Phân tích cầu chịu động đất Hiếm

Hướng dẫn nâng cao midas Civil Phân tích lịch sử phi tuyến thời gian cầu với thiết bị cách ly động đất Nonlinear Time History Analysis of a Bridge with Seismic Isolators Phân tích lịch sử phi tuyến thời gian cầu với thiết bị cách ly động đất Ví dụ tập trung vào việc phân tích điều kiện biên phi tuyến lịch sử thời gian, trình mơ hình bỏ qua mơ hình hồn chỉnh mở sẵn Trình tự phân tích với MIDAS/Civil sau: Khai báo tính chất liên kết phi tuyến Nhập liên kết phi tuyến Nhập điều kiện phân tích cho phân tích lịch sử thời gian Tiến hành Phân tích lịch sử phi tuyến thời gian Kiểm tra kết phân tích Với khai báo LRB, tham khảo hướng dẫn Hình Mơ hình cầu 3-D midas Civil Advanced Tutorial Tiêu chuẩn cầu Nhịp cầu: 45 m + 50 m + 45 m = 140 m Bề rộng cầu: 11.4 m Loại cầu: Cầu dầm hộp thép Số làn: Phân tích phi tuyến cầu với phần tử LRB cách biệt Mơ hình Mở file ( New Project) lưu ( Save) file với tên ‘Non linear-LRB’ Gán hệ đơn vị ‘tonf’ ‘m’ Hệ đơn vị thay đổi tùy thích, phụ thuộc vào liệu nhập / New Project / Save (Non linear-LRB ) Tools / Unit System Length> m; Force>tonf  Nhập mơ hình Trong ví dụ này, nhập mơ hình hồn thành đặc trưng hình học mặt cắt (Structural Model.mct) / Import / MIDAS/Civil MCT File open>Structural Model.mct  Nonlinear Time History Analysis of a Bridge with Seismic Isolators Khai báo liên kết phi tuyến Tính chất phi tuyến (LRB) Mố (LRB-A) Hướng Phi tuyến Độ cứng hữu hiệu Giảm thiệu hữu hiệu Độ cứng Cường độ chảy dẻo Tỉ số độ cứng sau chảy deo Thẳng đứng Phương dọc Dz Dx No Yes Tính chất tuyến tính 479100(design) 336.1(iteration) 0 Tính chất phi tuyến 1099 15.69 0.08917 Phương ngang Dy Yes 336.1(iteration) 1099 15.69 0.08917 Trụ (LRB-P) Hướng Phi tuyến Độ cứng hữu hiệu Giảm thiệu hữu hiệu Độ cứng Cường độ chảy dẻo Tỉ số độ cứng sau chảy deo Vertical Longitudinal Dz Dx No Yes Tính chất tuyến tính 1289000(design) 702.2(iteration) 0 Tính chất phi tuyến 2204 33.63 0.0862 Transverse Dy Yes 702.2(iteration) 2204 33.63 0.0862 midas Civil Advanced Tutorial Nhập tính chất liên kết phi tuyến (LRB) Nhập đặc tính gối cao su lập Boundary > General Link > General Link Properties Define General Link Properties> Name (LRB-A); Application type> Force; Property Type>Lead Rubber Bearing Isolator Self Weight>Total Weight (0) Linear Properties DOF>Dx, Dy, Dz(on) ; Effective Stiffness (479100), (336.1), (336.1) Nonlinear Properties DOF>Dy(on) ; Stiffness (k) (1099) Yield Strength (15.69); Post Yield Stiffness Ratio(r) (0.08917) Hysteretic Loop Parameter (α) (0.5) Hysteretic Loop Parameter (β) (0.5) DOF > Dz(on) ; (The procedure is identical to that for Dy) Hình Nhập đặc tính LRB mố Nonlinear Time History Analysis of a Bridge with Seismic Isolators Nhập đặc tính LRB cho trụ Boundary > General Link > General Link Properties Define General Link Properties> Name (LRB-P); Application type> Force; Property Type>Lead Rubber Bearing Isolator Self Weight>Total Weight (0) Linear Properties DOF>Dx, Dy, Dz(on) ; Effective Stiffness (1289000), (702.2), (702.2) Nonlinear Properties DOF>Dy(on) ; Stiffness (k) (2204) Yield Strength (33.63) ; Post Yield Stiffness Ratio(r) (0.0862) Hysteretic Loop Parameter (α) (0.5) Hysteretic Loop Parameter (β) (0.5) DOF>Dz(on) ; (The procedure is identical to that for Dy) Hình Nhập tính chất cho LRB trụ midas Civil Advanced Tutorial Khai báo liên kết phi tuyến (LRB) Tạo phần tử liên kết phi tuyến (LRB) gối Tất có vị trí để nhập LRB Thứ tự từ mố trái tới trụ trái, trụ phải tới mố phải Tạo liên kết phi tuyến mố trái Boundary / General Link General Link Property>LRB-A Zoom Window (Phóng to đến vị trí mố trái Nơi có LRB-A để khai báo) Nodes (93, 95) Nodes (94, 96)   Hình Liên kết phi tuyến khai báo mố Nonlinear Time History Analysis of a Bridge with Seismic Isolators Tạo liên kết phi tuyến trụ trái Boundary / General Link General Link Property>LRB-P Zoom Window (Phòng vào trụ, nơi có LRB-P để khai báo) Nodes (59, 63) Nodes (60, 64)   Hình Nhập liên kết phi tuyến cho trụ trái midas Civil Advanced Tutorial Khai báo liên kết phi tuyến trụ phải Boundary / General Link General Link Property>LRB-P Zoom Window (Phóng to vào trụ phải nơi có LRB-P để tạo) Nodes (61, 65) Nodes (62, 66)   Hình Nhập liên kết phi tuyến trụ phải Nonlinear Time History Analysis of a Bridge with Seismic Isolators Tạo liên kết phi tuyến mố phải Boundary / General Link General Link Property>LRB-A Zoom Window (Phóng to vào trụ phải nơi có LRB-A để tạo) Nodes (97, 99)  Nodes (98, 100)  Hình Nhập liên kết phi tuyến cho mố phải midas Civil Advanced Tutorial Nhập độ lớn Có loại khối lượng khai báo, bao gồm độ lớn kết cấu, tải trọng độ lớn tải trọng tiuws khối lượng/ Áp dụng cụ thể cho loại khối lượng đặc miêm tả chi tiết online manual Khi phân tích mơ hình phi tuyến lịch sử với liên kết thông thường thể hiện, độ lớn phải gán vào nút để liên kết thông thường đượng liên kết Trong ví dụ này, độ lớn cấu trúc tải trọng tới độ lớn sử dụng Khối lượng kết cấu Biến đổi thành trọng lượng thẩn phần tử mơ hình kết cấu thành khối lượng Structure / Structure Type Conversion of Structure Self weight into Masses Convert to X, Y, Z  Hình Tự động chuyển đổi trọng lượng riêng thành khối lượng kết cấu 10 Nonlinear Time History Analysis of a Bridge with Seismic Isolators Tải trọng tới khối lượng CHuyển đổi từ tải trọng dầm sang khối lượng Load / Static Loads Load Type / Loads to Masses Mass Direction>X, Y, Z Load Type for Converting>Beam Load (Line, Typical) (on) Gravity (9.806); Load Case>Dead load Scale Factor (1); Add  Hình Nhập tải trọng phương pháp tải trọng tới khối lượng 11 midas Civil Advanced Tutorial Nhập liệu phân tích lịch sử thời gian Chức lịch sử thời gian Khơng giống phân tích tuyến tính, ngun tắc siêu cao khơng áp dụng với phân tích phi tuyến Ví dụ liên quan tới phân tích cho tĩnh tải tải trọng động đất Nhưng khơng xác để tuyến tính kết hợp kết riêng biệt loại tải trọng sau Cho phân tích lịch sử thời gian, cần xem xét tải trọng tác dụng đồng thời Để phản ảnh tĩnh tải phân tích lịch sử thời gian, chức Time Varying Static Load sử dụng Chức tạo điều kiện để tĩnh tải đặt thời điểm phân tích lịch sử thời gian cho tải trọng động đất Môt chức ‘Ramp’ gán cho tĩnh tải El Centro data sử dụng cho tải trọng động đất Chúng ta khai báo Time Forcing Function để biểu diễn tĩnh tải Load / Seismic Load Type / Time History Analysis Data / Time History Functions Add Time Function Function Name (Ramp) Enter the data as shown in Hình 10 Hình 10 Khai báo chức ép thời gian “Time Forcing” cho tĩnh tải động đất 12 Nonlinear Time History Analysis of a Bridge with Seismic Isolators Dữ liệu tải trọng động đát tạo cách sử dụng liệu động đất El Centro Load / Seismic Load Type / Time History Analysis Data / Time History Functions Add Time Function Earthquake Earthquake>1940 EL Centro Site, 270 Deg > OK > Apply Earthquake Earthquake>1940 EL Centro Site, 180 Deg > OK > OK (a) El Centro Site 270Deg (Peak: 0.3569g) (b) El Centro Site 180Deg (Peak: 0.2142g) Hình 11 Dữ liệu nhập động đất El Centro 13 midas Civil Advanced Tutorial Nhập liệu phân tích Eigenvalue Có phương pháp cho phân tích lịch sử thời gian Modal Superposition Direct Integration Trong ví dụ này, sử dụng phương pháp mơ hình chồng Kiểm sốt liệu phân tích Eigenvalue xác định trước khai báo Time History Load Cases Với phân tích eigenvalue, MIDAS/Civil cung cấp cho phương pháp vec-tơ Eigen Vectors phương pháp Ritz Vectors Phương pháp Ritz Vectors method khuyến cáo mô hình phi tuyến thời gian lựa chọn với liên kết thông thường trường hợp này, liên kết thông thường vec tơ lực phải bao gồm vec-tơ tải trọng bắt đầu để bao gồm biến dạng liên kết thơng thường để tính tốn vec tơ tải trọng bắt đầu ví dụ này, sử dụng phương pháp Ritz Vectors để kiểm tra lựa chọn “Include GL-link Force Vector” Load / Seismic / Time History Analysis Data / Load Cases (or Analysis>Eigenvalue Analysis Control) Ritz Vectors Starting Load Vectors Load Case>Dead load; Number of Generations>1 Load Case>Ground Acc X; Number of Generations>8 Load Case>Ground Acc Y; Number of Generations>8  Hình 12 Kiểm sốt liệu nhập phân tích Eigenvalue 14 Nonlinear Time History Analysis of a Bridge with Seismic Isolators Các trường hợp tải trọng lịch sử thời gian Tĩnh tải tải trọng động đất tách biệt nhập vào trường hợp tải trọng lịch sử thời gian (Time History Load Cases) Khai báo tải trọng trường hợp tải trọng lịch sử thời gian Load / Seismic / Time History Analysis Data / Load Cases ADD Load Case Name (Dead Load) End Time (5); Time Increment (0.002) Step Number Increment for Output (5) Analysis Type>Nonlinear; Analysis Method>Modal Damping>Direct Specification of Modal Damping – Damping Ration for All Modes>Damping Ratio for All Modes (0.99)  Tham khảo Online manual để biết thêm chi tiết  Các Damping Tỷ lệ 99% cho tổng giảm xóc từ đầu (không thứ hai) đến thời điểm cuối 99% Điều để tạo hội tụ nhanh chóng tải trọng tĩnh xem xét phân tích phi tuyến cách sử dụng thời gian biến đổi tải tĩnh Thời gian kết thúc: Thời gian kết thúc phân tích lịch sử thời gian cần thiết Thời gian liệu địa chấn nên xem xét để xác định thời gian kết thúc Gia tăng thời gian: Việc tăng thời gian phân tích lịch sử thời gian ảnh hưởng đáng kể độ xác kết phân tích Một ngun tắc chung ngón tay để xác định tăng thời gian sử dụng 1/10 số nhỏ thời gian thời gian buộc chức tần số tự nhiên cấu trúc Kể từ thời kỳ chế độ cao 0.02, 0.002 sử dụng Bước Số Tăng cho đầu ra: Thời gian phân tích bước cần thiết để sản xuất kết việc phân tích lịch sử thời gian Kết sản xuất khoảng thời gian (Số đầu bước x Time Tăng) Nếu quy định, kết phân tích sản xuất 0,002 giây Nếu định, kết phân tích sản xuất 0,01 giây Đối với tốc độ phân tích hợp lý, sử dụng Figure 13 Hộp thoại trường hợp tải trọng lịch sử thời gian 15 midas Civil Advanced Tutorial Khai báo trường hợp tải trọng lịch sử thời gian cho tải trọng động đất Load / Time History Analysis Data / Load Cases Add Load Case Name (Earthquake) End Time (50); Time Increment (0.002) Step Number Increment for Output (5) Analysis Type>Nonlinear; Analysis Method>Modal Order in sequential Loading>Subsequent to>Load Case>Dead Load Damping>Damping Method>Modal Damping Ratio for All Modes (0.05)  Thứ tự tải trọng liên tiếp: Dữ liệu liên quan đến chuỗi nhiều thời gian phân tích điều kiện lịch sử liên tục nạp Subsequent to: Chọn thời gian phân tích lịch sử thời gian khai báo, mà trước điều kiện phân tích lịch sử thời gian khai báo Loại phân tích phương pháp phân tích cho điều kiện phân tích lịch sử thời gian thời phải quán với điều kiện tải trọng mơ hình trước Từ điều kiện phân tích trước đó, chuyển vị, tốc độ lực thành phần, gia tốc, đa dạng trạng thái liên kết trạng thái phần tử liên kết phi tuyến nhận sử dụng điều kiện ban đầu cho phân tích Tuy nhiên, trường hợp tải trọng, tải trọng trạng thái cuối điều kiện phân tích trước giả sử giữ ngun khơng đổ điều kiện phân tích “Keep Final Step Loads Constant” lựa chọn  Phương pháp phân tích phi tuyến tích phân sử dụng ví dụ Nó khơng u cầu phân tích vector Ritz nhiều thời gian phân tích nhạy cảm với thời gian tăng dần Hình 14 Hộp thoại trường hợp tải lịch sử thời gian 16 Nonlinear Time History Analysis of a Bridge with Seismic Isolators Gia tốc đất Gán hướng gia tốc đất từ El Centro Các gia tốc lớn liệu động đất Elcent_t Elcent_h chức lịch sử thời gian (Time History Function) 0.2142g 0.3569g tương ứng Dữ liệu động đất thuộc gia tốc lớn nhập vào hướng chế độ rung số Cho tham khảo, chế độ rung số mơ hình hướng Y, hướng ngang cầu Dữ liệu gia tốc lớn (Elcent_h) áp dụng theo hướng Y Load / Seismics / Time History Analysis Data / Ground Acceleration Time History Load Case Name>Earthquake Function for Direction-X Function Name>Elcent_t Function for Direction-Y Function Name>Elcent_h Operations>  Hình 15 Khai báo hướng liệu động đất 17 midas Civil Advanced Tutorial Thời gian điều chỉnh tải trọng Để áp dụng tĩnh tải vào Time History Analysis, Sử dụng Time Varying Static Load Load / Seismic / Time History Analysis Data / Time Varying Static Load Time History Load Case Name>Dead Load Static Load>Dead Load Function>Function Name>Ramp Operations>  Hình 16 Điều chỉnh tải trọng nhập vào 18 Nonlinear Time History Analysis of a Bridge with Seismic Isolators Phân tích Khi nhập điều kiện biên cho phân tích phi tuyến hồn thành, phân tích tiến hành Analysis / Perform Analysis Kiểm tra kết Biểu đồ lịch sử Kiểm tra lực cắt tác dụng lên LRB isolator biến dạng phần phía trụ sử dụng chức Time History Graph Initial View View / Display or Display from the Icon Menu Boundary tab General Link (on) ; General Link Number (on)  Hình 17 Góc nhìn ban đầu thể số liên kết phi tuyến 19 midas Civil Advanced Tutorial Kiểm tra lực ngang biến dạng tác dụng lên General Link No.3 phương dọc Result / Time History Result / T.H Graph/Text / Time History Graph Define/Modify Function>General Link Deform/Force Name (NL3-Shear-y) NL-Link No>5(nl:61,n2:65) ; Type>J-Node Force Components>F-y ; Time History Load Case>Earthquake  Name (NL3-Disp-y) NL-Link No>3(nl:59,n2:63) ; Type>Deformation Components>D-y ; Time History Load Case>Earthquake  Hình 18 Lực ngang biến dạng tác dụng lên General link No.3 20 Nonlinear Time History Analysis of a Bridge with Seismic Isolators In biểu đồ trễ LRB isolator Result / Time History Result / T.H Graph/Text / Time History Graph Check Function to Plot> NL3-Shear-y (on) Click Add from list Horizontal Axis> NL3-Disp-y Type of Display X Axis Decimal Pt (4); Y Axis Decimal Pt (1) Type>Time History Graph  Hình 19 Biển đồ trễn LRB isolator 21 midas Civil Advanced Tutorial Kiểm tra chuyển vị đỉnh trụ Time History Graph Result / Time History Result / T.H Graph/Text / Time History Graph Define/Modify Function>Disp/Vel/Accel Name: (Disp-Pier-Top) Node Number: (77) Type of Result>Displ Components: >DX Time History Load Case>Earthquake Included Mode Number> All  Hình 20 Gán thông số cho thể biến dạng vị trí đỉnh trụ 22 Nonlinear Time History Analysis of a Bridge with Seismic Isolators Check the displacement result at the pier top by Time History Graph Result / Time History Result / T.H Graph/Text / Time History Graph Check Function to Plot> Disp-Pier-Top (on) Click Add from list Horizontal Axis> Time Type of Display X Axis Decimal Pt (1) ; Y Axis Decimal Pt (4) Type:>Time History Graph  Hình 21 Displacement hysteresis graph at the pier top (node 77) 23 ... Dy) Hình Nhập tính chất cho LRB trụ midas Civil Advanced Tutorial Khai báo liên kết phi tuyến (LRB) Tạo phần tử liên kết phi tuyến (LRB) gối Tất có vị trí để nhập LRB Thứ tự từ mố trái tới trụ... tính LRB mố Nonlinear Time History Analysis of a Bridge with Seismic Isolators Nhập đặc tính LRB cho trụ Boundary > General Link > General Link Properties Define General Link Properties> Name (LRB- P);... Nhập tính chất liên kết phi tuyến (LRB) Nhập đặc tính gối cao su cô lập Boundary > General Link > General Link Properties Define General Link Properties> Name (LRB- A); Application type> Force;