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1、20卷1期世 界 地 震 工 程Vol.20,No.12004年3月WORLDEARTHQUAKEENGINEERINGMar.,2004文章编号:100726069(2004)0120045209静力弹塑性分析(PushoverAnalysis)的基本原理和计算实例汪大绥 贺军利 张凤新(华东建筑设计研究院有限公司,上海200002)摘要:阐述了美国两本手册FEMA273/274和ATC-40中关于静力弹塑性分析的基本原理和方法,给出了利用ETABS程序进行适合我国地震烈度分析的计算步骤,并用一框剪结构示例予以说明,
2、表明Pushover方法是目前对结构进行在罕遇地震作用下弹塑性分析的有效方法。关键词:静力弹塑性;能力谱;需求谱;性能点中图分类号:P315.6文献标识码:AThebasicprincipleandacasestudyofthestaticelastoplasticanalysis(pushoveranalysis)WANGDa2suiHEJun2liZHANGFeng2xin(EastChinaArchitecturalDesign&ResearchInstituteCo.,Ltd,Shanghai200002,Ch
3、ina)Abstract:Thispaperreviewsthebasicprinciplesandmethodsofthestaticelasto2plasticanalysis(pushoveranalysis)inFEMA273/274andinATC240.Itsmaincalculationproceduresaresummarizedandacasestudyispresentedfortheframe2shearwallstructuredesignedaccordingtoChinaCodeforSei
4、smicDesignbymeansofETABS.Ithasbeenprovedthatpushoveranalysisisaeffectivemethodofstructuralelastoplasticanalysisunderthemaximumearthquakeaction.Keywords:staticelastoplastic;capacityspectrum;demandspectrum;performancepoint1前言利用静力弹塑性分析(PushoverAnalysis)进行结构分析的优点在于:
5、既能对结构在多遇地震下的弹性设计进行校核,也能够确定结构在罕遇地震下潜在的破坏机制,找到最先破坏的薄弱环节,从而使设计者仅对局部薄弱环节进行修复和加强,不改变整体结构的性能,就能使整体结构达到预定的使用功能;而利用传统的弹性分析,对不能满足使用要求的结构,可能采取增加新的构件或增大原来构件的截面尺寸的办法,结果是增加了结构刚度,造成了一定程度的浪费,也可能存在新的薄弱环节和隐患。对多遇地震的计算,可以与弹性分析的结果进行验证,看总侧移和层间位移角、各杆件是否满足弹性极限要求,各杆件是否处于弹性状态;对罕遇地震的计算,可
6、以检验总侧移和层间位移角、各个杆件是否超过弹塑性极限状态,是否满足大震不倒的要求。收稿日期:2003-02-16;修订日期:2003-05-12基金项目:华东建筑设计研究院有限公司第2001年度科研项目.作者简介:汪大绥(1941-),男,江西乐平人,教授级高工,主要从事大型复杂结构设计与研究工作.©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.46 世 界 地 震 工 程 20卷2静力弹塑性
7、分析的基本原理SAP2000n和ETABS程序提供的Pushover的分析方法,主要基于两本手册,一本是由美国应用技术委员会编制的《混凝土建筑抗震评估和修复》(ATC-40),另一本是由美国联邦紧急管理厅出版的《房屋抗震加固指南》(FEMA273/274)。混凝土塑性铰本构关系和性能指标来自于ATC-40,钢结构塑性铰本构关系和性能指标来自于(FEMA273/274),而Pushover方法的主干部分,即分析部分采用的是能力谱法,来自于ATC-40。其主要步骤如下:(1)用单调增加水平荷载作用下的静力弹塑性分析,计算结
8、构的基底剪力—顶点位移曲线(图1(a))。(2)建立能力谱曲线对不很高的建筑结构,地震反应以第一振型为主,可用等效单自由度体系代替原结构。因此,可以将—曲线转换为谱加速度—谱位移曲线,即能力谱曲线(图1(b)):图1Pushover曲线和能力谱之间的转换VbunSa=3,Sd=Γφ(1)M11n,13式中Γ1、M1分别为结构第一振
