2.4.1  定义动力弹塑性铰特性值

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产品功能 Ver.112 R3 / No.2009-03
手册内容 Ver.110 R2 / No.2009-02

 

可定义、编辑、查看、删除各种构件(梁、柱、剪力墙、支撑)的铰类型。当铰类型已经分配给了具体的构件时,可点击"显示分配的铰数据"列出已经分配了铰特性的构件,并可查看具体构件的铰特性值。

图2.4.1-1  定义动力弹塑性铰类型和特性值

2.4.1.1

梁/柱铰的定义

功能说明

1. 梁/柱铰定义

 

图2.4.1-2  定义梁柱铰的类型和特性值

 

材料类型:可选择钢筋砼/型钢砼和钢/钢管砼材料;
定义:选择非线性单元类型,有弯矩-旋转角类型和弯矩-曲率类型的非线性单元;
铰内力关系:可选择内力之间互不相关类型、轴力分别和My/Mz相关的P-M类型(MyMz互不相关,使用初始内力计算初始屈服面时三项内力相关)、轴力和两个方向弯矩间相关的P-M-M类型(MyMz也相关)。P-M相关类型中的轴力使用初始轴力,P-M-M相关类型中的轴力使用计算过程中变化的轴力;
铰特性值

  • 铰位置:当选择弯矩-旋转角类型时可选I-端、J-端、I&J-端;当选择弯矩-曲率类型时可选择要考虑非线性的截面位置,一般可输入3,最多可输入20 ;
  • 滞回模型:选择内力不相关类型时各内力可选择16种滞回模型;选择P-M相关类型时可选择14种滞回模型(不支持滑移模型);选择P-M-M相关类型时只提供随动硬化模型(标准三折线模型);
  • 屈服面特性值:只有在铰内力关系中选择了P-MP-M-M相关时才会被激活。
 
  2. 对梁柱铰类型的使用说明
下面举例随动硬化三折线模型、修正武田四折线模型、弹性四折线模型、滑移三折线模型进行说明。其它简单模型可参考随动硬化三折线模型,其它退化模型可参考修正武田四折线模型,其它非线性弹性模型可参考弹性四折线模型、其它滑移模型可参考滑移三折线模型。

(1)随动硬化三折线模型

 

图2.4.1-3  滞回模型的定义(随动硬化三折线)

 

输入方法:有自动计算和用户输入两种方法,自动计算就是按照计算配筋或施工图的实配钢筋计算铰特性,用户输入就是由用户手动输入铰的各特性值;
输入类型:当选择了弯矩-旋转角类型时,对于轴力Fx有强度-刚度折减系数和强度-屈服变形两种类型,对于剪力Fy和Fz有强度-刚度折减系数和强度-屈服应变两种类型,对于扭矩Mx和弯矩My、Mz有强度-刚度折减系数和强度-屈服旋转角两种类型。当选择弯矩-曲率类型时,对于轴力Fx有强度-刚度折减系数和强度-屈服应变两种类型,对于剪力FyFz有强度-刚度折减系数和强度-屈服应变两种类型,对于扭矩Mx和弯矩My、Mz有强度-刚度折减系数和强度-屈服曲率两种类型。强度-刚度折减系数以外类型只支持"用户输入”的输入方式;
I,J端特性值:有相同和不同两个选项,当选择不同时需要分别输入I端和J端的铰特性值。只有在输入方法中选择"用户输入"方式时才会激活该选项。自动计算时默认两端特性相同;
特性值-类型:有对称和非对称两个选项,是选择受压区和受拉区的特性值是否对称。只有在输入方法中选择【用户输入】时该项才会被激活,自动计算时默认受压特性和受拉特性相同;
特性值-屈服强度:输入折线各拐点的屈服强度的值,输入数值时应注意要求P2≥P1>0
特性值-刚度折减系数:输入各折线段对应于初始刚度的刚度折减率。"使用首选项数据”表示刚度折减系数使用在首选项中设定的刚度折减系数。"用户定义"表示该铰的刚度折减系数使用在此输入的值,输入数值时应注意要求0<α2≤α1≤1.0,程序默认取α1=0.1、α2=0.01
初始刚度:当选择弯矩-旋转角单元类型时,当构件没有屈服时选择的初始抗弯刚度对分析结果没有影响,抗弯刚度可选6EI/L、3EI/L、2EI/L(当选择"P-M-M相关"或"P-M相关"时,抗弯刚度在【屈服面特性值】中进行设置),轴向刚度使用EA/L、剪切刚度使用GAs、抗扭刚度GJ/L。当选择弯矩-曲率单元类型时,初始刚度将用于构成结构的弹性刚度矩阵,程序默认使用常规分析的构件弹性刚度,抗弯刚度使用EI、轴向刚度使用EA、剪切刚度使用GAs、抗扭刚度GJ。另外用户可手动输入初始的刚度值;
初始间隙、卸载刚度参数:随动硬化模型中不支持这些参数。初始间隙只支持滑移滞回模型,卸载刚度参数只支持退化模型。

(2)修正武田四折线模型

 

图2.4.1-4  滞回模型定义(修正武田四折线)

 

输入方法:有自动计算和用户输入两种方法,自动计算就是按照计算配筋或施工图的实配钢筋计算铰特性,用户输入就是由用户手动输入铰的各特性;
输入类型:当选择了弯矩-旋转角类型时,对于轴力Fx有强度-刚度折减系数和强度-屈服变形两种类型,对于剪力FyFz有强度-刚度折减系数和强度-屈服应变两种类型,对于扭矩Mx和弯矩My、Mz有强度-刚度折减系数和强度-屈服旋转角两种类型。当选择弯矩-曲率类型时,对于轴力Fx有强度-刚度折减系数和强度-屈服应变两种类型,对于剪力FyFz有强度-刚度折减系数和强度-屈服应变两种类型,对于扭矩Mx和弯矩My、Mz有强度-刚度折减系数和强度-屈服曲率两种类型。强度-刚度折减系数以外类型只支持"用户输入"的输入方式;
I、J端特性值:有相同和不同两个选项,当选择不同时需要分别输入I端和J端的铰特性值。只有在输入方法中选择"用户输入"方式时才会激活该选项。自动计算时默认两端特性相同;
特性值-类型:有对称和非对称两个选项,是选择受压区和受拉区的特性值是否对称。只有在输入方法中选择用户输入时该项才会被激活,自动计算时默认受压特性和受拉特性相同;
特性值-屈服强度:输入折线各拐点的屈服强度的值,输入数值时应注意要求P3≥P2≥P1>0;
特性值刚度折减系数:输入各折线段对应于初始刚度的刚度折减率。"使用首选项数据"表示刚度折减系数使用在首选项中设定的刚度折减系数。"用户定义”表示该铰的刚度折减系数使用在此输入的值,输入数值时应注意要求0<α2≤α1≤1.0、0<α3,程序默认取α1=0.1、α2=0.01、α3=0.01
初始刚度:当选择弯矩-旋转角单元类型时,当构件没有屈服时选择的初始抗弯刚度对分析结果没有影响,抗弯刚度可选6EI/L、3EI/L、2EI/L(当选择"P-M-M相关"或"P-M相关”时,抗弯刚度在【屈服面特性值】中进行设置),轴向刚度使用EA/L、剪切刚度使用GAs、抗扭刚度GJ/L。当选择弯矩-曲率单元类型时,初始刚度将用于构成结构的弹性刚度矩阵,程序默认使用常规分析的构件弹性刚度,抗弯刚度使用EI、轴向刚度使用EA、剪切刚度使用GAs、抗扭刚度GJ。另外用户可手动输入初始的刚度值;
卸载刚度参数:有计算卸载刚度时的幂阶(默认取0.4)和循环加载时的内环卸载刚度折减系数(默认取1.0)。只有克拉夫模型和武田模型能输入卸载刚度参数,其中克拉夫模型只支持输入卸载刚度时的幂阶;
初始间隙:退化模型中不支持初始间隙,初始间隙只支持滑移滞回模型。

(3)非线性弹性四折线模型

 

图2.4.1-5  滞回模型定义(非线性弹性四折线)

 

参数输入可参考修正武田四折线模型,非线性弹性模型不支持初始间隙和卸载刚度参数的输入。
② 非线性弹性模型的特点是卸载路径与加载路径相同,通俗的讲就是按原路返回。

(4)滑移三折线模型

 

图2.4.1-6  滞回模型定义(滑移三折线)

 

参数输入:可参考随动硬化三折线模型。
特性值-类型:选择"双向”表示铰可承受正向和反向的荷载,选择"只受拉"(或"只受压")表示只能承受拉力(或压力)。
初始间隙:可输入正向和反向的滑移量,在前面类型中选择"只受拉"(或"只受压")时只能输入"+"向(或"-"向)间隙。

3. 对P-M-M铰类型屈服面的使用说明

 

图2.4.1-7  P-M-M屈服面的定义

 

(1)输入方法:有自动计算和用户输入两种方法,自动计算就是按照计算配筋或施工图的实配钢筋计算铰屈服面特性,用户输入就是由用户手动输入特性值;
(2)
MyMz的特性值:有相同和不同两个选项,当选择相同时表示两个方向的铰特性值相同;
(3)定义
MyMz特性值:分别定义MyMz的铰特性值。此对话框中的大部分选项由屈服面对话框中的设置决定(例如铰的类型由定义铰特性值的主对话框图2.4.1-2中决定,输入方法、输入类型、屈服面对话框图2.4.1-7决定)。
(4)特性值-
PM相关曲线
 

① 开裂强度

PC0(t)

:轴心受拉时的抗裂轴力。

MC0y

:纯受弯时(无轴力)绕y轴的抗裂弯矩

MC0z

:纯受弯时(无轴力)绕z轴的抗裂弯矩

 

           ② 第一PM相关曲线的强度近似值

PC(t)

:轴心受拉时的第一屈服强度

PC(c)

:轴心受压时的第一屈服强度

PCBy

:绕截面y轴的第一屈服相关曲线上平衡破坏时的轴力

PCBz

:绕截面z轴的第一屈服相关曲线上平衡破坏时的轴力

MCy,max

:绕截面y轴的第一屈服相关曲线上最大抗弯强度

MCy,max

:绕截面z轴的第一屈服相关曲线上最大抗弯强度

 

           ③ 第二PM相关曲线的强度近似值

PY(t)

:轴心受拉时的第二屈服强度

PY(c)

:轴心受压时的第二屈服强度

PYBy

:绕截面y轴的第二屈服相关曲线上平衡破坏时的轴力

PYBz

:绕截面z轴的第二屈服相关曲线上平衡破坏时的轴力

MYy,max

:绕截面y轴的第二屈服相关曲线上最大抗弯强度

MYz,max

:绕截面z轴的第二屈服相关曲线上最大抗弯强度

 

第一和第二PM相关曲线的形状:输入相关曲线上的11个点,其中轴线受拉、轴心受压、纯弯的三个点被固定,因此只需要输入其它八个点的坐标。钢筋砼/型钢砼材料的第一屈服相关曲线为直线,因此不必用户输入。
④ 屈服面近似形状:以上面输入的相关曲线的坐标为基础,程序可自动生成近似屈服面,用户也可以手动输入屈服面的方程次数。
⑤ 相关曲线和近似屈服面:可即时查看P-My、P-Mz、My-Mz的相关曲线和屈服面。

4. 对P-M铰类型屈服面的使用说明

 

图2.4.1-8  P-M类型屈服面的定义

 

(1)P-M类型屈服面中使用初始荷载计算初始屈服面时三项内力(P-M-M)是相关的。轴力始终使用初始荷载引起的轴力,在迭代过程是不变的。两个方向的弯矩在计算过程中也是不相关的。
(2)其它参数参见静力弹塑性分析中的P-M-M屈服面的说明。

 

2.4.1.2

墙纤维特性定义

 

图2.4.1-9  定义墙纤维特性

功能说明

(1)纤维数量
水平纤维数量是指计算墙水平向的轴向和弯曲变形使用的纤维数量,竖向纤维数量是指计算墙竖向的轴向和弯曲变形使用的纤维数量。纤维数量是指每个墙单元上的纤维数量,墙构件上的单元分割数量是在结构>模型控制中输入。水平和竖向的分割数量范围为3~10 个。剪切应力的计算是在墙单元的高斯积分点上,每个单元有4个高斯积分点。
(2)混凝土:
选择墙的砼材料的本构关系。程序提供《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)附录C.2.1中提供的单轴受压曲线和日本混凝土设计规范中的混凝土材料本构关系。
(3)钢材:
选择钢材的材料本构关系,仅提供双折线类型。
(4)剪切:
选择混凝土纤维的剪切本构关系:提供三折线类型,通过输入相应数据可变为双折线类型;
有关材料本构的说明见技术条件章节的说明。
(5)屈服评估用残留系数:
评价单元是否屈服的判断标准。当输入40时,表示纤维数量中有60%的某项应力进入屈服时该单元在该应力项上被判定为屈服。剪切成分的屈服是按照高斯点的屈服数量占高斯点数量的比值来判断的;
(6)墙钢筋:
有自动和用户两个选项。选择自动时将按照在首选项中选择的方法(有按计算配筋和按施工图中的实配钢筋两个选项)计算铰特性值;选择用户时按照用户输入的水平和竖向配筋率计算铰特性值,此时不能考虑端部钢筋。

 

图2.4.1-10  剪力墙配筋选项

 

2.4.1.3

支撑铰特性的定义

 

支撑构件的铰位置在构件中心且只能选择轴向Fx的铰,可供选择的滞回曲线有16种。