1、例題 邊界非線性分析例題5 邊界非線性分析例題五.邊界非線性分析概要此例題將介紹利用midas Gen進行邊界非線性分析的整個過程，以及查看分析結果的方法。此例題的步驟如下：1. 簡介2. 設定操作環(huán)境及定義材料和截面3. 用建模助手建立模型4. 建立框架柱5. 樓層復制及生成層數據6. 輸入樓面荷載7. 定義邊界條件8. 定義結構類型9. 定義質量10. 輸入時程分析數據11. 運行時程分析12. 時程分析結果13. 阻尼器算例簡介14. 定義阻尼器特性值15. 查看阻尼器算例時程分析結果1.簡介本例題介midas Gen進行邊界非線性分析的方法。通過兩個例題模型來分別說明midas Gen

2、在進行有隔震器和阻尼器的結構的時程分析過程及結果。（本例題數據僅供參考）圖1 分析模型基本數據如下：軸網尺寸：X方向（46），Y方向（6,3,6），單位：m柱：600mm×600mm梁：250mm×600mm混凝土：C30層高：一五層，3.0m地震波：EI Centro設防烈度：7°分析時間：20s2.設定操作環(huán)境及定義材料和截面在建立模型之前先設定環(huán)境及定義材料和截面。注：也可以通過程序右下角隨時更改單位。1.主菜單選擇 文件>新項目2.主菜單選擇 文件>保存：輸入文件名并保存3.主菜單選擇 工具>設置>單位體系：長度 m，力 kN圖2

3、定義單位體系4.主菜單選擇 特性>材料>材料特性值添加：定義C30混凝土材料號：1 名稱：C30 規(guī)范：GB10（RC）混凝土：C30 材料類型：各向同性阻尼比：0.055.主菜單選擇 特性>截面>截面特性值添加： 定義梁、柱截面尺寸 圖3 定義材料 圖4 定義截面3.用模助手建立模型主菜單選擇 模型>建模助手>基本結構>框架輸入：添加x左邊，距離6，重復4； 添加z左邊，距離6，重復1；距離3，重復1；距離6，重復1編輯：Beta角，90度；材料，C30；截面，250×600,；生成框架；插入：點 （0,0,0）；Alpha，-90度。插圖

4、5 建立平面框架梁4.建立框架柱注：此處柱子高度-3，負號代表沿Z軸負向。生成框架柱的步驟如下：主菜單選擇節(jié)點和單元>單元>擴展；擴展類型：節(jié)點-線單元 單元類型：梁單元 材料：C30截面：600×600 輸入柱子高度：dZ=-3在模型窗口中選擇生成柱的節(jié)點。圖6 生成框架柱5.樓層復制及生成層數據文件1.主菜單選擇 結構>建筑建筑物數據>復制層數據：復制次數5；距離3；點擊添加在模型窗口中選擇要復制的單元2.主菜單選擇 結構>建筑建筑物數據>定義層數據>考慮剛性樓板地面高度：點擊，如勾選使用地面高度，則程序認定此標高以下為地下室 注：需要輸

5、出時程分析層結果的時候，勾選時程分析結果的層反應。圖7 生成層數據6.輸入樓面荷載1.主菜單選擇 荷載>荷載類型:靜力荷載>建立荷載工況>靜力荷載工況DL：恒荷載 LL：活荷載圖8 定義樓面荷載2.主菜單選擇荷載>荷載類型:靜力荷載>結構荷載/質量>自重荷載工況：DL 自重系數：Z=-1圖9 定義自重系數3.菜單選擇荷載>荷載類型：靜力荷載>初始荷載/其他：分配樓面荷載>定義樓面荷載類型定義各房間荷載：名稱：office 荷載工況：DL，LL 樓面荷載：-4，-2 名稱：roof 荷載工況：DL，LL 樓面荷載：-6，-0.5注：此處負號代

6、表荷載方向沿Z軸負向。 圖10 定義樓面荷載4.主菜單選擇荷載>荷載類型：靜力荷載>初始荷載/其他>分配樓面荷載>分配樓面荷載樓面荷載類型：office 分配模式：雙向（或長度）荷載方向：整體坐標系Z 復制樓面荷載：方向Z，距離43同樣的方法輸入roof屋頂面荷載樓面荷載類型：roof 分配模式：雙向（或長度）荷載方向：整體坐標系Z 注：當樓面荷載分配不上時，可檢查分配區(qū)域內是否有空節(jié)點、重復節(jié)點、重復單元。圖11 分配樓面荷載圖12 顯示樓面荷載7.定義邊界條件1.主菜單選擇節(jié)點/單元>節(jié)點>移動復制注：此處亦可以通過模型窗口鼠標右鍵實現(xiàn)：（1）右鍵>

7、;節(jié)點>復制和移動；（2）選擇底部節(jié)點（Z=-3），（dx,dy,dz）=（0,0,-0.1），點擊適用。選擇底部節(jié)點（Z=-3），（dx,dy,dz）=（0,0,-0.1），點擊適用2.主菜單選擇 邊界>連接>一般連接>一般連接特性值名稱：IS01 作用類型：內力 特性值類型：鉛芯橡膠支座隔震裝置線性特性值：有效剛度：Dx 10000000KN/m，Dy 1000 KN/m，Dz1000 KN/m非線性特性值：Dy，Dz：彈性剛度 1000 KN/m，屈服強度100 KN 屈服后剛度與彈性剛度之比 0.02 滯后循環(huán)參數 a=0.5，b=0.5注：對于連接單元的Dx方

8、向剛度指連接單元的軸向剛度，Dy、 Dz方向剛度指連接單元的剪切向剛度。 圖13 輸入一般連接特性3.主菜單選擇 邊界>連接>一般連接>一般連接名稱：IS01 類型：鉛芯橡膠支座隔震裝置 兩點：點取X=0，Y=0，Z=-3和Z=-3.1的兩節(jié)點 勾選復制一般連接選項，復制軸X，間距46，點擊適用圖14 布置一般連接4.重復上述步驟，將需要布置支座位置的節(jié)點一般連接布置好。5.主菜單選擇 邊界>連接>一般支承在模型窗口中選擇Z=-3.1嵌固點。圖15 輸入邊界條件8.定義結構類型主菜單選擇 結構>類型>結構類型結構類型：3-D（三維分析） 將結構的自重轉

9、換為質量：轉換到X、Y（地震作用方向）圖16 定義結構類型9.定義質量主菜單選擇 荷載>靜力荷載>結構荷載/質量>節(jié)點質量>將荷載轉換為質量質量方向：X、Y荷載工況：DL（LL） 組合系數1.0（0.5）圖17 定義荷載質量10.輸入時程分析數據1.主菜單選擇 荷載>地震作用>時程分析數據：時程荷載函數添加時程函數：時間函數數據類型：無量綱加速度 地震波：選Elcent-h波（或其他波）最大值：0.035g 圖18 添加時程荷載數據2.主菜單選擇 荷載>地震作用>時程分析數據>時程荷載函數>荷載工況添加荷載工況名稱：SC1結束時間：2

10、0s分析時間步長：0.02輸出時間步長：2分析類型：非線性分析方法：直接積分法時程類型：瞬態(tài)（地震波），當波為諧振函數時選擇線性周期。阻尼計算方法：應變能因子圖19添加時程荷載工況3.主菜單選擇 特性>塑性材料>組阻尼>組阻尼：應變能因子未指定阻尼的單位和邊界的阻尼比阻尼比：0.05指定單元和邊界的阻尼比：類型：材料 C30阻尼比：0.05 點擊“添加”圖20 阻尼比定義4.主菜單選擇 分析>分析控制>特征值分析類型：多重Ritz向量法初始荷載工況：地面加速度X、Y、Z； 初始向量數：分別添加3勾選“考慮一般連接的荷載向量”各一般連接的初始向量數量：3圖21定義特

11、征值分析控制5.主菜單選擇 荷載>地震作用>時程分析數據>時程荷載函數>地面>地面加速度時程分析荷載工況名稱：SC1X-方向時程分析函數：函數名稱：Elcent-h系數：1（雙向地震的主方向）到達時間： 0s（表示地震波開始作用時間）Y-方向時程分析函數：函數名稱：Elcent-h系數：0.85（雙向地震的次方向）到達時間：0（表示地震波開始作用時間）Z-方向是時程分析函數：若不考慮豎向地震作用此項可不填水平地面加速度的角度：X、Y兩個方向都作用有地震波時，如果輸入0度，表示X方向地震波作用于X方向，Y向地震波作用于Y向。如果輸入90度，表示X方向地震波作用于Y方

12、向時，Y向地震波作用于X方向。如果輸入30度，表示X方向地震波作用于與X軸承30度方向，Y向地震波作用與與Y軸成30度方向。圖22 定義地面加速度11.運行時程分析主菜單選擇 分析>運行>運行分析以上為整個前處理階段，包括建模、荷載輸入、分析選項。12.時程分析結果（與未加隔震支座結果對比）1. 主菜單選擇 結果>表格>結果表格>周期與振型圖23 周期和振型表格（加隔震支座）圖24 周期和振型表格（未加隔震支座）2.主菜單選擇 結果>時程>時程圖表/文本>層圖形>層剪力最大值注：（1）周期與振型表格中，提供以下結果，各振型參與質量、振型參與

13、系數、振型方向系數、參與質量。（2）當需要判斷模型的某一振型是X、Y向平動還是扭轉時，需要綜合振型參與質量和陣型方向系數來判定。圖25 層數據圖形圖26 層剪力最大值（加隔震支座）圖27 層剪力最大值（未加隔震支座）3.主菜單選擇 結果>時程>時程圖表/文本>層圖形>層剪切/傾覆彎矩（by step）圖28 層數據圖形圖29 層剪力步驟輸出圖形（加隔震支座）圖30 層剪力步驟輸出圖形（未加隔震支座）13.阻尼器算例簡介模型基本情況二維框架：只考慮XZ平面內自由度的時程分析層高3m，總高十層材料：鋼材 Q345截面：W27×94（梁） W36×135（柱）13圖31 二維框架14.定義阻尼器特性值主1.菜單選擇 邊界>連接>一般連接>一般連接特性值名稱：Damper 作用類型：內力特征值類型：粘彈性消能器非線性特性值：Dx>特性值 阻尼類型：Maxwell模型 消能器阻尼：2000 KN 參考速度：1m/sec 阻尼指數：0.5 連接彈簧剛度：1000000 KN/m圖32 輸入一般連接特性2.主菜單選擇邊界>連接>一般連接>一般連接名稱：Damper類型：粘彈性消能器兩點：點取布置阻尼器連接的兩