对建筑抗震设计中静力弹塑性分析方法的研究

《对建筑抗震设计中静力弹塑性分析方法的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、对建筑抗震设计中静力弹塑性分析方法的研究摘要：本文具体介绍了静力弹塑性分析方法的国内外的发展情况、基木原理、主要分析方法、相关有限元软件、存在的不足以及解决办法。并通过一个具体的实例来更加深入了解静力弹塑性分析方法的全过程。关键词：Push-over分析；抗震性能；sap2000刖S目前，世界各国的抗震规范中，大部分采用基于承载力的设计方法，底部剪力法和振型分解反应谱法是最常用的两种方法，但是当结构高度达到一定高度的时候，基于承载力的设计方法变得不再那么精确，这时候基于位移的抗震设计方法相对于基于承载力的设计方法变得精确点，历次震害都表明结构破坏的主要原因是变形过大

2、，超过了结构构件的最大塑性变形能力。底部剪力法和振型分解反应谱法都是静力弹性设计方法，没有考虑结构构件的塑性变形对结构刚度、周期、承载力等性能的影响，同时它也忽略了地震震动的偶然性。基于上述现状，静力弹塑性分析方法就被提了出来，该方法起先在国外的研究和应用较早。与国外相比我国对静力弹塑性分析的研究起步较晚，但是最近几年逐渐得到了广大学者和工程设计人员的重视，对该方法进行了比较深入的硏究，比较有代表性的人物有叶燎原、钱稼茹、杨溥、欧进萍等，在这里不再一一具体列出。同时一些国家的规范也逐渐接受了这一分析方法并纳入其中，我国的《建筑抗震设计规范》GB50011-2001）

3、中有“弹塑性变形分析，可根据结构特点采用静力弹塑性分析或弹塑性时程分析”的规定，这里的静力弹塑性分析，即主要是指Push-over分析方法。1基木原理和主要内容1.1基木原理静力弹塑性分析法的基木原理是在结构上施加竖向荷载作用并保持不变，同时沿着结构的侧向施加某种分布形式的水平荷载，随着水平荷载或位移逐级增加，按顺序计算结构由弹性状态进入弹塑性状态的反应，并记录在每级加载下开裂、屈服、塑性较形成以及各种结构构件的破坏行为，以此来发现结构薄弱环节及可能的破坏机制等，并根据不同性态水准的抗震需求（如目标位移）对结构抗震性能进行评估。1.2基本假定静力弹塑性分析方法的两个

4、基本假定为：首先，假定结构的地震反应与某一等效的单自由度体系相关，也就是说结构的地震反应由第一振型来控制；其次，结构沿高度的变形量可由形状向量表示，既变形形状不变。很显然以上两个假设并不是很完善，但是人量的实验研究表明，对于地震反应由第-•振型控制的多自由度体系结构，静力弹塑性分析能够精确的预测结构的最大地震反应。1.3水平加载模式的确定在进行结构静力弹塑性分析吋水平力分布形式的选取也十分的重要，它应该既能反映地震作用下各结构层惯性力的分布特征，又能使所求得的位移，能大体真实地反映地震作用下结构的位移状况。对于侧向荷载的施加不同的分部对结构的静力弹塑性分析有着不同的

5、影响目前主要的加载方式有均布水平加载、倒三角形分布水平加载、抛物线分布水平加载、随振型而变的水平加载模式（自适应模式）等。许多实验研究表明，采用均布加载模式时，计算的结构屈服承载力最人,采用倒三角分布水平加载时结构屈服承载力最小，采用其他分布形式的结构在这两者之间。1.4分析方法目前国内外学者提出了多种静力弹塑性分析方法，以下只介绍比较典型的几种方法：1.4.1等效位移系数法等效位移系数法是在美国FEMA-273（1997年）被推荐采用来确定结构非线性弹塑性静力分析的最大期望位移。最大期望位移定义为目标位移§t,用如下几个系数表示：§t=C0Cl

6、C2C3Sa(Te2/4π)g式中：CO为等效单自由度体系与建筑物顶点位移的比例因子；C1为最大非线性位移期望值与线性位移的比例因子；C2为滞冋环形状对最大位移反应的影响系数；C3为P・Δ效应对位移反应的影响系数；Sa为在实际自振和阻尼内的谱反应加速度，Te为实际自振周期。1.4.2能力谱法能力谱法是将Push-over分析得到的结构能力谱和地震需求谱曲线相结合确定结构在一定地震动下的反应值，采用图形形式来确定结构的目标位移，比较结构在遭受不同水准地震作用下的能力需求，从而评价结构的目标位移。它可以分为延性系数能力谱法和等效黏滞阻尼能力谱法，具体的

7、步骤不再详述。1.4.3适应谱Push-over方法适应谱push-over方法是先计算输入地震的弹性反应谱Sa和初始弹性结构的周期与振型，然后根据算得的各振型参与系数门，求岀各层的侧向荷载Fij和各振型的基底剪力Vj,从而确定总的基底剪力V=√nj=l∑Vj2o再将振型基底剪力Vj分成若干个增量逐步施加到结构上，计算对应于每一振型荷载增量的层位移、层间位移、层间剪力等量，并将各振型所得的值平方和开平方，得到这一步的层位移、层间位移、层间剪力增量值，并加到前一步的结果中；在每步计算结束后比较计算所得的叠加后的层间剪力与相应层间剪力屈服值，若有