Перейти до основного вмісту

Верифікація pushover-аналізу

Ця стаття підсумовує, як було верифіковано pushover-розрахунок StatiCAD і ланцюжок оцінки сейсмічних характеристик залізобетонних будівель, та наводить результати. Як тестові конструкції використано залізобетонні приклади будівель, що містять як каркасну, так і стінову поведінку.

1. Підхід до верифікації​

  • Та сама модель, незалежний розв'язувач: StatiCAD автоматично передає до SAP2000 модель pushover (вузли, стрижні, жорстка діафрагма, маси, розподіл навантаження та власноруч обчислені несучі здатності шарнірів); SAP2000 виконує pushover власним нелінійним розв'язувачем. Таким чином порівняння є відтворюваним порівнянням моделі з моделлю, вільним від помилок ручного введення даних.
  • Еталон — SAP2000 V27: його обрано еталоном верифікації, оскільки це визнаний у світі незалежний розв'язувач.
  • Основний акцент порівняння — точка експлуатаційних характеристик: інженерне рішення ухвалюється в точці впливу. Тому головним критерієм є збіг переміщення в точці впливу, поперечної сили в основі, розподілу станів шарнірів і висновку щодо будівлі. Пікові значення кривих через відмінності моделювання (див. розділ 6) є другорядним показником.
примітка

Ті самі порівняння можна відтворити в кожному проєкті опціями «SAP2000 ile doğrula» (верифікувати за допомогою SAP2000) і «Hesaplara SAP2000 sonucuyla devam et» (продовжити розрахунки за результатами SAP2000) у вікні pushover.

2. Модальна верифікація​

У каркасному прикладі перший власний період коливань переданої моделі в SAP2000 виявився таким самим, як у StatiCAD: T1 = 0,6061 с (StatiCAD) / 0,6063 с (SAP2000). Вхідні дані розрахункового спектра (SDS, SD1) збіглися з незалежним розрахунком точно.

3. Порівняння пошкоджень у точці впливу — основна верифікація​

З таблиці станів шарнірів SAP2000 зчитується стан шарнірів на кроці, що відповідає переміщенню впливу, і порівнюється з таблицею пошкоджень StatiCAD:

Випадок (будівля зі стінами жорсткості, EPP)StatiCADSAP2000
+X, вплив u = 3,45 мм4 кінці, що досягли текучості (Значні пошкодження), будівля: Контрольовані пошкодження4 шарніри в тій самій зоні — точний збіг
−Y, вплив u = 13,4 мм1–2 кінці, що досягли текучості, будівля: Обмежені пошкодження0–1 шарнір на межі текучості — узгоджується
порада

Висновок: у точці впливу, де ухвалюється інженерне рішення, два незалежні розв'язувачі дають однакову таблицю пошкоджень і однакові висновки щодо будівлі.

4. Зведене порівняння восьми комбінацій напрямів​

У режимі «Продовжити розрахунки за результатами SAP2000» усі вісім комбінацій напрямів TBDY було розв'язано в SAP2000 й автоматично зведено в таблицю з результатами StatiCAD (приклад зі стінами жорсткості, EPP; u: вимога щодо переміщення верху):

НапрямStatiCAD u [мм]StatiCAD рівеньSAP2000 u [мм]SAP2000 рівень
+X+0,30Y3,45KH3,45KH
+X−0,30Y3,45KH3,45KH
−X+0,30Y3,45KH3,45KH
−X−0,30Y3,45KH3,45KH
+Y+0,30X13,40SH13,36KH
+Y−0,30X13,41SH13,36SH
−Y+0,30X13,40SH13,22SH
−Y−0,30X13,39SH13,22SH
  • Переміщення впливу збігаються точно (X: 3,45 ↔ 3,45 мм; Y: 13,4 ↔ 13,2–13,4 мм).
  • Різниця поперечних сил в основі в точці впливу становить приблизно 5–10 % у напрямі X і 3–13 % у напрямі Y.
  • Висновок щодо будівлі збігається у 7 з 8 напрямів. Єдина відмінність (+Y+0,30X) — це гранична ситуація, коли вплив припадає саме на межу текучості, і вона чутлива до роздільної здатності кроку запису SAP2000.

5. Опція шарнірів зі зміцненням​

Випадок (один напрям)StatiCAD Vверх [кН]SAP2000 Vверх [кН]Співвідношення
+X, EPP19 33421 5030,899
+X, зі зміцненням21 16722 8100,928
−Y, EPP10 055~10 9900,915
−Y, зі зміцненням10 40511 7040,889
інформація

Зміцнення підвищує несучу здатність StatiCAD на 5–10 %. Коливання співвідношень у межах ±0,03 зумовлене невеликою методичною різницею у визначенні нахилу зміцнення в двох програмах. Співвідношення піків кривих для односторонніх pushover перебувають у межах 0,89–0,93, і StatiCAD послідовно залишається в запасі міцності. Порівняння в точці впливу від зміцнення не залежать.

6. Відомі відмінності​

ВідмінністьДжерелоВплив
Низхідна гілка в SAP2000 ↔ плато в StatiCADВизначення шарніра в SAP2000 містить гілки втрати міцності; шарнір StatiCAD (EPP або зі зміцненням) низхідної гілки не містить.Крива SAP2000 після досягнення піку спадає і в деяких випадках зупиняється, не досягнувши цілі. Це впливає на співвідношення піків, але не впливає на порівняння в точці впливу.
Відмінність пружної жорсткості в моделі зі стінами жорсткостіСильна вісь стіни жорсткості в моделі pushover подається одним стрижнем із жорсткими вставками.Є складовою різниці поперечних сил в основі за того самого переміщення.
Сталість осьової сили колон і стін жорсткостіВ обох розв'язувачах шарніри будуються із N = G + nQ.Порівняння не зачіпає; це спільне припущення.
Визначення нахилу зміцненняДві програми по-різному визначають гілку зі зміцненням.Коливання ±0,03 у співвідношеннях піків для шарнірів зі зміцненням.
Роздільна здатність кроку запису SAP2000Результати SAP2000 записуються у скінченній кількості кроків.Пошкодження зчитуються з кроку запису, найближчого до точки впливу; у випадках на межі текучості це може створювати чутливість висновку.

7. Верифікація багатомодового pushover​

  • Пружна узгодженість (TBDY 5.6.6.1): для кожної моди порівнювалося замкнене спектральне переміщення з розв'язком методом скінченних елементів на тій самій матриці жорсткості. У напрямах X та Y для всіх мод відхилення становить 0,0000 %; зведене переміщення верху за CQC однакове обома шляхами.
  • Pushover домінантної моди ↔ одномодовий pushover: pushover першої моди багатомодового випадку дав той самий вплив (36,8 мм), ту саму кількість кінців, що досягли текучості (23), і той самий висновок щодо будівлі (Контрольовані пошкодження), що й одномодовий pushover.
  • Правило коротких періодів: для другої моди X з коротким періодом (T = 0,155 с) автоматично застосовано CR = 1,030, і мода залишилася пружною, як і очікувалося.
  • Порівняння модальних розподілів із SAP2000: розподіли навантаження мод StatiCAD було передано до SAP2000 і виконано pushover на тій самій моделі з шарнірами; отримано збіг у межах 2–6 % для домінантної моди та приблизно 6 % для другої моди.

8. Загальна оцінка​

порада
  • У порівнянні моделі з моделлю в SAP2000 у точці впливу, де ухвалюється інженерне рішення, переміщення збігаються точно, таблиці пошкоджень узгоджуються, висновки щодо будівлі збігаються у 7 з 8 напрямів; єдина відмінність — задокументована гранична ситуація.
  • Співвідношення піків кривих для односторонніх pushover перебувають у межах 0,89–0,93, і StatiCAD послідовно залишається в запасі міцності; кожну з решти відмінностей розкладено на складові та обґрунтовано.
  • Умова пружної узгодженості багатомодового pushover виконується чисельно.
примітка

Усі результати, отримані за допомогою програмного забезпечення, обов'язково має перевіряти відповідальний інженер.