基于工程实例的sap2000n与pkpm的pushover分析

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1、第七届全国现代结构工程学术研讨会基于工程实例的SAP2000n与PKPM的Push—over分析张扬1p，刘军进2，牟在根1(1北京科技大学土木工程系，北泉100083：2中国建筑科学研究院结构所．北京10001，)摘要：本文详细介绍了在sAP2I)00n和PKPM进行推覆分析的步骤，并结合一个二层足尺密柱框架体系的试验，分别得出了这两种软件进行推覆分析的结果，并和实际的推覆结果进行了比较，给出了结构的性能曲线。最后，对运两种软件进行推覆分析的结果进行了总结．关键词：静力弹塑性分析(PIIsll—ov盱)，塑性铰，性能

2、曲线一、静力弹塑性分析方法简介静力弹塑性分析方法，是在结构上施加一组静力，包括竖向荷载和水平荷载，考虑构件从开裂到屈服．刚度逐渐改变的弹塑性计算方法。静力弹塑性分析可以得到结构从弹性状态到倒塌的全过程．因此也叫做推覆分析(Push—overAnalysis)。静力弹塑性分析不是新方法，在荷载增量AP作用下结构刚度不变，相当于一次“弹性计算”，因此只需将“弹性汁算”重复计算n次，每一次结构的刚度都不相同．并在每一次结柬之后重新确定构件的当前状态和耐度，重新建立目目度矩阵。通过该方法我们可以得郅结椅的。能力和性能”数据，符

3、合现在正在研究发展的“基于性能设计”需要，近年来静力弹塑性分析方法得到普遍重视和广泛研究，在美国的抗震规范ATc—40和FEMA一274中都极力推荐这种方法，而且在我国新出炉的抗震规范中也明确提出了需要聚用该方法进行抗震验算。根据文献[5】可知静力弹塑性分析主要是建立在咀下四条基本假设的基础上：(1)结构响应与一单自由度体系(sDoF体系)相关，对于多自由度体系(MDOF体系)可以通过等效的方法将其等效为sDOF体系，等效的方法并不唯一。一般的方法是将MDOF体系下在地震作用下的动力微分方程，通过对坐标的变换，将其等效

4、为sDoF体系在地震作用下的等效微分方程，从而得到等效质量。具体的过程详见文献【3】。(2)结构沿高度的变形由位移形状向量{中}表示．即在整个地震反应过程中．位移形状向量保持不变(固定荷载分布方式保持不变)。(3)弹塑性反应谱可以由弹性反应谱得到。(4)表征结构自身性能的能力谱与代表抗震需求的需求谱具有可比性。目前，能够进行PIlsh—over分析的软件很多，国外的如sAP2000n、ETABs、DRAⅢ-xD系列等．在国内有cANNY、PKPM均可以进行静力推覆的分析。而这其中sAP2000n和国内的PKPM软件，又

5、是众多设计院经常用到的结构设计与分析软件。二、-侧向荷载的加载方式在对结构进行侧向加载前，应先将竖向荷载施加到结构上，此时结构主要构件，如框架梁、柱和剪力墙不应进入塑性。逐级施加的水平侧向力沿高度的分布筷式称为水平加载模式，地震过程中，结构层惯性力的分布随地震动强度的不同以及结构进入非线性程度的不同而改变。显然合理的水平加载模式应与结构在地震作用下的层惯性力的分布一致。Push—ovef分析侧向加载的方式有多种，主要分为两大类：一类是固定模式，另一类是自适应模式。所谓固定模式是指在整个加载过程中·侧向力分布保持不变，不

6、考虑地震过程中层惯性力的改变。自适应模式是指在整个加载过程中，随结构动力特性的改变而不断调整侧向力分布。具体介绍如下：．(1)均布加载模式水平侧向力沿结构高度分布与楼层质量成正比的加载方式成为均布加载模式。均布加载模式(如图1中a)不考虑地震过程中层惯性力的重分布，属固定模式。此模式适宜于刚度与质量沿高度分布均匀、薄弱层为底层的结构。其数学表达式为：工业建筑2007增刊第七届全国现代结构工程学术研讨会+，弓=鲁一式中，只为第J层水平荷载；K为结构底部剪力：n为结构总层数。飘垦飘I＼

7、{＼a)均布加载b)倒三角形加茕c)

8、抛物线形加载d)变振型加载图l侧向荷载的加载方式图‘(2)倒三角形加载高度不超过40m，以剪切变形为主，质量和剐度沿高度分布比较均匀的结构。倒三角分布水平加载模式不考虑地震过程中惯性力的重分布，也属固定模式。按倒三角形加载(如图l中b)加载计算公式如式(2)f：善堡_k。(2)∑G．日：，2I。式中，●0为基底总剪力；E为f层计算高度：Gl为f层重力荷载代表值。(3)抛物线型分布水平加载模式水平侧向力沿结构高度呈抛物线分布的加载方式称为抛物线分布水平加载模式。抛物线分布水平加载模式可较好的反映结构在地震作用下的高振型影

9、响。它属固定模式，也不考虑地震过程中层惯性力的充分布．其加载计算公式为：PJ：掣K(3)∑G掰．_l‘‘其中，11．O丁S0．5t：J1．o+2堕o

10、5(丁<2．52．0(4)2．Or≥2．5，式中．丁为结构的自振周期。由(3)，(4)两式可知，若r≤O．5s，则抛物线分布转化为倒三角分布。(4)随振型而变的水平加载模式基于结构瞬