框架结构非线性静力弹塑性研究探究

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1、框架结构非线性静力弹塑性研究探究　　摘要：作为抗震性态分析的重要方法之一，Pushover分析巧妙地将非线性静力计算结果-与弹性反应谱紧密结合起来，用相对简单的静力分析方法来预测结构在相应地震作用下的动力反应和抗震性能。本文介绍了pushover分析的原理，步骤，加载形式，以及pushover曲线的建立方法，并通过一十层框架结构的分析，得到了结构的层间位移和承载力均满足规范的要求的结论，为同类实际工程的分析提供了参考。关键词：框架非线性弹塑性地震中图分类号：P315文献标识码：A文章编号：1前言7随着人们对地震动特性和结构动力特性理解不断加深，

2、结构抗震设计理论经历静力理论阶段、反应谱理论阶段、动力理论阶段和目前的基于性态的抗震设计理论。基于性态[1]的抗震设计是工程抗震史上的一个重要里程碑，它的特点是：使工程抗震设计从单一宏观定性目标向具体量化的多重目标过渡，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。有利于针对不同设防烈度、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一次重大变革，是一种发展方向。2Pushover原理静力非线性分析的基础是Pushover分析[2]，这种分析的

3、基本假定是：结构的反应主要受单一振型控制，高阶振型的影响能予以忽略；多个自由度体系的反应可以简化成等价单自由度体系的反应。其中的等价思想如下：在一维地震输入时原多自由度结构体系的动力平衡方程为：（1）式中，为结构体系的质量矩阵，为阻尼矩阵，为刚度矩阵，是地面运动加速度，是结构的相对位移向量。由于，其中是结构的顶点处相对位移。定义为结构的恢复力向量，。上述方程可写成以下形式：（2）定义等效单自由度体系的参考位移为：（3）将式（2）两端同乘以，并由式（3）将用来表示，得到等效单自由度体系的动力方程为：（4）式中，，分别为等效单自由度体系的等效质量，

4、等效阻尼和等效刚度。7Pushover分析主要原理是在结构上施加合理的竖向荷载[3]，保持这个荷载不变，接着再施加某种分布的水平荷载（水平荷载沿结构高度的分布情况应能近似反映地震惯性力沿结构高度的分布），水平荷载逐渐增加，让结构各构件依次屈服，结构某些构件屈服后，整个结构可以等效为一个新的结构体系，反过来调整水平力的特性，依次交替，直到达到我们认为值得研究的极限状态，这样我们就可以把握结构在横向静力作用下的结构特性。3Pushover分析步骤进行Pushover分析的主要步骤如下[4]：（1）建立结构的模型，包括几何尺寸、物理参数以及节点和构件

5、的编号，确定构件的力—变形关系，计算构件的实际承载力。（2）计算结构在竖向荷载作用下的内力，和水平荷载作用下的内力进行组合才更趋合理。（3）选择合理的侧力分布模式，水平荷载施加于各楼层的质心处，水平荷载增量的选择应使结构在该增量作用下结构的内力和前面所有的荷载步的累计内力与竖向荷载作用下的结构内力相叠加以后，刚好有新的构件进入屈服状态为宜。7（4）对于上一步进入屈服的构件，状态发生变化，等效于形成一个“新”的结构，根据其当前状态修改结构的刚度矩阵并求出“新”结构的自振周期，在其上接着增加一定量的水平荷载，又有新的构件恰好进入屈服状态。（5）不断

6、重复第四步，根据计算目标的不同直到结构的顶点位移达到预定的目标位移，或结构倒塌，或是结构变成机构。记录每一步的结构自振周期并累计每一步施加的荷载增量。（6）将计算结果绘成基底剪力-顶点位移曲线，接着把它转换为谱加速度-谱位移关系的能力谱曲线。把标准反应谱转换为谱加速度-谱位移关系的需求谱曲线，根据能力谱对需求谱进行折减。（7）将能力谱和折减的需求谱叠加在同一坐标系中，两曲线的交点就是结构在相应地震作用下的响应峰值，也就是性能点。根据性能点对结构的抗震能力进行评估。4建立Pushover曲线Pushover曲线[5]，即结构的荷载-位移曲线，通常

7、表示为基底剪力与顶点侧向位移的关系。建立Pushover曲线一般有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。7结构模型应该能充分体现结构的三维特征，包括质量分布、刚度、强度以及结构沿各个方向的变形能力。因此，应该把握结构中能影响其质量分布、刚度、强度和变形能力的关键部位或构件，结构模型中应包含这些关键部位或构件并能合理地反映这些对象的力学特性。静力非线性分析结构模型的关键内容是模拟构件的屈服和屈服后行为。构件的屈服和屈服后行为通过塑性铰来模拟

8、。进行Pushover分析时，首先施加重力荷载在结构上，接着是侧向荷载的施加。设计地震作用下结构沿竖向惯性力的分布通过侧向荷载的分布模式反映，侧向荷载