框架结构基于静力弹塑性分析原理的ETABS分析.pdf

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1、主兰望!鑫墨墨燮堕幽墨丛缝垫丝塑堡三Qi盖!：旦框架结构基于静力弹塑性分析原理的ETABS分析陈俊霖，王泽云，张良(西华大学建筑与土木工程学院，四川成都610039)摘要：静力弹塑性分析方法作为一种较好的结构非线性地震反应分析方法，近年来越来越受到我国设计人员的重视。本文通过此方法用ETABS程序对某6层钢筋混凝土框架结构进行静力弹塑性分析，并根据所得的分析结果评价其抗震性能。关键词：静力弹塑性分析；ETABS；性能评价；塑形铰中图分类号：TU398+．2文献标识码：B文章编号：1672—4011(2010

2、)01—0093—03O前言结构抗震设计的目的是确保所设计的结构在未来地震中具备预期的功能或性能。我国的《建筑抗震设计规范(2008年版)》(GB50011—2001)采用的是“二阶段三水准的设计方法”，其通俗说法是“小震不坏、中震可修、大震不倒”。第一阶段设计时，按小震作用效应和其他荷载效应的基本组合验算结构构件的承载能力以及在小震作用下验算结构弹性变形。第二阶段设计时，在大震作用下验算结构的弹塑性变形。然而在强震作用下，结构却常常会进入塑性阶段。如何在结构设计规范的基础上进一步确定结构的抗震性能成为关键

3、。因此，静力弹塑性分析法(Push—overMethods)是一种结构弹塑性地震反应的简化计算方法，与以往的静力计算方法的主要区别在于它将反应谱引入了计算过程和对计算结果的工程解释之中，是一种有效分析方法。目前许多结构软件都增加了pushover分析的功能，如SCM一3D、ETABS、EPDA以及IDARC等。在本文中，笔者将使用ETABS程序对某一钢筋混凝土框架结构进行静力弹塑性分析。1静力弹塑性分析静力弹塑性分析方法是近年来在国内外得到广泛应用的一种结构抗震能力评估的新方法，其应用范围主要集中于对现有结

4、构或设计方案进行抗侧力能力计算，从而得到其抗震能力的估计。这种方法从本质上是一种与反应谱相结合的弹塑性分析方法。其最根本的特征是用静力荷载描述地震作用，在地震作用下考虑结构的弹塑性性质。1．1静力弹塑性分析的基本原理静力弹塑性分析没有特别严密的理论基础，它基于以下两个基本假定：①结构的地震反应与该结构的等效单自由度体系相关，即结构的地震反应仅由其第一振型控制；②在整个地震反应过程中，无论侧移有多大，结构侧移的位移形状向量(中)保持不变。这两个假定在理论上是不完全正确的，但已有的研究表明¨J，对于地震反应以第

5、一振型为主的结构，其最大地震反应可以用静力弹塑性分析方法得到合理的估计。1．2静力弹塑性分析方法的步骤ETABS程序提供的pushover分析功能基于美国技术应用委员会的《混凝土建筑抗震评估和修复》(ATC一40)，而静力弹塑性分析的具体方法则采用ATC一40能力谱法，其步骤大致如下∞J。1．2．1pushover曲线的计算在结构上施加静力荷载，进行pushover分析，直至结构倒塌或整体的刚度矩阵lKl<0，可以得到结构的pushover曲线，即基底剪力K一顶点位移M，曲线，如图1所示。1．2．2建立能力

6、谱曲线根据前述假设，可以将原结构等效为一个单自由度体系，并根据下两式可以将pushover曲线转化为谱加速度s。一谱位移Js。(ADRS谱)的关系曲线，即能力谱曲线，如图2所示。．s。=静㈡=鲁。(1)上两式中，肘?为结构第一振型的模态质量，7，为第一振型参与系数。M：=[∑(m；币。)]‘∑(m；咖。。)■—————一；Ym2一(2)∑(m。咖i)∑(m；(b毛)i=Ii=l式中，m。为第i层的质量；咖。为第一振型在第i层的振型值。S图1pushover曲线图2能力谱曲线1．2．3建立需求谱曲线将规范的加

7、速度反应谱转化为需求谱曲线，按下式将标准的加速度反应谱(．s。一r谱)转化为ADRS谱曲线，如图3和图4所示。一sa2杀sn(3)图3标准反应谱图4ADRS谱1．2．4性能点的确定将能力谱曲线和某一水准地震的需求谱画在同一坐标系中，两曲线的交点即为性能点。通过性能点可由式(1)!!；墨!名．堡童堕幽墨：墨差垫丝堂堡量望望盔墨墨得出结构的顶点位移，根据该位移在原结构pushover曲线的位置，即可确定结构在该地震作用下的塑形铰分布，杆端截面的曲率、层间侧移等来综合检验结构的抗震能力。2ETABS中的静力弹塑性

8、分析2．1建立模型在ETABS中建立模型并进行各种荷载工况组合下的内力分析并配筋。建立模型时，梁柱用框架单元模拟，现浇板用壳单元模拟，外墙采用虚墙模拟。2．2塑形铰ETABS中给框架单元提供了弯矩铰(M3)、剪力铰(V2)、轴力铰(P)和压弯铰(PMM)四种塑形铰。假设框架梁塑形铰出现在梁的两端，铰的类型为弯矩铰(M3)。框架柱的塑形铰出现在柱的两端，铰的类型为轴力和弯矩的耦合，即压弯铰(PMM)。塑形铰的本构关