最近有不少工程師問到“如何將非線性剛度折減系數(shù)用于性能化設(shè)計(jì)”問題,所以筆者感覺有必要詳細(xì)介紹了一下非線性剛度折減性能設(shè)計(jì)方法。 1、方法由來 按“高規(guī)”方法進(jìn)行性能設(shè)計(jì)時(shí),在未進(jìn)行彈塑性分析之前,無法準(zhǔn)確估計(jì)結(jié)構(gòu)在中震和大震作用下構(gòu)件的剛度退化情況以及考慮構(gòu)件塑性耗能后附加給結(jié)構(gòu)的阻尼比,因而會(huì)導(dǎo)致子模型構(gòu)件內(nèi)力失真。建研院肖從真等提出,可以通過非線性分析,得到結(jié)構(gòu)中不同構(gòu)件在中、大震作用下的剛度折減系數(shù)和結(jié)構(gòu)附加阻尼比,返帶回彈性設(shè)計(jì)軟件中進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)。使用流程如圖1所示。 圖1 SAUSG-Design非線性剛度折減性能設(shè)計(jì)流程圖
1) 指定構(gòu)件性能目標(biāo),使用SATWE軟件進(jìn)行首次分析與設(shè)計(jì) 菜單:SATWE模塊->設(shè)計(jì)模型前處理->參數(shù)定義->性能設(shè)計(jì),如圖2所示,選擇“按照高規(guī)方法進(jìn)行性能包絡(luò)設(shè)計(jì)”。 圖2 性能化設(shè)計(jì)參數(shù)定義 菜單:設(shè)計(jì)模型前處理->性能目標(biāo),指定構(gòu)件性能目標(biāo),如圖3所示。 圖3 按構(gòu)件指定性能目標(biāo) 菜單:SATWE模塊->分析模型及計(jì)算->生成數(shù)據(jù)+全部計(jì)算 進(jìn)行第一次的彈性分析和設(shè)計(jì)。 2) 進(jìn)行非線性分析,得到中震或(和)大震作用下的構(gòu)件剛度折減系數(shù) 選擇SAUSG-Design,可按照默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行模型預(yù)處理,在之后彈出的非線性優(yōu)化參數(shù)對(duì)話框中,計(jì)算類型選擇“性能設(shè)計(jì)剛度折減系數(shù)及附加阻尼比”。勾選“指定性能目標(biāo)的構(gòu)件保持彈性”,則進(jìn)行非線性分析時(shí),對(duì)于指定了性能目標(biāo)的構(gòu)件仍按照彈性進(jìn)行分析,其他構(gòu)件則采用彈塑性本構(gòu),如圖4所示。 點(diǎn)擊 “確定”后,進(jìn)行非線性分析,得到中震或(和)大震作用下的構(gòu)件剛度折減系數(shù)。 圖4 非線性優(yōu)化參數(shù)(性能化設(shè)計(jì)剛度折減系數(shù)) 3) 導(dǎo)入剛度折減系數(shù),進(jìn)行第二次性能化設(shè)計(jì)。 菜單:SATWE模塊->設(shè)計(jì)模型前處理->參數(shù)定義 圖5 導(dǎo)入SAUSG剛度折減系數(shù) 如圖5所示,勾選“采用SAUSG剛度折減系數(shù)”,如果要采用非線性優(yōu)化計(jì)算得到的附加阻尼比,也可以勾選“采用SAUSG附加阻尼比”。點(diǎn)擊“生成數(shù)據(jù)”后,這部分參數(shù)才真正導(dǎo)入。 如需查看或編輯SAUSG計(jì)算的剛度折減系數(shù),可以切換到中震或大震子模型,通過SATWE“分析模型及計(jì)算”->“設(shè)計(jì)屬性補(bǔ)充”中選擇“交互定義”,并在“剛度折減系數(shù)”中選擇構(gòu)件類型并進(jìn)行查看,也可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行修改。 之后可以點(diǎn)擊“生成數(shù)據(jù)+全部計(jì)算”,進(jìn)行第二次的性能化設(shè)計(jì),則得到的性能設(shè)計(jì)的構(gòu)件配筋即是考慮非線性剛度折減系數(shù)的中震(大震)子模型與小震模型的包絡(luò)配筋。
1) 指定構(gòu)件性能目標(biāo),使用SATWE軟件進(jìn)行首次分析與設(shè)計(jì) 某轉(zhuǎn)換多塔結(jié)構(gòu)如圖6所示,結(jié)構(gòu)共17層,高度為62.6米。地震烈度為7度(0.15g),設(shè)計(jì)地震分組第三組,場地類別為III類。 底部兩層平臺(tái)柱及框支柱性能目標(biāo)為中震正截面承載力彈性、斜截面承載力彈性;大震正截面承載力不屈服、斜截面承載力彈性。轉(zhuǎn)換梁性能目標(biāo)為中震正截面承載力彈性、斜截面承載力彈性;大震正截面承載力不屈服、斜截面承載力不屈服。 圖6 某轉(zhuǎn)換多塔結(jié)構(gòu) 在RH1TG065地震動(dòng)作用下,墻梁、墻柱、框架梁剛度折減系數(shù)分布如圖7~圖9所示。 圖7 墻梁剛度折減系數(shù) 圖8 墻柱剛度折減系數(shù) 圖9 框架梁剛度折減系數(shù) 在地震動(dòng)作用下,能量變化曲線如圖10所示,構(gòu)件彈塑性附加阻尼比為3.2%,大震等效彈性分析用結(jié)構(gòu)總阻尼比為8.2%。 圖10 能量圖及等效阻尼比 結(jié)構(gòu)初始阻尼比:5.0% 附加等效阻尼比: 結(jié)構(gòu)彈塑性:3.2% 位移型阻尼器:0.0% 速度型阻尼器:0.0% 總等效阻尼比:8.2% |
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