Pushover分析在建筑工程抗震设计中的应用.doc

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1、Pushover分析在建筑工程抗震设计中的应用TU352.104B66Pushover分析的原理和实现方法1.1概述基于性能的抗震设计师建筑结构抗震设计的一个新的重要发展，它的特点是：使抗震设计从宏观定性的目标想具体量化的多重目标过度，业主（设计者）可选择所需的性能目标；抗震设计中更强调实施性能目标的深入分析和论证。有利于针对不用设防烈度、场地条件及建筑的重要性采用不同的性能目标和抗震措施，有利于建筑结构的创新。基于性能的抗震设计理论是抗震设计理论的又一次重大变革，是一种发展方向。作为抗震性能分析的重要方法之一，Pu

2、shover分析将非线性静力计算结果与弹性反应谱紧密结合起来，用静力分析的方法来预测结构在地震作用下的动力反应和抗震性能，在基于性能的勘正设计中，得到了广泛的研究与应用。1.1.1结构性能的检查方法为了分析建筑结构在给定水准地震作用下的性能，可以采用的分析方法有：静力弹性分析、动力弹性分析、非线性静力弹塑性分析、非线性动力弹塑性分析。前面两类分析方法是目前广泛采用的、简便易于实施的分析方法，比如倭国规范中详细规定的底部剪力法、振型分解反应谱法及弹性时程分析方法。然而，这些常规的分析方法无法反映建筑结构在强震作用下的弹

3、塑性受力性能。于是，非线性弹塑性分析相关理论的研究引起了广大科研工作者的重视。非线性动力弹塑性分析，比如动力弹塑性时程分析，虽然被认为是一种非常可靠的分析方法，但是由于其分析技术复杂、计算工作量大，通常用于理论研究中，在工程界的应用尚不普及。不过，一些优秀的抗震性能评估软件，比如Perform-3D，已实现讲这一复杂分析技术应用于工程实践中。非线性静力弹塑性分析，即Pushover分析，是近年来较为流行的结构抗震性能评估方法，也是本书介绍的重点。Pushover分析的有点在于：既能对结构在多遇地震下的弹性设计进行校核

4、，也能够确定结构在罕遇地震下潜在的破坏机制，找到相应的薄弱环节，从而使设计者可以对局部薄弱环节进行修复和加强，是整体结构达到预定的使用功能。1.1.2Pushover分析的基本思路首先，我们应明确使用Pushover分析的目的是对建筑结构的抗争i下您能警醒检查或评估，目标是预测结构和构建在给定地震作用下的峰值响应。我们可以通过结构的荷载-位移曲线（Pushover曲线）来描述在侧向力作用下，结构变形从弹性到弹塑性发展的不同阶段。荷载-位移曲线上的不同位置代表不同的性能控制点，通过在给定荷载作用下结构的语气性能点坐在的

5、位置，来判断结构的抗震能力食肉达到要求。因而，Pushover分析可以考虑结构在设计地震作用下的非线性行为，明确结构中的薄弱部位，预测构建能力需求，使我们能够更好的理解结构行为，采用更合理的而非保守的抗震性能目标。通过Pushover分析进行结构抗震性能评估的基本思路如下：（1）建立Pushover曲线；（2）选择用于评估的地震水准；（3）选择用于评估的性能水准；（1）为各个性能水准确定容许准则；（2）采用特定的方法进行结构抗震能力评估。主要有ATC40采用的“能力谱法”；FEMA365推荐的“目标位移法”；FEMA

6、400基于更多研究和时间的成果对上述两种方法进行了改进，提出了“等效线性化”和“位移修正”两种方法。CSI系列软件停工了多种选项对应于这些计算方法，用户可根据需要自行选择。目前，在我国“能力谱法”被广泛采用，本章将详细介绍“能力谱法”，同时也会介绍其他几种计算方法。除非特别指明，本章阐述的理论方法均适用于本书涉及的三个程序：SAP2000、ETABS和Perform-3D。1．2建立Pushover曲线Pushover曲线，即结构的荷载-位移曲线，通常表示为侧向总剪力与定点侧向位移的关系。它的确定需要综合结构计算模型

7、；加载模式；构件的实际承载力；构件的弹性、开裂和屈曲后刚度等多种因素。建立Pushover曲线一般需要经历4步：（1）建立结构模型，确定构件的力-变形关系；（2）确定荷载模式，施加重力荷载及侧向荷载；（3）选择控制位移；（4）运行Pushover分析。1.2.1建立结构模型用于Pushover分析的结构模型，应该充分体现结构行为的三维特征，包括质量分布、强度、刚度以及各个方向的变形能力。因此，应该了解结构中影响其质量、强度、刚度和变形能力的关键部位或构件，结构模型中应充分反映这些构件的力学行为，比如那些承受重力荷载及

8、侧向荷载的主要受力构件。而一些对结构性能影响甚微的构件可以不被包括在结构模型中，比如那些在早期阶段就允许破坏的次要构件。但是，有些次要构件或非结构构件的破坏会显著改变结构的刚度和强度，影响结构性能，在建立结构模型时不可被忽视。如何模拟构件的屈服和屈服后行为是建立结构模型的关键内容。对于框架单元，通过塑性铰来模拟。根据杆件的受力特点，一般地，对桁