STRAT V7.0 现浇空心板楼盖结构建模计算

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壶晋
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1 STRAT V7.0 隔震减震结构计算与分析目录一隔震减震构件设置步骤基本介绍粘滞阻尼梁与斜撑间水平连接单斜撑斜向连接双斜撑斜向连接粘滞阻尼设置方法粘滞阻尼参数 ) 附加阻尼 kn/(m/s) ) 附加弹性杆 (kn,m) ) 连接方式二力杆设置方法工程实例 ) 工程概况 ) 设置粘滞阻尼器 ) 计算结果对比软钢阻尼软钢阻尼建模方法软钢阻尼设置方法软钢阻尼参数设置要点工程实例 ) 工程概况 ) 设置软钢阻尼器 ) 计算结果对比屈曲约束支撑软钢阻尼输入直接建模工程实例 ) 工程概况 ) 设置屈曲约束支撑 ) 计算结果对比橡胶支座橡胶支座建模方法橡胶支座设置方法 I

2 5.3 橡胶支座参数 ) 基本参数 ) 轴压性能 ) 剪切性能工程实例 ) 工程概况 ) 设置橡胶支座 ) 计算结果对比二 Strat 非线性计算地震波设置地震波波库读入新地震波 ) 读分量值 ) 读 STRAT 格式 ) 输入函数波几种特殊函数波的输入 ) 正弦函数曲线 ) 矩形脉冲函数曲线 ) 三角形脉冲函数曲线选波和设置计算参数弹性时程分析弹塑性时程分析 ) 静力动力响应 ) 整体单元不平衡内力迭代 ) 计算裂缝 ) 计算粘结滑移进行楼层统计 ) 动力积分方法 ) 比例阻尼 ) 检测过程刚度 ) 全过程输出 ) 包含初始静荷载材料本构关系 ) 混凝土 ) 钢材钢筋 ) 屈曲软钢计算时程计算多波归并 II

3 一隔震减震构件设置步骤 1 基本介绍规范相关内容 : 这里讲的是多遇地震下, 结构弹性阶段的效能减震设计抗规 : 消能减震设计时, 应根据多遇地震下的预期减震要求及罕遇地震下的预期结构位移控制要求, 设置适当的消能部件消能部件可由消能器及斜撑墙体梁等支承部件组成消能器可采用速度相关型位移相关型或其他类型抗规 : 消能减震设计计算分析, 应符合下列规定 : 1 当主体结构基本处于弹性工作状态时, 可采用线型分析方法做简化估算, 并根据结构的变形特征和高度等, 按本规范 5.1 节的规定分别采用底部剪力法阵型分解反应谱法和时程分析法消能减震结构的自振周期应根据消能减震结构的总刚度确定总刚度应为结构总刚度和消能部件有效刚度的总和消能减震结构的总阻尼比应为结构阻尼比和消能部件附加给结构的有效阻尼比的总和隔震设计一般指构件底部设橡胶支座, 减震设计一般指在上部楼层剪力较大部位设置阻尼器 ( 包括粘滞阻尼器和软钢阻尼器 ) 屈曲约束支撑等减震器下面来一一介绍各种隔震减震构件的设置和使用 2 粘滞阻尼粘滞阻尼器是附加在梁柱或支撑单元上, 与速度相关的阻尼器粘滞阻尼器常见的连接方式有 (a) 梁与斜撑间水平连接 (b) 单斜撑斜向连接 (c) 双斜撑斜向连接等下面分别对这三种的建模方式进行说明 2.1 梁与斜撑间水平连接粘滞阻尼器连接在梁和斜撑之间, 水平方向布置, 如图 1.1 所示图 1.1 梁与斜撑间水平连接示意图粘滞阻尼器设置时不是直接设置在水平梁上, 与水平梁呈很小的夹角建两根梁, 并由两根斜撑支撑, 如图 1.2-b 所示建模时可以取水平梁中点为交点建两根梁和两根斜撑, 然后用拉伸命令改图 ;Stretch;s 将交点向下拉一个很小的距离即可建好后使用属性修改命令工具 ;Change;ch 修改梁和斜撑的图层, 便于操作和管理, 截面和材料根据需要进行修改设置梁和斜撑为二力杆, 并设置梁属性为粘滞阻尼, 如图 1.2-c 所示二力杆和粘滞阻尼具体设置方法见 2.4 和 2.6 节 1

4 2.2 单斜撑斜向连接 a b c 图 1.2 粘滞阻尼器设置基本流程粘滞阻尼器设置在单斜撑端部, 沿斜撑轴向布置, 如图 1.3 所示图 1.3 单斜撑斜向连接示意图粘滞阻尼器设置在斜撑上, 首先建立一根斜撑, 如图 1.4-b 所示建好后使用属性修改命令工具 ;Change;ch 修改斜撑的图层, 便于操作和管理, 截面和材料根据需要进行修改设置斜撑为二力杆, 并设置斜撑为粘滞阻尼, 如图 1.4-c 所示二力杆和粘滞阻尼具体设置方法见 2.4 和 2.6 节 a b c 图 1.4 粘滞阻尼器设置基本流程 2.3 双斜撑斜向连接粘滞阻尼器设置在双斜撑端部, 沿斜撑轴向布置, 如图 1.5 所示图 1.5 双斜撑斜向连接示意图粘滞阻尼器设置在斜撑上, 首先建立两根斜撑斜撑交于水平梁中点, 使用交点分图命令工具 ;TransDot;tr 选择斜撑和水平梁进行打断, 形成交点, 如图 1.6-b 所示建好后使用属性修改命令工具 ;Change;ch 修改斜撑的图层, 便于操作和管理, 截面和材料根据需要进行修改设置斜撑为二力杆, 并设置斜撑为粘滞阻尼, 如图 1.6-c 所示二力杆和粘滞阻尼具体设置方 2

5 法见 2.4 和 2.6 节 2.4 粘滞阻尼设置方法 a b c 图 1.6 粘滞阻尼器设置基本流程使用粘滞阻尼命令属性 ;BeamDamp;dpb 设置粘滞阻尼器在弹出的梁柱粘滞阻尼菜单中, 设置附加阻尼的参数, 或同时设置附加弹性杆参数, 如图 1.7 所示附加阻尼参数有沿 123 轴平动和转动以及速度指数, 附加弹性杆参数有沿 123 轴平动和转动以附加阻尼和附加弹性杆可选择串联和并联两种连接方式参数设置好后点增加按钮, 确定后选择要设置粘滞阻尼的单元图 1.7 梁柱粘滞阻尼菜单菜单中 123 轴指的是构件的坐标轴以普通矩形梁为例, 如图 1.8 所示,2 轴为截面水平方向, 3 轴为截面竖直方向,1 轴为垂直截面方向即沿构件长度方向图 1.8 构件 123 轴示意图 2.5 粘滞阻尼参数 1) 附加阻尼 kn/(m/s) 沿 123 轴平动 : 沿构件局部坐标三个方向的平动附加阻尼三个方向的数值依次输入, 中间用空格隔开绕 123 轴转动 : 绕构件局部坐标三个方向的转动附加阻尼三个方向的数值依次输入, 中间用空格隔开速度指数 : 阻尼器与梁柱单元相对运动速度比值 2) 附加弹性杆 (kn,m) 3

9 设置梁柱单元自由度释放菜单设计要点 : 二力杆的设置和取消可以通过另一种方式完成使用特殊属性修改命令工具 ;ChangeBeam;chb 选择需要设置二力杆的构件单元, 确定后弹出改变梁柱特殊属性菜单, 如图 1.

6 沿 123 轴平动 : 沿弹性杆局部坐标三个方向的平动附加阻尼三个方向的数值依次输入, 中间用空格隔开沿 123 轴转动 : 绕弹性杆局部坐标三个方向的转动附加阻尼三个方向的数值依次输入, 中间 3) 连接方式用空格隔开阻 / 弹串联 : 附加阻尼和附加弹性杆是串联的连接关系阻 / 弹并联 : 附加阻尼和附加弹性杆是并联的连接关系 2.6 二力杆设置方法使用梁柱自由度释放命令属性 ;Free;f 设置二力杆在弹出的设置梁柱单元自由度释放的菜单中选择二力杆, 如图 1.9 所示, 点增加按钮确定后分别点击构件两端, 构件两端出现红色实心小圆说明二力杆设置完成, 如图 1.1-c 中斜杆所示图 1.9 设置梁柱单元自由度释放菜单设计要点 : 二力杆的设置和取消可以通过另一种方式完成使用特殊属性修改命令工具 ;ChangeBeam;chb 选择需要设置二力杆的构件单元, 确定后弹出改变梁柱特殊属性菜单, 如图 1.10 所示点击修改起端自由度和末端自由度为二力杆要取消二力杆设置, 只要勾选右侧取消选项即可软钢阻尼粘滞阻尼和橡胶支座的设置和取消也可以通过此菜单完成 2.7 工程实例 1) 工程概况图 1.10 改变梁柱特殊属性菜单以实际工程为例, 结构总高 93m, 楼层共 25 层, 框架剪力墙结构, 结构实体图如图 1.11 所示选取经典的 Elcentro 波进行弹性时程 / 弹塑性时程计算, 如图 1.12 所示 4

7 图 1.11 结构实体图 2) 设置粘滞阻尼器图 1.12 选择 Elcentro 波进行计算在第 8~20 层设置软钢阻尼器, 这里采用双斜撑斜向连接的方式, 图 1.13 中红色构件为粘滞阻尼器粘滞阻尼参数设置如图 1.14 所示 (a) 设置粘滞阻尼器结构实体图图 1.13 粘滞阻尼器布置实体图 (b) 第 20 层粘滞阻尼器布置图 5

图 1.14 粘滞阻尼参数 3) 计算结果对比原模型位移角曲线第 8 层出现突变, 曲线突起部分一直到第 19 20 层粘滞阻尼器设置后, 有效消除了位移角曲线突起的状况, 楼层最大位移角减小, 结构抗震性能提高粘滞阻尼器设置前后, 弹性时程和弹塑性时程层位移角曲线如图 1.15 1.16 所示楼层最大位移角计算结果对比如表 1.

8 图 1.14 粘滞阻尼参数 3) 计算结果对比原模型位移角曲线第 8 层出现突变, 曲线突起部分一直到第层粘滞阻尼器设置后, 有效消除了位移角曲线突起的状况, 楼层最大位移角减小, 结构抗震性能提高粘滞阻尼器设置前后, 弹性时程和弹塑性时程层位移角曲线如图所示楼层最大位移角计算结果对比如表 1.1 所示 (a) 无阻尼 X 向 (1/1673) (b) 有阻尼 X 向 (1/2045) (c) 无阻尼 Y 向 (1/1502) (d) 有阻尼 Y 向 (1/1704) 图 1.15 弹性时程层位移角曲线 (a) 无阻尼 X 向 (1/158) (b) 有阻尼 X 向 (1/242) (c) 无阻尼 Y 向 (1/143) (d) 有阻尼 Y 向 (1/165) 图 1.16 弹塑性时程层位移角曲线表 1.1 最大楼层位移角计算结果对比楼层最大位移角项目无粘滞阻尼有粘滞阻尼前后差异 /% 弹性时程 X 向 1/1673 1/ 弹性时程 Y 向 1/1502 1/

弹塑性时程 X 向 1/158 1/242 34.71 弹塑性时程 Y 向 1/143 1/165 13.33 3 软钢阻尼 3.

17-b 所示建好后修改柱单元的图层, 便于操作和管理, 截面和材料根据需要进行修改最后修改柱单元为软钢阻尼, 如图 1.17-c 所示 a b c 图 1.

9 弹塑性时程 X 向 1/158 1/ 弹塑性时程 Y 向 1/143 1/ 软钢阻尼 3.1 软钢阻尼建模方法软钢阻尼又称屈服阻尼, 是与位移相关的阻尼器以柱单元模拟软钢阻尼, 在设置软钢阻尼的位置建一根柱, 如图 1.17-b 所示建好后修改柱单元的图层, 便于操作和管理, 截面和材料根据需要进行修改最后修改柱单元为软钢阻尼, 如图 1.17-c 所示 a b c 图 1.17 软钢阻尼器设置基本流程软钢阻尼器类似于钢板中间加填充物的形式, 因此阻尼器实际模型类似扁长形式软钢阻尼器三维实体示意图如图 1.18 所示 3.2 软钢阻尼设置方法图 1.18 软钢阻尼器三维实体示意图使用软钢阻尼命令属性 ;BeamYield;dpy 设置软钢阻尼器在弹出的梁柱软钢阻尼菜单中, 设置单元三个方向的参数, 如图 1.19 所示, 分别为轴压 (1 轴方向 ) 2 轴方向剪切 3 轴方向剪切 3.3 软钢阻尼参数设置要点图 1.19 梁柱软钢阻尼菜单 7

10 1) 输入的刚度是指构件刚度, 而非截面刚度例如, 轴向刚度为两端轴力与两端变形差的比值, 对于等截面软钢构件为 EA/L 2) 软钢阻尼一般只有一个方向刚度例如屈曲支撑只有轴向刚度 EA/L, 钢板墙只有 2 向剪切刚度 GA2/L 另外方向刚度设极小值, 可设为 1, 不能设 0 3) 各参数之间的关系 : 弹性刚度 >> 屈服刚度, 设计承载力 < 屈服承载力 < 极限承载力 4) 软件阻尼设在梁上, 该梁即成为一般意义上的连接 Link 单元 Link 单元的刚度完全采用软钢阻尼的参数, 单元本身的刚度完全不起作用但 Link 上的荷载质量仍被计算, 需要注意这些单元上的荷载是否正确 3.4 工程实例 1) 工程概况以实际工程为例, 结构总高 93m, 楼层共 25 层, 框架剪力墙结构, 结构实体图如图 1.20 所示选取经典的 Elcentro 波进行弹性时程 / 弹塑性时程计算, 如图 1.21 所示图 1.20 结构实体图 2) 设置软钢阻尼器图 1.21 选择 Elcentro 波进行计算在第 8~17 层设置软钢阻尼器, 图 1.22 中红色竖向构件为软钢阻尼器软钢阻尼参数设置如图 1.23 所示 8

23 软钢阻尼参数 3) 计算结果对比原模型位移角曲线第 8 层出现突变, 曲线突起部分一直到第 19

11 (a) 设置软钢阻尼器结构实体图图 1.22 软钢阻尼器布置实体图 (b) 第 17 层软钢阻尼器布置图图 1.23 软钢阻尼参数 3) 计算结果对比原模型位移角曲线第 8 层出现突变, 曲线突起部分一直到第层软钢阻尼器设置后, 有效消除了位移角曲线突起的状况, 楼层最大位移角减小, 结构抗震性能提高软钢阻尼器设置前后, 弹性时程和弹塑性时程层位移角曲线如图所示楼层最大位移角计算结果对比如表 1.2 所示 (a) 无阻尼 X 向 (1/1673) (b) 有阻尼 X 向 (1/1850) (c) 无阻尼 Y 向 (1/1502) (d) 有阻尼 Y 向 (1/1696) 图 1.24 弹性时程层位移角曲线 9

12 (a) 无阻尼 X 向 (1/158) (b) 有阻尼 X 向 (1/239) (c) 无阻尼 Y 向 (1/143) (d) 有阻尼 Y 向 (1/161) 图 1.25 弹塑性时程层位移角曲线表 1.2 最大楼层位移角计算结果对比楼层最大位移角项目无软钢阻尼有软钢阻尼前后差异 /% 弹性时程 X 向 1/1673 1/ 弹性时程 Y 向 1/1502 1/ 弹塑性时程 X 向 1/158 1/ 弹塑性时程 Y 向 1/143 1/ 屈曲约束支撑屈曲约束支撑是软钢阻尼的一种, 可以通过软钢阻尼进行输入, 或者修改构件参数直接建模 4.1 软钢阻尼输入支撑构件建好后, 设置支撑为软钢阻尼在软钢阻尼参数菜单中, 输入轴压刚度值, 设置 2 向剪切和 3 向剪切的刚度值为极小值 ( 可输入 1, 不可为 0) 轴向输入的是构件综合刚度, 而不是根据截面几何尺寸计算的刚度软钢阻尼设置方法见 3.2 节 4.2 直接建模以梁单元模拟屈曲约束支撑, 在设置屈曲约束支撑的位置建一根梁, 如图 1.26-b 所示修改该梁的图层, 便于操作和管理, 截面和材料根据需要进行修改最后修改梁单元为二力杆, 如图 1.26-c 所示屈曲约束支撑单独设置材料, 将材料重度和密度设置为 0, 即不考虑杆件自重 a b c 图 1.26 屈曲约束支撑设置基本流程使用非线性初始化命令非线性 ;NonInit;ni 自动划分纤维使用属性修改命令工具 ;Change;ch 对屈曲约束支撑进行设置, 选择计算类型, 弹出构件非线性计算选项菜单修改梁单元的计算类型为 : 材料非线性 (M) 屈曲约束撑 (P), 如图 1.27 所示 10

同时设置屈曲约束支撑软钢阻尼的时候, 优先选择设置软钢阻尼以实际工程为例, 结构总高 25.1m, 楼层共 6 层, 框架结构, 结构实体图如图 1.

13 图 1.27 构件非线性计算选项 4.3 工程实例 1) 工程概况设计要点 : 屈曲支撑模式按实际纤维单元计算, 而屈曲支撑为高屈服应力为避免弯曲造成的截面应力不均匀, 需采取如下措施 : 设二力杆和不算自重同时设置屈曲约束支撑软钢阻尼的时候, 优先选择设置软钢阻尼以实际工程为例, 结构总高 25.1m, 楼层共 6 层, 框架结构, 结构实体图如图 1.28 所示选取经典的 Elcentro 波进行弹性时程 / 弹塑性时程计算, 如图 1.29 所示图 1.28 结构实体图 2) 设置屈曲约束支撑图 1.29 选择 Elcentro 波进行计算布置屈曲约束支撑, 图 1.30 中红色竖向构件为屈曲约束支撑屈曲约束支撑截面大小根据根据具体设备确定, 该工程选用 70mm*70mm 130mm*130mm 140mm*140mm 三种 11

14 3) 计算结果对比图 1.30 屈曲约束支撑布置实体图屈曲约束支撑设置后, 楼层最大位移角减小, 结构抗震性能提高屈曲约束支撑设置前后, 弹性时程和弹塑性时程层位移角曲线如图所示楼层最大位移角计算结果对比如表 1.3 所示 (a) 无支撑 X 向 (1/1218) (b) 有支撑 X 向 (1/2259) (c) 无支撑 Y 向 (1/1391) (d) 有支撑 Y 向 (1/1935) 图 1.31 弹性时程层位移角曲线 (a) 无支撑 X 向 (1/173) (b) 有支撑 X 向 (1/270) (c) 无支撑 Y 向 (1/138) (d) 有支撑 Y 向 (1/181) 图 1.32 弹塑性时程层位移角曲线表 1.3 最大楼层位移角计算结果对比楼层最大位移角项目无软钢阻尼有软钢阻尼前后差异 /% 弹性时程 X 向 1/1218 1/ 弹性时程 Y 向 1/1391 1/

弹塑性时程 X 向 1/173 1/270 35.93 弹塑性时程 Y 向 1/138 1/181 23.76 5 橡胶支座 5.

如果橡胶支座高度不等, 非 0 高度的橡胶支座底部节点要手动加约束打开楼层设置菜单标准层 ;LayerSet;ly, 选择第 1 层, 点插入命令, 在弹出

33 楼层设置菜单中插入楼层楼层插入后, 原模型整体升高 0.185m, 楼层表前后对比如图 1.34 所示图 1.

15 弹塑性时程 X 向 1/173 1/ 弹塑性时程 Y 向 1/138 1/ 橡胶支座 5.1 橡胶支座建模方法橡胶支座又称附加耗能橡胶支座作用在结构底部, 建模时对橡胶支座单独设定为一层, 该层层高为橡胶支座最大高度橡胶支座最低处标高为 0 高度 ( 嵌固 ), 如果橡胶支座高度不等, 非 0 高度的橡胶支座底部节点要手动加约束打开楼层设置菜单标准层 ;LayerSet;ly, 选择第 1 层, 点插入命令, 在弹出是否同时挪动图形菜单中选择是在插入楼层菜单中输入插入层数, 这里输入 1, 输入楼层高度, 这里输入 0.185, 单位是 m 如图 1.33 所示图 1.33 楼层设置菜单中插入楼层楼层插入后, 原模型整体升高 0.185m, 楼层表前后对比如图 1.34 所示图 1.34 楼层插入前后楼层表对比在原模型柱底向下建立高度为 0.185m 的柱子, 如图 1.35-b 所示建好后修改柱子图层, 便于操作和管理, 截面和材料根据需要进行修改最后设置柱单元为橡胶支座, 如图 1.35-c 所示橡胶支座设置方法见 5.2 节 a b c 图 1.35 屈曲约束支撑设置基本流程 13

16 5.2 橡胶支座设置方法使用橡胶支座命令属性 ;BeamRube;rub 设置橡胶支座在弹出的橡胶支座菜单中, 设置橡胶支座基本参数以及轴压性能和剪切性能, 如图 1.36 所示图 1.36 橡胶支座菜单 5.3 橡胶支座参数 1) 基本参数总高度 (m): 橡胶支座橡胶层上下垫板的总高度计算模型的支座高度按该值输入有效直径 (m): 橡胶支座内橡胶柱的实际直径仅用于承载力验算, 计算采用的橡胶刚度实验得到综合结果等效阻尼比 : 含铅芯橡胶支座的综合阻尼值 2) 轴压性能设计压强度 <MPa>: 橡胶支座抗压强度设计值极限压强度 <MPa>: 橡胶支座抗压强度极限值极限拉强度 <MPa>: 橡胶支座抗拉强度极限值轴压刚度 <kn/m>: 橡胶支座轴压刚度 EI/L, 为杆端力与杆端变形的比值, 非截面刚度拉压刚度比 : 轴拉非线性 : 轴向受拉刚度与轴压刚度比值, 橡胶轴拉刚度小于轴压刚度是否考虑橡胶支座的受拉作用不勾选, 则一旦受拉则刚度为 0, 如勾选则按拉压刚度比乘轴压刚度得到轴拉刚度 3) 剪切性能屈服剪力 <kn>: 等效刚度 <kn/m>: 含铅芯橡胶支座弹性抗剪承载力, 剪力大于该值采用屈服后刚度含铅芯橡胶支座综合屈服前后刚度的宏观等效刚度, 用于弹性计算屈服前刚度 <kn/m>: 含铅芯橡胶支座屈服前刚度值屈服后刚度 <kn/m>: 含铅芯橡胶支座屈服后刚度值极限剪变形 <%>: 橡胶支座的最大容许剪切变形 ( 横向变形 ) 含铅芯 : 有无铅芯的橡胶支座力学性能有较大差异, 铅芯屈服前后刚度改变, 使橡胶支座具有的滞回耗能能力有铅芯橡胶支座具有屈服前屈服后刚度, 而无铅芯时则不存在刚度屈服 5.3 工程实例 14

17 1) 工程概况以实际工程为例, 结构总高 14.4m, 楼层共 4 层, 框架结构, 结构实体图如图 1.37 所示选取经典的 Elcentro 波进行弹性时程 / 弹塑性时程计算, 如图 1.38 所示图 1.37 结构实体图 2) 设置橡胶支座图 1.38 选择 Elcentro 波进行计算在最底层柱底布置橡胶支座, 图 1.39 中柱底红色竖向构件为橡胶支座橡胶支座参数设置如图 1.40 所示, 橡胶支座高度均为 0.3m 图 1.39 屈曲约束支撑布置实体图 15

3) 计算结果对比图 1.40 橡胶支座参数橡胶支座设置后, 楼层位移角显著变小, 并且改善部分楼层位移角突变的情况橡胶支座设置前后, 弹性时程和弹塑性时程层位移角曲线如图 1.41 1.42 所示楼层最大位移角计算结果对比如表 1.

18 3) 计算结果对比图 1.40 橡胶支座参数橡胶支座设置后, 楼层位移角显著变小, 并且改善部分楼层位移角突变的情况橡胶支座设置前后, 弹性时程和弹塑性时程层位移角曲线如图所示楼层最大位移角计算结果对比如表 1.4 所示 (a) 无隔震 X 向 (1/805) (b) 有隔震 X 向 (1/847) (c) 无隔震 Y 向 (1/939) (d) 有隔震 Y 向 (1/1011) 图 1.41 弹性时程层位移角曲线 (a) 无隔震 X 向 (1/65) (b) 有隔震 X 向 (1/153) (c) 无隔震 Y 向 (1/66) (d) 有隔震 Y 向 (1/95) 图 1.42 弹塑性时程层位移角曲线表 1.4 最大楼层位移角计算结果对比楼层最大位移角项目无软钢阻尼有软钢阻尼前后差异 /% 弹性时程 X 向 1/805 1/ 弹性时程 Y 向 1/939 1/

弹塑性时程 X 向 1/65 1/153 57.52 弹塑性时程 Y 向 1/66 1/95 30.

19 弹塑性时程 X 向 1/65 1/ 弹塑性时程 Y 向 1/66 1/ 橡胶隔震支座设置后, 上部结构地震作用下整体运动, 构件屈服和破坏的数量和程度大幅减小, 如图 1.43 所示隔震时破坏较为严重的第 3 层, 隔震后有非常明显的改善效果 (a) 无隔震 (278/1349) (b) 有隔震 (146/394) 图 1.43 弹塑性时程层位移角曲线 17

20 二 Strat 非线性计算 1 地震波设置 1.1 地震波波库使用波库命令计算弹出读入新地震波菜单, 可以查看已有的地震波文件点击相应的地震波, 该波的主要参数和波形在菜单中显示出来, 可以进行参数修改, 双击该地震波可以进行删除 1.2 读入新地震波图 2.1 波库菜单波库菜单主要作用是对入新的地震波, 地震波读入方法简介如下 1) 读分量值先点开文件, 看看文件头部有无注释行, 设置头部忽略行数这样不需要改动文件, 即可直接读入通过读取 X Y Z 方向的加速度分量值完成地震波的输入分别点击读 X 分量读 Y 分量读 Z 分量, 选择文件进行三个方向的加速度值读取调整地震波参数, 输入地震波名称, 点加入波库命令, 完成地震波的读入 2) 读 STRAT 格式输入地震波文件为文本文件, 格式自由, 程序按字符格式读入数据, 具有极强的容错能力, 方便使用文件分地震波参数地震波数值两个部分地震波文件名任意确定第一部分地震波参数, 按行输入 : 说明 : 下面按行写入的参数必须单独一行, 如一行内同时有其它参数将被忽略输入字符可大写, 也可小写第 1 行地震波名称名称不超过 20 个字符, 可为英文字母数字汉字 ( 一个汉字相当于两个字符 ) 多于 20 个字符的, 多余的部分被忽略为便于在后处理的图形显示, 尽量不要使用汉字作地震波名称第 2 行地震波特征周期写地震波特征周期的数值单位 : 秒 (S) 如不能确知地震波的特征周期值, 可以输入一个任意 18

数值地震波特征周期是选择地震波时的参考依据, 不影响计算结果第 3 行地震波的时间步长写入地震波两个点之间的时间间隔单位 : 秒 (S) 第 4 行地震波的单位写标志数字地震波加速度为 m/s2 的写 1000,dm/s2 的写 100,cm/s2 的写 10,mm/s2 的写 1 第 5 行地震波分量标志用 X Y Z 表示地震波的分量有该向分量则写该字符,

21 数值地震波特征周期是选择地震波时的参考依据, 不影响计算结果第 3 行地震波的时间步长写入地震波两个点之间的时间间隔单位 : 秒 (S) 第 4 行地震波的单位写标志数字地震波加速度为 m/s2 的写 1000,dm/s2 的写 100,cm/s2 的写 10,mm/s2 的写 1 第 5 行地震波分量标志用 X Y Z 表示地震波的分量有该向分量则写该字符, 如无该项分量则不写如写入字符 Y Z, 则表示该地震波有 Y 和 Z 分量, 无 X 分量标志字符的先后顺序与下面的地震波数值对应如写标志 YZX, 表示下面地震波数值的第一段为 Y 向分量, 第二段为 Z 向分量, 第三段为 X 向分量数值可以是整数浮点数 ( 带小数位 ), 也可以写成指数程序格式的指数格式, 如 1.0e-3 1.3D002 等 ( 指数不能写成的格式 ) 数值之间用空格或逗号隔开每行的个数不限, 但每行列数不超过 150 列, 超过 150 列的部分被忽略一个分量结束后, 另起一行, 写 End 作为结束标志下一分量另起一行输入同一地震波的各分量的数值个数可以不同例如下面的地震波文件 : WaveTest Y,Z, E E E E E E E E E E-03 end E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E-03 END 读入后, 其显示在对话框中的参数地震波图形如下图 2.2 STRAT 格式地震波波形 19

3) 输入函数波地震波可以通过解析函数的方式进行输入, 点击函数波... 后弹出解析函数生成地震波菜单如图 2.3 所示, 分别输入三个方向的解析函数, 设定起始终止时间点和步长, 完成函数波输入, 输入完成后函数波波形如图 2.4 所示图 2.3 输入解析函数 1.3 几种特殊函数波的输入图 2.

22 3) 输入函数波地震波可以通过解析函数的方式进行输入, 点击函数波... 后弹出解析函数生成地震波菜单如图 2.3 所示, 分别输入三个方向的解析函数, 设定起始终止时间点和步长, 完成函数波输入, 输入完成后函数波波形如图 2.4 所示图 2.3 输入解析函数 1.3 几种特殊函数波的输入图 2.4 函数波波形人员活动或机器振动时, 其重心运动产生的加速度可以用解析函数的方式进行输入, 下面介绍几种常见的函数波的输入方式 1) 正弦函数曲线要输入一个波函数, 需要分析函数曲线的具体参数设置和曲线特征输入一个图 2.5 所示的正 2 弦函数曲线的波形图, 首先确定正弦曲线的表达式为 f t sin t 定义曲线的一个周期为 T 1s, 则图中曲线的长度为 3s(3 个周期 ) 定义曲线的峰值点 1m/s 2, 峰值点在读入地震波进行计算时可以根据需要进行设置图 2.5 正弦函数曲线波形图 20

确定了函数曲线的周期为 1s, 即 T=1s, 则 2π/T 输入为 360 峰值为 1m/s2, 即 α=1m/s2, 则函数表达式输入为 sin(360*t) 打开解析函数生成地震波菜单, 水平方向 X Y 的表达式都为 0 竖直方向的表达式为 :Z=sin(360*t), 曲线长度一共是 3s, 则调整终止 T2 对话框中数值为 3, 如图 2.6 所示图 2.

23 确定了函数曲线的周期为 1s, 即 T=1s, 则 2π/T 输入为 360 峰值为 1m/s2, 即 α=1m/s2, 则函数表达式输入为 sin(360*t) 打开解析函数生成地震波菜单, 水平方向 X Y 的表达式都为 0 竖直方向的表达式为 :Z=sin(360*t), 曲线长度一共是 3s, 则调整终止 T2 对话框中数值为 3, 如图 2.6 所示图 2.6 函数表达式输入输入完成后对地震波进行命名, 设置特征 Tg 值和场地类别等点击加入波库命令把地震波加入波库进行弹性时程计算时点击选波命令进行函数波的选取, 选取地震波后弹性时程计算菜单如图 2.7 所示, 图中为了地震波显示的清晰直观, 选择只显示波形图 2.7 函数曲线的波形显示 2) 矩形脉冲函数曲线这种地震波曲线的特点是加速度的作用不是持续存在的当加速度产生时, 其取值为常数, 一个周期内的加速度分别有取值为正常数零负常数的分段输入一个图 2.8 所示的矩形脉冲函数曲线, 定义曲线周期为 4s, 加速度的峰值点为 1m/s2 曲线一个周期可分为 4 部分, 第 1 部分持续时间为 1s, 加速度取值为 0 第 2 部分持续时间为 1s, 加速度取值为 1m/s2 第 3 部分持续时间为 1s, 加速度取值为 0 第 4 部分持续时间为 1s, 加速度取值为 -1m/s2 图中曲线的长度为 3 个周期, 加速度的峰值点为 1m/s2, 峰值点在读入地震波进行计算时可以根据需要进行设置 21

24 图 2.8 矩形脉冲函数曲线波形图这个函数曲线不是连续的, 无法用一个解析函数直接表达, 因此无法通过一个函数完成地震波的输入可以多次使用函数波... 命令, 对函数进行多次输入, 下面针对这个函数曲线介绍其一个周期的具体操作方法打开解析函数生成地震波菜单, 水平方向 X Y 的表达式都为 0 第 1 周期第 1s 的竖直方向表达式为 :Z=0, 起始 T1=0, 终止 T2=1, 如图 2.9-a 所示第 2s 的竖直方向表达式为 :Z=1, 起始 T1=0, 终止 T2=1, 如图 2.9-b 所示第 3s 的竖直方向表达式为 :Z=0, 起始 T1=0, 终止 T2=1, 如图 2.9-a 所示第 4s 的竖直方向表达式为 :Z=-1, 起始 T1=0, 终止 T2=1, 如图 2.9-c 所示以上操作完成一个周期的函数波输入, 重复上述操作, 完成整个波函数 3 个周期的输入 a b c 图 2.9 函数表达式输入输入完成后对地震波进行命名, 设置特征 Tg 值和场地类别等点击加入波库命令把地震波加入波库进行弹性时程计算时点击选波命令进行函数波的选取, 选取地震波后弹性时程计算菜单如图 2.10 所示, 图中为了地震波显示的清晰直观, 选择只显示波形图 2.10 函数曲线的波形显示 3) 三角形脉冲函数曲线这种地震波曲线的加速度的作用也不是持续存在的当加速度产生时, 其取值为一次函数, 函数的斜率乘以时间间隔为其峰值输入一个图 2.11 所示的三角形脉冲函数曲线, 定义曲线周期为 3s, 加速度的峰值点为 1m/s2 曲线一个周期可分为 3 部分, 第 1 部分持续时间为 1s, 加速度取值为 0 第 2 部分持续时间为 1s, 22

11-b 所示第 3s 的竖直方向表达式为 :Z=0, 起始 T1=0, 终止 T2=1, 如图 2.11-a 所示以上操作完成一个周期的函数波输入, 重复上述操作, 完成整个波函数 4 个周期的输入 a b 图 2.

25 加速度函数表达式为 f t t 第 3 部分持续时间为 1s, 加速度取值为 0 图中曲线的长度为 4 个周期, 加速度的峰值点为 1m/s2, 峰值点在读入地震波进行计算时可以根据需要进行设置图 2.11 三角形脉冲函数曲线波形图打开解析函数生成地震波菜单, 水平方向 X Y 的表达式都为 0 第 1 周期第 1s 的竖直方向表达式为 :Z=0, 起始 T1=0, 终止 T2=1, 如图 2.11-a 所示第 2s 的竖直方向表达式为 :Z=t, 起始 T1=0, 终止 T2=1, 如图 2.11-b 所示第 3s 的竖直方向表达式为 :Z=0, 起始 T1=0, 终止 T2=1, 如图 2.11-a 所示以上操作完成一个周期的函数波输入, 重复上述操作, 完成整个波函数 4 个周期的输入 a b 图 2.11 函数表达式输入输入完成后对地震波进行命名, 设置特征 Tg 值和场地类别等点击加入波库命令把地震波加入波库进行弹性时程计算时点击选波命令进行函数波的选取, 选取地震波后弹性时程计算菜单如图 2.12 所示, 图中为了地震波显示的清晰直观, 选择只显示波形图 2.12 函数曲线的波形显示程序解析函数波输入地震波的功能非常灵活, 可以对任意函数曲线进行输入以上仅介绍三种简单的函数曲线的具体输入方法, 通过基本函数的操作可以熟悉函数波的输入模式和机制 23

26 2 选波和设置计算参数 2.1 弹性时程分析程序提供了三种弹性时程计算方法 : 振型叠加 - 杜哈梅积分法振型叠加 -FNA 法和直接积分法使用弹性时程计算命令计算 / 弹出大震弹塑性时程计算菜单, 选择选择地震波标签, 进行地震波的选取和参数设置点击选波后弹出波库菜单, 双击左侧地震波库列表中的波文件, 该波即加入到选波列表中同时菜单上部显示该波的 XYZ 三分量的波形, 菜单右下部显示该波的具体参数, 如图 2.13 所示图 2.13 地震波的选取与参数设置每条地震波均有其特征周期但波的特征周期, 与该结构所处场地的特征周期不同时, 程序会通过压缩波形调整波的特征周期值地震波的计算峰值计算步长和主方向可以根据需要自行设定, 当地震波很长时, 可以调整起止时间, 使部分波段参与计算可以同时选取多组地震波进行计算, 每条波的参数分别进行设置, 计算完成后在 Plots 里查看结果时, 参与计算的地震波的结果可以同时显示出来选择时程参数标签进行计算参数的设置, 如图 2.14 所示 2.2 弹塑性时程分析图 2.14 弹性时程时程参数设置菜单使用弹塑时程参数命令计算弹出大震弹塑性时程计算菜单, 选择选择地震波标签, 进行地震波的选取和参数设置 24

27 点击选波后弹出波库菜单, 双击左侧地震波库列表中的波文件, 该波即加入到选波列表中同时菜单上部显示该波的 XYZ 三分量的波形, 菜单右下部显示该波的具体参数, 如图 2.15 所示图 2.15 地震波的选取与参数设置每条地震波均有其特征周期但波的特征周期, 与该结构所处场地的特征周期不同时, 程序会通过压缩波形调整波的特征周期值地震波的计算峰值计算步长和主方向可以根据需要自行设定, 当地震波很长时, 可以调整起止时间, 使部分波段参与计算可以同时选取多组地震波进行计算, 每条波的参数分别进行设置, 计算完成后在 Plots 里查看结果时, 参与计算的地震波的结果可以同时显示出来选择时程参数标签进行计算参数的设置, 如图 2.16 所示图 2.16 大震弹塑性时程参数设置菜单菜单中各参数的意义如下 1) 静力动力响应动力响应即为一般的弹塑性时程静力响应将输入的按时间点变化的荷载曲线, 作为静力荷载计算, 不计算变化荷载的动力响应, 如结构试验中的拟静力加载过程 2) 整体单元不平衡内力迭代在非线性计算过程中, 由于材料进入屈服, 每步计算都会产生不平衡内力如选择进行整体单元不平衡内力迭代, 将该不平衡力作为外荷载, 施加到结构或单元上, 反复迭代直到不平衡内力趋于 0 如不选择迭代, 不平衡内力作为外荷载, 累加到下一步加载之中选择进行迭代将提高计算精度, 但一般只需在单元层次上进行迭代, 如在结构层次上迭代, 耗费时间较多 25

3) 计算裂缝计算输出梁柱单元的剪切裂缝,Plots 可以查看裂缝宽度间距实体图勾选计算裂缝的同时默认勾选计算剪切裂缝刚度, 考虑裂缝出现后混凝土对钢筋握裹作用的刚度贡献 4) 计算粘结滑移进行楼层统计这两项默认勾选, 计算考虑粘结滑移力, 计算结果按楼层进行统计 5) 动力积分方法动力积分方法提供 Wilson 法和 Newmark 法, 默认采用 Newmark 法

28 3) 计算裂缝计算输出梁柱单元的剪切裂缝,Plots 可以查看裂缝宽度间距实体图勾选计算裂缝的同时默认勾选计算剪切裂缝刚度, 考虑裂缝出现后混凝土对钢筋握裹作用的刚度贡献 4) 计算粘结滑移进行楼层统计这两项默认勾选, 计算考虑粘结滑移力, 计算结果按楼层进行统计 5) 动力积分方法动力积分方法提供 Wilson 法和 Newmark 法, 默认采用 Newmark 法 6) 比例阻尼比例阻尼需要根据第 1 2 自振周期确定, 程序会自动读入此前常规计算得到的振型周期, 也可以自行输入周期数值 7) 检测过程刚度默认为间隔 100, 每 100 步程序自动检测整体刚度,Plots 里可查看整体刚度曲线程序提供 PCG 迭代法和 LDLT 直接法两种计算方法 8) 全过程输出程序可以对全部或部分单元进行全过程输出, 输出全部计算过程中构件内力纤维应力纤维应变以及裂缝开展等详细的信息由于输出量较大, 对于较大的工程很难全部输出, 可以选择部分输出此时部分单元 >> 按钮被激活, 点击打开如图 2.17 所示对话框, 添加需要输出详细信息的构件序号 ( 打开 Plots 查看需要输出单元的编号 ) 当单元数较多, 可采用增量输入方法例如如需要输入编号为 100~300 的单元, 输入 100,300,1 就可以一次性输入图 2.17 部分单元全过程结果输出 9) 包含初始静荷载在施加地震波之前, 需要计入已经作用于结构上的恒活荷载荷载加载方式有分级加载分层模拟施工和设定时间点等方法各工况的参与系数, 相当于荷载准永久值系数, 程序会自动按照前处理的设定进行初始设定, 可以点击进行修改 2.3 材料本构关系大震弹塑性时程参数设置中 1) 混凝土选择砼纤维标签, 进行混凝土本构模型的设置, 如图 2.18 所示混凝土的基本本构关系较为复杂, 除规范推荐之外, 仍有多种被广泛采用的本构模型综合研究各类模型的特点, 创造性地在 STRAT 软件中实现菜单式混凝土本构模型对混凝土的上升段下降段卸载段受拉段, 分别提供多种选项根据计算的需要, 分段选择设定, 具有很大的灵活性程序确保各分段本构模型在各控制点的协调程序将 Kend-Park 模型中的约束混凝土增强的特性, 推广到各类本构模型中 26

29 图 2.18 混凝土本构模型设置菜单 2) 钢材钢筋选择钢材纤维或钢筋纤维标签, 进行钢材钢筋本构模型的设置, 如图 2.19 所示程序提供三种本构模型, 但钢材钢筋的本构模型分别设置, 体现同一工程中钢材钢筋材质的差异其中钢筋的抗拉强度弹性模量, 除根据工程已经录入的信息 ( 计算配筋时设置的钢筋类型 ) 自动设定外, 还可以自行设置, 例如直接输入实测值图 2.19 钢材钢筋本构模型设置菜单 3) 屈曲软钢选择屈曲软钢标签, 进行屈曲支撑和软钢阻尼本构模型的设置, 如图 2.20 所示程序提供两种本构模型, 可在模式下拉菜单中选择模式 1 和模式 2 屈服后刚度和极限应变值可以自行设置 27

30 图 2.20 屈曲支撑软钢阻尼本构模型设置菜单 3 计算 3.1 时程计算弹性时程完成选波和时程参数设置后, 点击确定即开始计算弹塑性时程完成选波和时程参数设置后, 点击确定退出弹塑性时程参数设置菜单使用弹塑时程计算命令计算进行计算计算开始后, 屏幕显示计算过程如果计算过程中部分构件破坏, 导致计算中断, 在 Plots 中查看破坏的构件然后返回前处理 Prep 加强该构件 ( 混凝土增加钢筋, 钢构件增大截面 ), 再重复上述过程 3.2 多波归并同一个工程多次换名另存为不同名称的模型, 每个模型在弹塑性选波计算时, 可以同时选取多组地震波进行计算计算结果不能在同一个 Plots 里查看, 是在每个模型各自的 Plots 里查看使用多波归并命令, 可以把这些不同名称的模型得到的计算结果, 合并到一个模型中在这个模型的 Plots 里可以同时查看被合并模型的计算结果, 方便结果的对比和处理使用多波归并命令计算弹出弹塑性时程多波归并菜单, 可以进行计算模型的合并和任意一条地震波计算结果的删除, 如图 2.21 所示图 2.21 弹塑性时程多波归并菜单以一个实际工程为例, 第一个模型计算了五条天然波, 波名为 KLAn-1~KLAn-5 第二个模型计算了两条人工波, 波名为 KLA2-1 KLA2-2 将两个模型的七条波计算结果合并在一起, 可以打开 28

31 第一个模型的 Strat 模块, 点击多波归并, 第一个模型的五条波列于表中使用合并模型 ( 多选 ) 命令, 选择第二个模型, 第二个模型的两条波也列于表中, 如图 2.22 所示图 2.22 使用多波归并合并模型多波合并完成后, 可以对列表中的任意地震波进行删除, 删除后其计算结果不会在 Plots 中显示如要删除图 2.14 中 KLAn-3 和 KLA2-2 这两条波的计算结果, 根据菜单提示, 可以双击要删除的地震波, 波名前出现删字样, 如图 2.23 所示点击确定后被选两条波的计算结果被删除,Plots 中只能查看剩余五条波结果图 2.23 使用多波归并删除地震波 29

幻灯片 1

幻灯片 1 减隔震设计关键点剖析及工程实战中国建筑科学研究院建研数力公司 2017 年 8 月目录一减隔震结构原理及模拟方法二减隔震结构设计关键点三减隔震结构大震弹塑性分析工程案例一减隔震结构原理及模拟方法 1. 消能减震结构消能减震原理位移型阻尼器 : 提供刚度和阻尼速度型阻尼器 : 仅提供阻尼消能减震原理 1. 消能减震结构导入 SATWE 模型及参数 SATWE 模型 SAUSAGE