会减小隔震层位移增加的趋势因此，增加结构的阻尼对改善隔震效果非常有利，阻尼过大的时候就无法继续起作用 • 3、隔震建筑更宜建造在坚硬场地上 减震隔震设计原理 • 基础隔震 建筑结构是指在建筑物上部结构与基础之间设置隔震层，以 延长结构自振周期、增大结构阻尼 、阻隔地震能量的向上传递，减小输入上部结构的地震作用，减轻上部结构地震破坏的一种成熟新技术 • 基础隔震建筑结构的特点主要是： • 一是机理清晰； • 二是隔震层隔震构造较复杂； • 三是隔震结构的设计层次多且计算较复杂； • 四是隔震支座的连接和安装要求高 基础隔震设计特点 • 基础隔震结构的多层次设计（上部结构、隔震层顶梁板体系、隔震层、支承结构层、基础、地基 ） 基础隔震设计特点 • 1.明确减震目标和设防标准； • 2.基础隔震方案选择、上部结构布置及初步计算； • 3.根据上部计算的支座反力进行隔震层结构布置； • 4.上部结构带隔震层结构计算分析 ，并按照基本地震计算确定减震系数 ; • 5. 根据减震系数确定减震之后的地震影响系数最大值，然后进行减震结构上部设计； • 6.隔震层及隔震支座验算（支座在重力荷载代表值下的最大压应力、罕遇地震下支座拉应力、支座水平位移验算、偏心率验算、屈重比验算等）； 基础隔震设计流程 • 7.下部支承结构设计（下部支承结构按照中震进行正截面设计，按照罕遇地震进行斜截面设计）； • 8、 基础设计及地基处理（基础按照正常结构进行设计）； • 9.明确隔震支座连接安装设计要求 ； • 10.撰写“基础隔震设计分析报告”（供专项审查）。

基础隔震设计流程 • 1、按照减震目标，布置隔震层以上的结构体系 基础隔震设计软件处理 • 1、按照减震目标，布置隔震层以上的结构体系（隔震层顶部的梁板体系，柱为上支墩） 基础隔震设计软件处理 • 2、根据该结构上部结构竖向荷载，可初步选定隔震支座的规格型号，进行隔震结构设计的初步设计依《抗规》第 12.2.3条规定，隔震支座在重力荷载代表值的竖向压应力下不应超过《抗规》表 12.2.3的规定 基础隔震设计软件处理 • 3、隔震层相关定义：以特殊构件补充定义方式布置“隔震支座柱” 基础隔震设计软件处理 SATWE隔震支座的定义与布置 基础隔震设计软件处理 • 提供常用型号隔震支座库 • 可以输入支座等效阻尼系数或等效阻尼比 • 可以输入支座验算所需各种参数 基础隔震设计软件处理 • 提供隔震支座产品库，供用户选择 基础隔震设计软件处理 • 也可以将支撑定义为隔震支座支撑 基础隔震设计软件处理 • PMSAP除上述方式外还提供更灵活的通用布置方式 基础隔震设计软件处理 基础隔震设计软件处理 • 4、 隔震结构的分析 • 隔震支座以剪切变形为主 • 不计隔震支座拉压刚度差异影响，避免支座受拉 基础隔震设计软件处理 • 可以 输入阻尼系数或等效阻尼比 • 阻尼系数由支座等效阻尼比按能量等效原则换算 • 竖 向可以认为无附加阻尼 基础隔震设计软件处理 • 隔震结构不满足比例阻尼假定 • 实振型分析方法（ SATWE、 PMSAP） 强制解耦 应变能加权平均 CQC组合 • 复 振型分析方法（ PMSAP） CCQC组合 基础隔震设计软件处理 • SATWE采用振型分解反应谱法计算整体结构的地震作用 基础隔震设计软件处理 • 5、隔震层的设计： • SATWE程序可自动生成小震模型、中震模型、大震模型及非隔震模型四个子模型 • 用户根据不同设计需要选择不同模型的结果 基础隔震设计软件处理 • 参数设置后程序自动生成四个子模型 • 可进入每个子模型逐个支座修改等效刚度和阻尼 • 如果仅仅为计算减震系数可只生成两个子模型 基础隔震设计软件处理 • 比较“中震隔震模型”和“中震非隔震模型”相关结果，确定水平向减震系数 • 程序提供了文本比较功能 基础隔震设计软件处理 • SATWE、 PMSAP采用统一的隔震支座验算 可查看任意工况与组合下隔震支座的位移与内力 验算重力荷载代表值下的压应力 验算最大拉应力 验算最大压应力 验算罕遇地震下支座位移验算 验算隔震层上部结构重心、刚度中心 验算隔震层屈重比 基础隔震设计软件处理 • 可查看任意工况与组合下隔震支座的位移与内力 基础隔震设计软件处理 • 上部结构重心、刚度中心 — 一般偏心不宜超过 5% 基础隔震设计软件处理 • 隔震层屈重比 （限制非地震作用引起的总水平力不宜超过总重力的 10%） 基础隔震设计软件处理 • 隔震支座应力验算 ---重力荷载代表值下的压应力 基础隔震设计软件处理 • 隔震支座应力验算 — 最大拉应力与压应力 基础隔震设计软件处理 • 6、确定减震系数，再确定减震后的地震影响系数最大值，进行上部结构的设计。

基础隔震设计软件处理 • 7.下部支承结构设计（下部支承结构按照中震进行正截面设计，按照罕遇地震进行斜截面设计） 基础隔震设计软件处理 • 8、 基础设计及地基处理（基础按照正常结构进行设计） • 9.明确隔震支座连接安装设计要求 ； • 10.撰写“基础隔震设计分析报告”（供专项审查） 基础隔震设计软件处理 2、 PKPM软件实现由非线性分析到非线性设计（ 精细化 、 具体化 、简易化、优化 ） 建筑行业新常态  “互联网 +” ：风来了，猪能飞吗？  “装配式” ：能像生产汽车一样造房子吗？  “ BIM” ：全生命期的数据能流动起来吗？  “大数据 ” ：谁从数据挖掘获得额外收益？ 建筑结构专业 本身的技术进步！ 建筑行业新热点  “小震不坏、中震可修、大震不倒”  中国的“小震设计”与“美国、日本、新西兰、欧洲的“中震设计”  “轻计算、重调整” 带来的问题：  经常出现异常的内力调整系数  弹性设计结果往往无法体现结构真实受力状态  既不一定“经济”、也不一定“安全”  经济发展形成了建筑结构设计技术进步基础  “新常态”提供建筑结构设计技术进步契机 建筑结构设计到了“大进步”时间节点  1994年美国加州北岭地震  1995年美国加州工程师协会提出 PBD方法  2008年汶川地震  2010年“抗规”、“高规”明确规定了 PBD  强调建筑结构的“个性化设计”  有利于新技术、新方法的推广应用  能够有力推动结构专业技术进步 基于性能的设计方法 基于性能的设计方法规范规定 第 1 性能水准 弹性 第 2 性能水准 屈服承载力 第 3 考虑竖向作用屈服承载力 第 4 到截面剪力要求 • 静力弹 塑性分析 方法 Pushover （ FEMA356 、 ATC40--ASCE41）  第一振型  滞回  等效 阻尼 • 动力 弹塑性分析方法（真实结构反应）  简化模型  精细 模型 • 复杂 工程对软件提出了更高要求  建模方便  配筋信息  后处理 弹塑性分析方法 • 隐式算法  Perform3D -杆件塑性铰模型、楼板及剪力墙简化模型  OpenSees - 研究采用、单元丰富、商业化不足  Midas -楼板及剪力墙简化模型  EPDA - 杆件纤维束单元、剪力墙大尺寸壳单元、楼板简化 （两个瓶颈：收敛性问题、模型简化较多） • 显式算法  Abaqus – 国际权威非线性软件、 CPU并行、功能强大  LS-DYNA – 最早引入显式算法、结构专业性差  PKPM-SAUSAGE – 精细模型、 GPU并行、专业性强 （两个优势：避免收敛性问题、模型精细） 弹塑性分析软件 静力推覆分析 ——PUSH软件 V3.1 PUSH前处理界面 接力 SATWE或PMSAP计算数据 自动推覆计算 竖向荷载计算 水平荷载计算 结构性能评价 V3.1 PUSH计算控制参数 荷载模式及加载角度 弧长追踪策略 中途重启动 收敛准则 构件损伤标准 材料控制参数 网格控制参数 结构控制参数 V3.1 PUSH后处理界面 模态计算结果 节点位移历程 楼层变形历程 构件内力历程 塑性铰变化历程 楼层剪力统计 楼层弯矩统计 自动塑性铰统计 自动抗倒塌验算 V3.1 塑性铰查看控制操作界面 V3.1 抗倒塌验算图 周期 -影响系数曲线 需求谱曲线 周期 -最大位移角曲线 周期 -加速度曲线 能力曲线 T 影响系数 1/211 等效单自由度体系验算曲线 层间位移角 一键式结构弹塑性分析，人人都可以会用，但不是人人都能把结果分析好 静力 VS动力弹塑性软件各有优势，宜结合使用 提高产品安全度，以用好软件开始，以专家优化终 静力推覆 ——PUSH软件 • 构件性能化 • 支持多种 GPU • 大震对结构总体刚度影响评估 • 能量图及其物理意义 • 连梁刚度 • 楼层剪力滞回 • 抗弯、抗剪分量 • 更加接近工程应用的计算报告 • PMSAP接。