层钢混框架结构非线性动力反应sa

钢筋混凝土结构非线性动力反应分析一、问题描述已知结结构为一栋栋七层框架架结构。结结构尺寸如如下图所示示，混凝土土强度等级级为：1～5层采用C40；6、7层采用C30，恒载按按实际梁、板板、柱实际际重量计算算，不考虑虑装饰荷载载，活荷载载按2KN//m2考虑，不不考虑风荷荷载。对ElCCentrro波（1942，NS分量，峰峰值341..7cm//s2）进行调调整，满足足七级的地地震的加速速度幅值。求求结构在小小震和罕遇遇地震作用用下的时程程反应性能能（包括层层位移、层层间位移、层层间位移角角、基底剪剪力及结构构的出铰情情况和破坏坏机制）。七层框架结构图图图梁配筋图柱配筋图图（HPB23555全部换成HPB33000）二、模型建立2.1建立初步步步模型打开sap200000，把系统统单单位设置置为，创创建新模模型，选选择三维维框架架，在对对应空空格如下下填写写模型基基本数数据：勾选（使用定制制制轴网间间距和和原点定定位），编编编辑轴网网，按按题目模模型要要求设置置，并并指定底底层节节点约束束为固固端。2.2定义材料料料选择定定定义—》材料—》快速添添加加材料，添添加加C30、C40混凝土和HRB33335、HPB33000钢筋，由由于于方法类类似，这这里只给给出HRB33335图片：2.3框架截截截面的定定义、指指定、剖剖分这里里里的截面面包括括不同尺尺寸，不不同配筋筋，不不同混凝凝土强强度，不不同位位置的各各种截截面。根根据一一到五层层的混混凝土强强度等等级不同同，边边梁和主主梁的的楼板加加强作作用不同同，主主梁和次次梁的的截面尺尺寸不不同，总总共可可以划分分为以以下八种种不同同截面：：（1）一到五层层的的中间主梁梁梁（B-33000X55000-D--C）（2）六到七层层的的中间主梁梁梁（B-33000X55000-G-C）（3）一到五层层的的中间次梁梁梁（B-33000X4550-D--C）（4）六到七层层的的中间次梁梁梁（B-33000X4550-G-C）（5）一到五层层的的边次梁（B-300X450-D-S）（6）六到七层层的的边次梁（B-300X450-G-S）（7）一到五层层的的柱子（C-D）（8）六到七层层的的柱子（C-G）例如：选择定义义义—》截面属属性—》框架属属性—》添加新新属属性—》conccrrete—》矩形：：把把截面名名称改改为B-30000X5000--D-C：选择属性修正，把把中梁的绕3轴惯性矩修修正为2：选择配筋混凝土土土，给梁梁配上上钢筋：：同样样的方法法设置置好柱的的截面面和配筋筋：定义好框架截面面面属性后后把各各个截面面类型型指定给给其对对应的构构件，并并指定自自动剖剖分。2.4楼板的定定定义、绘绘制、剖剖分由于楼板的跨度度度相对比比较大大，板厚厚为120mmm，剪切作作用用不是很很明显显，这里里选用用薄壳模模型。选选择定义—》截面属属性—》面截面—》shelll：点击快速绘制面面面单元按按钮出现如下下图图框，选选择正正确的截截面画画在对应应的楼楼层：三维视图中全部部部选中，编编辑辑—》编辑面—》分割面—》基于面面周周边上点点分割割面：三维视图中全部部部选中，指指定定—》面—》自动面面网网格剖分—》按数目目剖剖分：2.5指定节点点点束缚、线线单单元插入入点三维视图中全部部部选中，指指定定—》节点—》束缚—》Diapphhraggm—》添加新新束束缚：对已有模型构件件件指定插插入点点，实现现了构构件的偏偏心，构构件的几几何位位置并不不改变变，模型型中的的节点位位置并并没有改改变，而而力的传传递作作用位置置发生生了变化化。SAP220000中默认的的插插入点的的偏移移值为零零，而而且结构构的方方位基准准点在在楼层高高程处处，故为为了保保证梁的的表面面与楼层层高程程平齐，框框架架梁的控控制点点要改为8TooppCeentter。选择—》属性——》框框架截面面，选中中所有有梁截面面：指定—》框架——》插插入点：：得到模型如下：：：2.6指定线对对对象的刚刚域刚域系数表示指指指定了端端部偏偏移的刚刚域部部分，在在弯曲曲和剪切切变形形时刚域域程度度。在刚刚域系系数一栏栏可输输入0到1之间的一一个个系数，表表示示刚域的的刚性性程度从从完全全柔性到到完全全刚性。完完全全柔性表表示刚刚域的弯弯曲和和剪切刚刚度由由线性单单元的的实际刚刚度确确定；完完全刚刚性即刚刚域内内部没有有弯曲曲和剪切切变形形。这里里取为为0.7。三维图中全部选选选中，指指定—》框架—》端部长长度度偏移：：2.7定义荷荷荷载模式式这里定义两种荷荷荷载模式DEAD和LIVE。自重系系数数表示软软件将将自动计计算结结构中所所有构构件的的的自重重，将自自重乘乘以这个个自重重系数施施加在在结构上上。定义—》荷载模模式：：2.8对结构施施施加荷载载填充墙墙墙厚度200mmm，加气混混凝凝土填充充墙重重度取7.5KKNN/m3，主梁上上高高度2.5m，次梁上上高高度2.555m。计算主梁下的填填填充墙的的线荷荷载：计算次梁下的填填填充墙的的线荷荷载：依次选择次梁和和和主梁，指指定定—》框架荷荷载—》分布：：选择板，指定———》面荷载—》均布：：活活荷载2KN//MM2指定荷载后框架架架图形2.9定义质量量量源为了了了满足抗抗震规规范重力力荷载载代表值值的相相关要求求，这这里选用“来自荷载“这一项。按按按抗震规规范的的5.1..3条规定，自自自重，附附加恒恒载的系系数为为1.0，活荷载载的的系数取取为0.5..定义—》质量源源—》来来自荷载载：2.10定义时时时程分析析函数数定义—》函数——》时时程—》FrommFille—》添加新新函函数：2.11定义荷荷荷载工况况在已知期望的荷荷荷载水平平，且且结构可可以承承受此荷荷载时时，应该该采用用力控制制。即即在自重重，填填充墙恒恒载和和活载的的工况况中均选选择力力控制。为为了了反映实实际情情况，活活荷载载比例系系数选选为0.5。定义—》荷载工工况——》添加新新荷荷载工况况，输输入名称LIVE：模态分析：计算出的第一振振振型周期期为0.9112208s，第二振振型型周期为0.8882211s。定义—》荷载工工况——》添加新新荷荷载工况况，输输入名称Combbiine：（此工工况况可以用用来计计算各构构件的的轴力设设计值值，以确确定塑塑性铰轴轴力参参数振型分解法分析析析小震，参参数数设置如如下：：反应谱参数设置置置时程分析析析采用的的数值值积分方方法是是Hibeerr-Huughhes--Taayloor法，结构构阻阻尼采用用瑞丽丽阻尼，整整体体阻尼矩矩阵是是由质量量矩阵阵和刚度度矩阵阵按比例例组合合构造而而成的的。瑞利阻尼C=α[M]++β[K]其中C是阻阻尼尼矩阵，M是质量矩阵阵，K是刚度矩阵阵。参数Alphaa系数：设置与质质量量成比例例的系系数α。Beta系数数数：设定与刚刚度度成比例例的系系数β。在SAAAP200000软件里α与β可通过结结构构第一自自振周周期T1和第二自自振振周期T2计算而来来，如如图所示示：根据8度地震要要求修修改大震震的比例例系数数为400//3341..7==1.117006，单位为M，故比例例系系数填为0.011117。最后得到的所有有有荷载工工况如如下：三、有关铰的相相相关计算算3.1梁铰计计计算因为地震荷载只只只在U1方向，所所以以只有主主梁才才有可能能出铰铰，次梁梁不会会出铰。根根据据梁的位位置，截截面大小小，混混凝土强强度和和配筋多多少可可以分为为以下下几种：：（1）主梁，11--5层（2）主梁，6-7层混凝土的保护层层层厚度，混混凝凝土强度度和钢钢筋强度度都取取为标准准值，即即：3.1.1计计计算不同同情况况下的屈屈服弯弯矩和极极限弯弯矩（1）主梁，11--5层（2）主梁，66--7层3.1.2计算算算不同情情况下下的屈服服曲率率和极限限曲率率根据规范规定受受受均布荷荷载的的梁剪跨跨比为为：。配筋率：另外：下面为曲率的计计计算表格格（单单位：KN，m）分类n主梁-D0.0067444556.1538101563101.60.0682131.93135.550.019055530.05474447主梁-G0.0067444556.66679375093.750.0731131.93135.550.019255540.057922233.2柱铰的计计计算3.2.1轴力力力计算根据柱的位置不不不同，可可以分分为以下下几种种：（1）A-1柱柱，这这里称为为a柱（2）A-2柱柱，这这里称为为b柱（3）B-1柱柱，这这里称为为c柱（4）B-2柱柱，这这里称为为d柱运行combiinne工况，计计算算各个柱柱子的的轴力如如下：：（单位位：KN）层数a柱b柱c柱d柱加权平均11435.20002181.33331565.79992505.08881898.833321230.55551863.71111418.35552134.78881623.122231028.36661552.67771183.26661772.26661352.66664824.031242.6444946.281414.88881082.22225618.89932.82708.321059.6555811.166666411.91622.34471.70706.15540.527204.67314.17232.75353.84270.12加权系数1/31/31/61/6为了计算简便，对对柱子的轴力力归一化处理理，用每层柱柱轴力的加权权平均值作为为该层的代表表值来计算铰铰属性。每层层有a柱4根，b柱4根，c柱2根，d柱2根，得到各各自的加权系系数分别为1/3、1/3、1/6、1/6。3.2.2计算算算柱的屈屈服弯弯矩和极极限弯弯矩，屈服曲率率和和极限曲曲率（1）1层（2）2层（3）3层（4）4层（5）5层（6）6层（7）7层屈服曲曲曲率和极极限曲曲率根据规范当其反反反弯点在在层高高范围内内时，可可取为Hn/(2hh0),故可以得得到到底层柱柱的剪剪跨比为3，以上各各层层为2.722.配筋率都都为0.00044957。各层柱柱子子对应的的屈服服弯矩和和极限限弯矩对对应的的屈服曲曲率和和极限曲曲率如如下表：：（单单位：KN、m）层数Nna/D12135.49996.153831692711690.1324610.63617.270.027244460.0665333621810.28886.15382.71741692711690.1198777542.33548.970.026722280.0660111831488.60006.15382.71741692711690.1085476.91483.550.025966670.0652555741166.92226.15382.71741692711690.0971333412.49419.130.025088890.064377795845.236.15382.71741692711690.0857555349.07356.710.024044490.069255566523.566.66672.71741562501560.0840888292.65300.290.022277760.07125557201.886.66672.71741562501560.0689111260.23260.870.024166690.068277713.2.3计算算算屈服面面上的的特殊点点为了定义屈服面面面，这里里还需需要计算算屈服服面上的的特征征点。对于柱的轴心受受受拉，只只考虑虑钢筋的的抗拉拉作用：：轴心受压考虑钢钢钢筋混凝凝土共共同作用用，一一到五层层：六到七层：计算大小偏心临临临界处的的轴力力和弯矩矩。有有《混凝凝土设设计规范范》6.2..7条，计算算可可得界限限受压压区高度度。根根据轴力力平衡衡可得轴轴力（一一到五层层）（六到七层）对应的弯矩分别别别为11911..39KKN··m和931..774KNN·mm。通过前面commmbinne工况计算算的的最大的的轴压压力为255005KNN，远远远小于于大小小偏心界界限处处的轴压压力，在在整个运运动过过程中也也没有有出现受受拉的的情况，即即不不会出现现大偏偏心受拉拉和小小偏心受受拉。说说明柱子子在整整个地震震波的的作用下下，一一直处于于大偏偏心状态态。那那么上边边计算算的弯矩矩曲率率关系是是适用用的。而而对于于小偏心心受压压，大偏偏心受受拉，小小偏心心受拉并并不是是我们要要关心心的，故故无需需定义在在这三三种情况况下的的弯矩曲曲率关关系。如如下图图分别为1-5层，6-7层柱的屈屈服服面的定定义：：3.2.4柱柱柱的弯矩矩曲率率关系的的定义义以及梁梁的弯弯矩曲率率定义义定义—》截面属属性——》铰属性—》添加新新属属性—》混凝土—》P-M22--M3铰：定义—》截面属属性——》铰属性—》添加新新属属性—》混凝土—》M3铰：点B代表屈服，在在在上升到点点B之前，铰铰内内没有变变形，无无论对点B指定何种种变变形值都都应将将点B的位移（转转转动）从从点C、D和E的变形中中减减去。只只有超超过点B的塑性变变形形将被铰铰显现现。所以以点C的Curvvaaturre//SF对应的值值应应是，而不不是是，最后得得到到右边共9种铰。3.3向模型中中中添加梁梁铰和和柱铰选择—》组—》GROUPP11：指定—》框架——》铰铰—》C-1::考虑到节点刚域域域的长度度以及及塑性铰铰本身身的长度度，所所以相对对距离离取0.1和0.9，指定完完所所有铰后后得到到的模型型图为为：4分析运行及结结结果查看4.1振型分解解解法分析析小震震结果反应谱法是用来来来计算多多自由由度体系系地震震作用的的一种种方法。该该法法是利用用单自自由度体体系的的加速度度设计计反应谱谱和振振型分解解的原原理，求求解各各阶振型型对应应的等效效地震震作用，然然后后按照一一定的的组合原原则对对各阶振振型的的地震作作用效效应进行行组合合，从而而得到到多自由由度体体系的地地震作作用效应应。振振型分解解反应应谱法一一般可可考虑为为计算算两种类类型的的地震作作用：：不考虑虑扭转转影响的的水平平地震作作用和和考虑平平扭藕藕联效应应的地地震作用用。本本次三维维框架架模型的的加载载方向沿B轴线方向向加加载即本本模型型的U2方向。4.1.1变变变形图三维框架模型的的的在小震震时的的地震作作用整整体变形形和B轴线方向向方方向的变变形分分别如图图所示示：振型分解法的变变变形图，如如下下4.1.2内内内力图下面给出B轴所所所在轴线线的一一榀框架架的内内力图（轴力图、剪力力力图以及及弯矩矩图）。轴力N图梁剪力图柱弯矩图梁弯矩图4.2八度（000.2g）震的运运行行结果4.2.1层层层位移由于假设了刚性性性隔板，每每层层的各点点位移移是一致致。故故这里分分别取取节点34~440的位移代代表表每层的的位移移，这里里给出出34点的位移移时时程曲线线，其其它点值值给出出最