SAP2000之Pushover分析 Pushover分析：基本概念 静力非线性分析方法（Nonlinear Static Procedure），也称Pushover 分析法，是基于性能评估现有结构和设计新结构的一种方法。静力非线性分析是结构分析模型在一个沿结构高度为某种规定分布形式且逐渐增加的侧向力或侧向位移作用下，直至结构模型控制点达到目标位移或结构倾覆为止。控制点一般指建筑物顶层的形心位置；目标位移为建筑物在设计地震力作用下的最大变形。 Pushover方法的早期形式是“能力谱方法”(Capacity Spectrum Method CSM)，基于能量原理的一些研究成果，试图将实际结构的多自由度体系的弹塑性反应用单自由度体系的反应来表达，初衷是建立一种大震下结构抗震性能的快速评估方法。从形式上看，这是一种将静力弹塑性分析与反应谱相结合、进行图解的快捷计算方法，它的结果具有直观、信息丰富的特点。正因为如此，随着90年代以后基于位移的抗震设计(Diaplacement-Based Seismic Design,DBSD)和基于性能(功能)的抗震设计(Performance-Based Seismic Design. PBSD)等概念的提出和广为接受，使这种方法作为实现DBSD和PBSD的重要工具，得到了重视和发展。这种方法本身主要包含两方面的内容：计算结构的能力曲线(静力弹塑性分析)、计算结构的目标位移及结果的评价。第一方面内容的中心问题是静力弹塑性分析中采用的结构模型和加载方式；第二方面内容的中心问题则是如何确定结构在预定地震水平下的反应，目前可分为以A TC-40为代表的CSM和以FEMA356为代表的NSP （Nonlinear Static Procedure，非线性静力方法)，CSM的表现形式是对弹性反应谱进行修正，而NSP则直接利用各种系数对弹性反应谱的计算位移值进行调整。两者在理论上是一致的。在一些文献中将第一方面的内容称为Pushover，不包括计算目标位移和结果评价的内容。本文中，将两方面的内容统称为“Pushover 分析”。基于结构行为设计使用Pushover分析包括形成结构近似需求和能力曲线并确定曲线交点。需求曲线基于反应谱曲线，能力谱基于Pushover分析。在Pushover分析中，结构在逐渐增加的荷载作用下，其抗侧能力不断变化（通常用底部剪力-顶部位移曲线来表征结构刚度与延性的变化，这条曲线我们可以看成为表征结构抗侧能力的曲线）。将需求曲线与抗侧能力曲线绘制在一张图表中，如果近似需求曲线与能力曲线的有交点，则称此交点为性能点。利用性能点能够得到结构在用需求曲线表征的地震作用下结构底部剪力和位移。通过比较结构在性能点的行为与预先定义的容许准则，判断设计目标是否满足。在结构产生侧向位移的过程中，结构构件的内力和变形可以计算出来，观察其全过程的变化，判别结构和构件的破坏状态，Pushover分析比一般线性抗震分析提供更为有用的设计信息。在大震作用下，结构处于弹塑性工作状态，目前的承载力设计方法，不能有效估计结构在大震作用下的工作性能。Pushover分析可以估计结构和构件的非线性变形，结果比承载力设计更接近实际。Pushover分析相对于非线性时程分析，可以获得较为稳定的分析结果，减少分析结果的偶然性，同时可以大大节省分析时间和工作量。
cm cg c c d p h B B Q Q A h 66 .090 .02)1(04.1? ??? ? ?-? ??? ??=μλ 12t c c Q Q Q Q += 15 .0???? ??=z z d H B A 式中： h p ——桥下一般冲刷后的最大水深(m)； Q p ——频率为P ％的设计流量(m 3/s)； Q 2——桥下河槽部分通过的设计流量(m 3/s)，当河槽能扩宽至全桥时取用Q p ； Q c ——天然状态下河槽部分设计流量(m 3/s)； Q t1——天然状态下桥下河滩部分设计流量(m 3/s)； B cg ——桥长范围内的河槽宽度(m)，当河槽能扩宽至全桥时取用桥孔总长度； B z ——造床流量下的河槽宽度(m)，对复式河床可取平滩水位时河槽宽度； λ——设计水位下，在B cg 宽度范围内，桥墩阻水总面积与过水面积的比值； μ——桥墩水流侧向压缩系数； h cm ——河槽最大水深(m)； A d ——单宽流量集中系数，山前变迁、游荡、宽滩河段当A d >时，A d 值可采用1. 8； H z ——造床流量下的河槽平均水深(m)，对复式河床可取平滩水位时河槽平均水深。 ②非粘性土河床桥墩局部冲刷计算 桥渡冲刷的产生是由于桥墩阻碍了水流，使水流形态发生变化，一般在墩前两侧发生集中现象，引起动能增加；另一方面水流受阻后部分动能转化为位能，由于水流形态变化，桥墩附近水流冲刷能力加大，在桥墩处产生冲刷坑。 局部冲刷计算公式 当V ≤V 0时，???? ??-=0015.06.012'V V V h B K K h p b ηε 当V ＞V 0时，2 0015.06.012'n p b V V V h B K K h ??? ? ??-=ηε 24.02 .22375.00023 .0d d K +=η 5.00)7.0(28.0+=d V
4.2.1洛河冲刷分析计算 a.冲刷计算 冲刷深度参照《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）（以下简称《规范2013》）附录D.2计算。 其冲刷深度按下列公式计算： s 01n cp c U h h U ?? ????=- ??????? （D.2.2-1） 21cp U U η η =+ （D.2.2-2） 公式中： h s ——局部冲刷深度（m ）； h 0——冲刷处的水深（m ）,取3.85m; U cp ——近岸垂线平均流速,取4.42m/s ； n ——与防护岸坡在平面上的形状有关，取n=1/5； η——水流流速不均匀系数，根据水流流向与岸坡交角α查《规范2013》附录D2表D.2.2,取1.00； U ——行近流速（m/s ），取4.42m/s ； U c ——泥沙起动流速（m/s ），对于卵石的起动流速，可采用长江科学院的起动公式（D.2.1-6）计算； 1 7 050 501.08s c H U gd d γγ γ ??-= ??? （D.2.1-6） g ——重力加速度（m/s 2）,9.8m/s 2； d 50——床沙的中值粒径，0.0215m ；
H 0——行近流速水深（m ），取4.09m ； γs 、γ——泥沙与水的容重（kN/m 3）,γs 取1.7kN/m 3；γ取1.0kN/m 3。 使用以上公式，经过计算机软件计算，结果列表4.18淄阳河冲刷水深计算成果表。 表4.18 洛河冲刷水深计算成果表 综上所述：该管道穿越河道处冲刷深度为1.5m,根据相关规范要求管道开挖深度应位于河道冲刷深度0.5米以下，即管道开挖深度应大于等于2m 。 河流名称 U （m/s ） η g （m/s 2 ） d 50 （m ） H 0 （m ） r s （kN/m 3 γ （kN/ m 3 h 0 （m ） H s （m ） 洛河 4.42 1.00 9.8 0.0215 4.09 1.7 1.0 3.85 1.50
提要：本文首先介绍采用Midas/Gen进行Pushover分析的主要方法及使用心得，然后结合工程实例进行具体说明，其结果反映出此类结构在大震下表现的一些特点，可供类似设计参考。 关键词：Pushover 剪力墙结构超限高层 Midas/Gen 静力弹塑性分析（Pushover）方法是对结构在罕遇地震作用下进行弹塑性变形分析的一种简化方法，本质上是一种静力分析方法。具体地说，就是在结构计算模型上施加按某种规则分布的水平侧向力，单调加荷载并逐级加大；一旦有构件开裂（或屈服）即修改其刚度（或使其退出工作），进而修改结构总刚度矩阵，进行下一步计算，依次循环直到结构达到预定的状态（成为机构、位移超限或达到目标位移），得到结构能力曲线，并判断是否出现性能点，从而判断是否达到相应的抗震性能目标[1]。 Pushover方法可分为两个部分，第一步建立结构能力谱曲线，第二步评估结构的抗震性能。 对剪力墙结构体系的超限高层而言，选取Pushover计算程序的关键是程序对墙单元的设定。SAP2000、ETABS软件没有提供剪力墙塑性铰，对框-剪结构可将剪力墙人工转换为模拟支撑框架进行分析；对剪力墙结构来说，进行转换不可行。而Midas/Gen程序提供了剪力墙Pushover单元（类似薄壁柱单元，详见用户手册），对剪力墙能够设置轴力－弯矩铰以及剪切铰。下面将详细介绍如何在Midas/Gen中进行Pushover分析的步骤（以Midas/Gen 6.9.1为例）： 一 Pushover分析步骤 1. 结构建模并完成静力分析和构件设计直接在Midas/Gen中建模比较繁琐，可以用接口转换程序从SATWE(或其他程序如SAP2000)中导入。SATWE转换程序由Midas/Gen提供，会根据PKPM的升级而更新。转换仅需要SATWE中的Stru.sat 和Load.sat文件。转换时需要注意的是，用转换程序导入SATWE的模型文件后，形成的是Midas/Gen的Stru.mgt文件，是模型的文本文件形式，需要在Midas/Gen中导入此文件，导入后还应该注意以下几个问题： 1) 风荷载及反应谱荷载没有导进来，需要在Midas/Gen中重新定义； 2) 需要定义自重、质量； 3) 需要定义层信息，以及墙编号； 此外，还应注意比较SATWE的质量与Midas/Gen的质量，并比较两者计算的周期结果实否一致。 2. 输入Pushover分析控制用数据 荷载最大增幅次数用于定义达到设定的目标位移（或荷载）的分步数，一般来说，分步越多，每次的增幅越小，最终得到的能力谱曲线越平滑。但是分步过多带来计算时间上的大大增加，所以取值应该由少至多进行试算，直到取得满意的曲线结果为止。 图１ 10分步，每步最大10次迭代结果
4.4.1自然冲刷 河床演变是一个非常复杂的自然过程，目前尚无可靠的定量分析计算方法，根据《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30—2002）中7.2条的要求，河床的自然冲刷是河床逐年自然下切的深度。经深入调查，桥位处河段整体无明显自然下切现象，由于泥沙淤积，河床会逐年抬高，本次计算不考虑自然冲刷的情况。 4.4.2一般冲刷 大桥建成后，由于受桥墩阻水影响，桥位断面过水断面减小，从而引起断面流速增大，水流挟沙能力也随之增大，会造成桥位断面河床冲刷。 根据地质勘察报告，桥位处河床为砂卵石层，河床泥沙平均粒径为40（mm ）。按《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30—2002）的技术要求， 非粘性土河床的一般冲刷可采用64—2简化公式计算： ()max 66 .029 .02104.1h B B Q Q A h c c p ??????-???? ? ?=μλ 公式中： h p ——桥下河槽一般冲刷后最大水深（m ）； Q 2——桥下河槽部分通过的设计流量（m 3/s ）； Q c ——天然状态下河槽流量（m 3/s ）； A ——单宽流量集中系数 15 .0??? ? ??=H B A ； B C ——计算断面天然河床宽度（m ）； λ——设计水位下，桥墩阻水面积与桥下过水面积比值；
μ——桥台前缘和桥墩两侧的漩涡区宽度与桥孔长度之比； B 2——桥下断面河床宽度（m ）； h max ——桥下河槽最大水深（m ）。 经计算：桥址处各设计频率一般冲刷深度成果见表4.4—1。 表4.4—1 XX 大桥一般冲刷计算成果表 4.4.3局部冲刷 根据XX 大桥桥型布置图，按《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30—2002）的技术要求，局部冲刷计算采用65—1修正式中的公式进行计算： 当V ＞V 0时， 1 0,00, '006.011,b )(K n V V V V v B K h v ? ?????---=ηξ h b —桥墩局部冲刷深度（m ）从一般冲刷后床面算起； K ξ—墩形系数，K ξ=1.05； K η1—河床颗粒影响系数； B 1—桥墩计算宽度； V —一般冲刷后墩前行近流速（m/s ）；
Pushover分析：基本概念静力非线性分析方法（Nonlinear Static Procedure），也称Pushover 分析法，是基于性能评估现有结构和设计新结构的一种方法。静力非线性分析是结构分析模型在一个沿结构高度为某种规定分布形式且逐渐增加的侧向力或侧向位移作用下，直至结构模型控制点达到目标位移或结构倾覆为止。控制点一般指建筑物顶层的形心位置；目标位移为建筑物在设计地震力作用下的最大变形。Pushover方法的早期形式是“能力谱方法”(Capacity Spectrum Method CSM)，基于能量原理的一些研究成果，试图将实际结构的多自由度体系的弹塑性反应用单自由度体系的反应来表达，初衷是建立一种大震下结构抗震性能的快速评估方法。从形式上看，这是一种将静力弹塑性分析与反应谱相结合、进行图解的快捷计算方法，它的结果具有直观、信息丰富的特点。正因为如此，随着90年代以后基于位移的抗震设计(Diaplacement-Based Seismic Design,DBSD)和基于性能(功能)的抗震设计(Performance-Based Seismic Design. PBSD)等概念的提出和广为接受，使这种方法作为实现DBSD和PBSD的重要工具，得到了重视和发展。这种方法本身主要包含两方面的内容：计算结构的能力曲线(静力弹塑性分析)、计算结构的目标位移及结果的评价。第一方面内容的中心问题是静力弹塑性分析中采用的结构模型和加载方式；第二方面内容的中心问题则是如何确定结构在预定地震水平下的反应，目前可分为以ATC-40为代表的CSM和以FEMA356为代表的NSP （Nonlinear Static Procedure，非线性静力方法)，CSM的表现形式是对弹性反应谱进行修正，而NSP则直接利用各种系数对弹性反应谱的计算位移值进行调整。两者在理论上是一致的。在一些文献中将第一方面的内容称为
静力弹塑性分析(Pushover 分析) ■ 简介 Pushover 分析是考虑构件的材料非线性特点，分析构件进入弹塑性状态直至到达极限状态时结构响应的方法。Pushover 分析是最近在地震研究及耐震设计中经常采用的基于性能的耐震设计(Performance-Based Seismic Design, PBSD)方法中最具代表性的分析方法。所谓基于性能的耐震设计就是由用户及设计人员设定结构的目标性能(target performance)，并使结构设计能满足该目标性能的方法。Pus hover 分析前要经过一般设计方法先进行耐震设计使结构满足小震不坏、中震可修的规范要求，然后再通过pushover 分析评价结构在大震作用下是否能满足预先设定的目标性能。 计算等效地震静力荷载一般采用如图2.24所示的方法。该方法是通过反应修正系数(R)将设计荷载降低并使结构能承受该荷载的方法。在这里使用反应修正系数的原因是为了考虑结构进入弹塑性阶段时吸收地震能量的能力，即考虑结构具有的延性使结构超过弹性极限后还可以承受较大的塑性变形，所以设计时的地震作用就可以比对应的弹性结构折减很多，设计将会更经济。目前我国的抗震规范中的反应谱分析方法中的小震影响系数曲线就是反应了这种设计思想。这样的设计方法可以说是基于荷载的设计(force-based design)方法。一般来说结构刚度越大采用的修正系数R 越大，一般在1~10之间。 但是这种基于荷载与抗力的比较进行的设计无法预测结构实际的地震响应，也无法从各构件的抗力推测出整体结构的耐震能力，设计人员在设计完成后对结构的耐震性能的把握也是模糊的。 基于性能的耐震设计中可由开发商或设计人员预先设定目标性能，即在预想的地震作用下事先设定结构的破坏程度或者耗能能力，并使结构设计满足该性能目标。结构的耗能能力与结构的变形能力相关，所以要预测到结构的变形发展情况。所以基于性能的耐震设计经常通过评价结构的变形来实现，所以也可称为基于位移的设计(displacement-based design)。 Capacity (elastic) Displacement V B a s e S h e a r 图 2.24 基于荷载的设计方法中地震作用的计算
pushover分析 2011-07-08 20:03:25| 分类：默认分类|举报|字号订阅 SAP2000高级应用： 1.基本概念 静力非线性分析方法（Nonlinear Static Procedure），也称Pushover 分析法，是基于性能评估现有结构和设计新结构的一种方法。静力非线性分析是结构分析模型在一个沿结构高度为某种规定分布形式且逐渐增加的侧向力或侧向位移作用下，直至结构模型控制点达到目标位移或结构倾覆为止。控制点一般指建筑物顶层的形心位置；目标位移为建筑物在设计地震力作用下的最大变形。 Pushover方法的早期形式是“能力谱方法”(Capacity Spectrum Method CSM)，基于能量原理的一些研究成果，试图将实际结构的多自由度体系的弹塑性反应用单自由度体系的反应来表达，初衷是建立一种大震下结构抗震性能的快速评估方法。从形式上看，这是一种将静力弹塑性分析与反应谱相结合、进行图解的快捷计算方法，它的结果具有直观、信息丰富的特点。正因为如此，随着90年代以后基于位移的抗震设计(Diaplacement-Based Seismic Design,DBSD)和基于性能(功能)的抗震设计(Performance-Based Seismic Design. PBSD)等概念的提出和广为接受，使这种方法作为实现DBSD和PBSD的重要工具， 得到了重视和发展。 这种方法本身主要包含两方面的内容：计算结构的能力曲线(静力弹塑性分析)、计算结构的目标位移及结果的评价。 第一方面内容的中心问题是静力弹塑性分析中采用的结构模型和加载方式； 第二方面内容的中心问题则是如何确定结构在预定地震水平下的反应， 目前可分为以ATC-40为代表的CSM和以FEMA356为代表的NSP （Nonlinear Static Procedure，非线性静力方法)，CSM的表现形式是对弹性反应谱进行修正，而NSP则直接利用各种系数对弹性反应谱的计算位移值进行调整。两者在理 论上是一致的。在一些文献中将第一方面的内容称为Pushover，不包括计算目标位移 和结果评价的内容。本文中，将两方面的内容统称为“Pushover分析”。 基于结构行为设计使用Pushover分析可以得到能力曲线，并确定结构近似需 求谱与能力曲线的交点。其中需求曲线是基于反应谱曲线，能力谱是基于Pushover分析。在Pushover分析中，结构在逐渐增加的荷载作用下，其抗侧能力不断变化（通常用底部剪力-顶部位移曲线来表征结构刚度与延性的变化，这条曲线我们可以看成为表 征结构抗侧能力的曲线）。将需求曲线与抗侧能力曲线绘制在一张图表中，如果近似需
静力非线性（Pushover）分析 静力非线性（包括 pushover）分析是一个强有力的功能，仅提供在ETABS 非线性版本中。除了为基于抗震设计性能执行 Pushover 分析外，此功能还可用于执行常规静力非线性分析和分段式（增加）构造的分析。 执行任何非线性将花费许多时间与耐性。在执行静力非线性分析前，请仔细阅读下列全部信息。要特别注意其中的重要事项。 非线性 静力非线性分析中可以考虑几类非线性特征。 在框架/线单元中不连续的用户定义铰的材料非线性。铰沿着任何框架单元长度指定到任何位置数上（参见线对象的框架非线性铰指定）。非耦合弯矩、扭矩、轴力和剪力铰是有效的。也有根据铰位置上的交互作用轴力和弯矩所屈服的耦合 P-M2-M3 铰。在相同的位置可存在多于一种的铰类型。例如，可以指定一个 M3（弯矩）和一个 V2（剪力）铰到框架单元的相同端部。所提供的默认铰属性是基于 ATC-40 和 FEMA-273 标准的。 在连接单元中材料的非线性。有效非线性特征包括沿任何自由角度的缝隙（仅压力）、hook（仅张力）、单轴塑性，以及两种基本隔震器类型（双轴塑性和双轴磨擦/摆动）（参见线对象的连接属性指定）。连接阻尼属性在静力非线性分析中没有效应。 所有单元中的几何非线性。可以选择仅考虑 P-△ 效应或考虑 P-△ 效应加上大位移（请参见几何非线性效应）。大位移效应考虑变形配置的平衡，并允许用于大平移和旋转。但是，每个单元中的应变被假设保留为小值。 分段（顺序）施工。在每个分析工况中，可按阶段施工顺序添加或删除构件（请参见静力非线性分段施工）。 分析工况 静力非线性分析可由任何数量的工况组成。每个静力非线性工况在结构中可有不同的荷载分布。例如：典型静力非线性分析可由三种工况组成。 第一种为结构应用重力荷载，其次为在结构的高度上应用一个横向荷载分布，第三种将在结构高度上应用另一个横向荷载分布。 静力非线性工况可从零初始状态开始，或从前一工况末的结果开始。 在前一例子中，重力工况将从零初始状态开始，两个横向工况可从重力工况末开始。 每个分析工况可由多个施工阶段组成。例如：这可能在结构逐层施工中被用于重力分析工况。 静力非线性分析工况完全独立于所有 ETABS 中其它的分析类型。尤其是，任何为线性和动态分析执行的初始 P-Δ分析在静力非线性分析工况中没有影响。只有线性模态形状交互作用可在静力非线性工况中用于荷载。 静力非线性分析工况可被用于设计。通常把线性和非线性结果组合起来没有意义，所以可以被用于设计的静力非线性工况应包括所有的荷载、适当的尺度，它们可为设计检查进行组合。 荷载 应用在给定的静力非线性工况结构上的荷载分布，定义为下列的一个或多个项的成比例组合：
S A P2000之P u s h o v e r分析
SAP2000之Pushover分析 Pushover分析：基本概念 静力非线性分析方法（Nonlinear Static Procedure），也称Pushover 分析法，是基于性能评估现有结构和设计新结构的一种方法。静力非线性分析是结构分析模型在一个沿结构高度为某种规定分布形式且逐渐增加的侧向力或侧向位移作用下，直至结构模型控制点达到目标位移或结构倾覆为止。控制点一般指建筑物顶层的形心位置；目标位移为建筑物在设计地震力作用下的最大变 形。 Pushover方法的早期形式是“能力谱方法” (Capacity Spectrum Method CSM)，基于能量原理的一些研究成果，试图将实际结构的多自由度体系的弹塑性反应用单自由度体系的反应来表达，初衷是建立一种大震下结构抗震性能的快速评估方法。从形式上看，这是一种将静力弹塑性分析与反应谱相结合、进行图解的快捷计算方法，它的结果具有直观、信息丰富的特点。正因为如此，随着90年代以后基于位移的抗震设计(Diaplacement-Based Seismic Design,DBSD)和基于性能(功能)的抗震设计(Performance-Based Seismic Design. PBSD)等概念的提出和广为接受，使这种方法作为实现DBSD和PBSD的重要工具，得到了重视和发展。这种方法本身主要包含两方面的内容：计算结构的能力曲线(静力弹塑性分析)、计算结构的目标位移及结果的评价。第一方面内容的中心问题是静力弹塑性分析中采用的结构模型和加载方式；第二方面内容的中心问题则是如何确定结构在预定地震水平下的反应，目前可分为以ATC-40为代表的CSM和以FEMA356为代表的
一般冲刷计算公式： cm cg c c d p h B B Q Q A h 66 .090 .02)1(04.1??? ? ??-??? ? ??=μλ 1 2t c c Q Q Q Q += 15 .0??? ? ??=z z d H B A 式中： h p ——桥下一般冲刷后的最大水深(m)； Q p ——频率为P ％的设计流量(m 3/s)； Q 2——桥下河槽部分通过的设计流量(m 3/s)，当河槽能扩宽至全桥时取用Q p ； Q c ——天然状态下河槽部分设计流量(m 3/s)； Q t1——天然状态下桥下河滩部分设计流量(m 3/s)； B cg ——桥长范围内的河槽宽度(m)，当河槽能扩宽至全桥时取用桥孔总长度； B z ——造床流量下的河槽宽度(m)，对复式河床可取平滩水位时河槽宽度； λ——设计水位下，在B cg 宽度范围内，桥墩阻水总面积与过水面积的比值； μ——桥墩水流侧向压缩系数； h cm ——河槽最大水深(m)； A d ——单宽流量集中系数，山前变迁、游荡、宽滩河段当A d >1.8时，A d 值可采用1. 8； H z ——造床流量下的河槽平均水深(m)，对复式河床可取平滩水位时河槽平均水深。 ②非粘性土河床桥墩局部冲刷计算 桥渡冲刷的产生是由于桥墩阻碍了水流，使水流形态发生变化，一般在墩前两侧发生集中现象，引起动能增加；另一方面水流受阻后部分动能转化为位能，由于水流形态变化，桥墩附近水流冲刷能力加大，在桥墩处产生冲刷坑。 局部冲刷计算公式 当V ≤V 0时，??? ? ??-=0015.06 .01 2'V V V h B K K h p b ηε 当 V ＞V 0时，2 0015.06.012'n p b V V V h B K K h ??? ? ? ?-=ηε 24 .02 .22375.00023.0d d K += η
1.河床稳定计算及河相分析 1.1.河床稳定计算 河床稳定指标可采用横向稳定指标、纵向稳定指标及综合稳定指标3种形式分析，以确定河道特性。 1.1.1.河道横向稳定分析 河道横向稳定系数按下式计算: 式中： 横向稳定系数； Q造床流量，m3/s； J河床比降； B相当于造床流量的平摊河宽，m。 1.1. 2.河道纵向稳定分析 水流对河床泥沙的拖曳力与床面泥沙抵抗运动的摩阻力之间的相互作用，决定河床的纵向稳定性。根据黄河水利出版社出版《治河及泥沙工程》中河道纵向稳定系数采用爱因斯坦水流强度函数按下式计算： 式中： 纵向稳定系数； D床沙平均粒径，mm； J河床纵比降； H河流平摊水深，m。
1.1.3.综合稳定指标 综合稳定指标是综合考虑河床的纵、横向稳定性。建议采用的公式为 1.2.河床演变分析与河相关系 调查工程区河道历史主流及河道变迁，分析工程区河道形态。共分为蜿蜒型河道、游荡型河道两种形式。 蜿蜒型河段一般凹岸崩退，凸岸淤长，凹岸深槽和过渡段浅滩在年内发生互相交替的冲淤变化。 游荡型河道的河岸及河床抗冲性较差，从长距离来看河道往往呈藕节状，其中窄段水流归顺，有控制河势的作用，宽段则河床宽浅，洲滩密布，汊道交织，水流散乱，主流迁徙不定。河道的平面状态可用“宽、浅、散、乱”四个字概括。 在水流长期作用下形成的河床，其形态有一定的规律，大量资料表明，表征河床形态的水深、河宽、比降等，与来水来沙条件及河床地质条件之间，有一定函数关系，这种关系便称为河相关系。 根据俄罗斯国立水文所提出公式，河道横断面河相关系公式为: 式中: ξ河相相关系数； B造床流量下的水面宽（m）； H造床流量下的平均水深（m）； （蜿蜒型河道ζ约为2~4，较为顺直的过渡性河段约为8~12，游荡型河道ζ约为20~30）2.护岸结构设计 2.1.护岸顶高程确定 根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）（以下简称《堤防规范》）要求，堤顶高程为设计洪水位加超高值确定。堤顶超高按下式计算： 式中： Y堤顶超高(m)；
一般冲刷计算公式： cm cg c c d p h B B Q Q A h 66 .090 .02)1(04.1??? ? ??-???? ??=μλ 1 2t c c Q Q Q Q += 15 .0??? ? ??=z z d H B A 式中： h p ——桥下一般冲刷后的最大水深(m)； Q p ——频率为P ％的设计流量(m 3/s)； Q 2——桥下河槽部分通过的设计流量(m 3/s)，当河槽能扩宽至全桥时取用Q p ； Q c ——天然状态下河槽部分设计流量(m 3/s)； Q t1——天然状态下桥下河滩部分设计流量(m 3/s)； B cg ——桥长范围内的河槽宽度(m)，当河槽能扩宽至全桥时取用桥孔总长度； B z ——造床流量下的河槽宽度(m)，对复式河床可取平滩水位时河槽宽度； λ——设计水位下，在B cg 宽度范围内，桥墩阻水总面积与过水面积的比值； μ——桥墩水流侧向压缩系数； h cm ——河槽最大水深(m)； A d ——单宽流量集中系数，山前变迁、游荡、宽滩河段当A d >1.8时，A d 值可采用1. 8； H z ——造床流量下的河槽平均水深(m)，对复式河床可取平滩水位时河槽平均水深。 ②非粘性土河床桥墩局部冲刷计算 桥渡冲刷的产生是由于桥墩阻碍了水流，使水流形态发生变化，一般在墩前两侧发生集中现象，引起动能增加；另一方面水流受阻后部分动能转化为位能，由于水流形态变化，桥墩附近水流冲刷能力加大，在桥墩处产生冲刷坑。 局部冲刷计算公式 当V ≤V 0时，? ?? ? ??-=0015 .06.012'V V V h B K K h p b ηε 当V ＞V 0时，2 0015.06.012'n p b V V V h B K K h ??? ? ? ?-=ηε 24.02 .22375.00023 .0d d K +=η
说明：本摘抄来自水规总院的孙双元，目的在于将冲刷计算用于水调工程的设计之中。本摘抄共有两部分关于冲刷计算的内容 第一部分 6 ．河道一般冲刷深度分析计算 6 ．1 冲刷深度计算方法 在天然河道上修建建筑物后，由于缩窄了河道宽度，增加了单宽流量和过水断面流速，从而引起的河床冲刷和变形可称为一般冲刷。根据水利部长江水利委员会＜南水北调中线工程渠道倒虹吸土建部分初步设 计大纲》中的要求，一般冲刷按《铁路桥渡勘测设计规范》TBJl7 —86（铁道鄯1987年7月）规定的方法进行计算。经对青沙菏南、北两汊过水断面形态和河床质分析，应按“规范”中规定的非粘性土河床及单—河槽计 非粘性土河床的河槽一般冲刷公式如下： E系数表 6 ．2 交叉断面附近河床质及平均粒径
应用上述公式计算河道一般冲刷时，需分析确定交叉断面河床质的平均粒径。根据我院地勘队提供资料，南沙河与总干渠交叉河段南槽倒虹吸长1200m，有一个地质纵剖面（沿建筑物轴线地质纵剖面和三个地质横剖面），布孔17个，孔深20～62．2m，孔距24～150m。河床岩性为粗、细粒双层结构，分属第二工程地质单元和第三工程地质单元。第二工程地质单元分布亍河床0～18m，其上部为砂卵石含漂石，卵石磨圆度较好，大部分砂较纯净；下部砂卵石、中卵石含量偏低，一般无漂石，砂中含土质较多。经筛分平均粒径d50=52．9mm。 北槽倒虹吸全长800m，共布有19个钻孔，组成建筑物轴线纵剖面和四条横剖面、孔距25～150m，孔深20～40m，自地表至lom深度内属第二工程地质单元，河床质由砂卵石组成，砂卵石中含漂石，卵石含量约60～70％，次磨圆度。经筛分平均粒径d50=84．3mm。 6 ．3 计算成果 根据上述南沙河南、北槽河床质平均粒径等数据和一般冲刷公式，对南北槽不同方案、不同标准洪水进行冲刷分析计算，成果见表6一l
Pushover分析是基于性能设计的有力工具。基于性能的设计可以使工程师更深入的理解和控制不同荷载水平下的结构行为。SAP2000的非线性版本提供了Pushover分析功能。进行Pushover分析的一般过程如下。 下面列出了Pushover分析的一般步骤，注意，其中某些步骤是由SAP2000自动完成的。 1）建立结构和构件的计算模型。 2）定义框架铰属性并指定其给框架/索单元。 3）定义钢或混凝土设计可能需要的任意荷载工况和静力与动力分析工况，特别是使用默认铰时。 4）运行设计需要的分析。 5）若任何混凝土铰属性是基于程序计算的默认值时，必须进行混凝土设计，这样确定配筋。 6）若任何钢铰基于程序对于自动选择框架界面计算的默认值，必须进行钢设计且接受程序选择的截面。 7）定义Pushover分析所需的荷载工况，包括： ν重力荷载和其他可能在施加横向地震荷载前作用在结构的荷载。可能在前面对于设计已经定义了这些荷载工况。ν用来推结构的横向荷载。若准备使用加速度荷载或模态荷载，不需要任何新的荷载工况，虽然模态荷载需要定义一个模态分析工况。
8）定义Pushover分析使用的非线性静力分析工况，包括： ν一系列的一个或多个使用荷载控制的从零开始施加重力和其他固定荷载的工况。这些工况包括阶段施工和几何非线性。ν从此系列开始并施加横向Pushover荷载的一个或多个Pushover工况。这些荷载应使用位移控制。被监测的位移通常位于结构的顶部，将用来绘制Pushover曲线。 9）运行Pushover分析工况。 10）审阅Pushover结果：绘制Pushover曲线、显示铰状态的变形形状、力和弯矩图形，且打印或显示需要的结果。 11）按需要修改模型并重复。 应考虑几种不同的横向Pushover工况来代表可能在动力加载时发生的不同顺序的响应，这是很重要的。特别地，应在X和Y两个方向推结构，且可能在两者间有角度。对于非对称结构，在正和负方向推结构可能产生不同的结果。当在一给定的方向推结构时，可考虑水平荷载在竖向的不同分布，如在此方向的第一和第二模态。 点击定义>分析工况命令，选择分析工况类型为Static、分析类型为非线性。如下图所示。
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目录 荷载组合 (2) 一般设计参数概述 (2) 钢筋混凝土构件设计参数 (4) 钢筋混凝土构件设计 (6) 静力弹塑性（Pushover）分析 (9) Pushover计算书 (15) 1、结构分析计算 (15) 2、计算结果 (17) 3、计算结果的工程判断 (21)
荷载组合 主菜单选择 结果>荷载组合: 一般组合：用于查看内力变形等，一般组合中有包络组合 混凝土设计：用于结构设计部分组合 点击自动生成 设计规范：GB50017-03 图1 荷载组合 一般设计参数 1：主菜单选择 设计>一般设计参数>定义框架： 设计类型 ：三维 图2 定义框架 2：主菜单选择 设计>一般设计参数>指定构件： 自动指定构件自由长度 注： 1. 考虑双向地震勾选双向地震程序会在荷载组合中自动添加。 2.用户亦可自定义所需的荷载用户，先在左侧名称一栏定名称，在右侧选择荷载工况和组合系数。
当梁单元中间被其它节点分割成几部分时，需由程序自动指定构件，定义梁单元在强轴作用平面内的自由长度。 注：当有非直线梁单元时，需在模型中选择此梁单元由手动完成。 3：主菜单选择设计>一般设计参数>反转构件方向： 若有对称单元且对称部分单元编号相同时，选择此项菜单，否则不用选择此项菜单。 4：主菜单选择设计>一般设计参数>自由长度：当由程序自动指定构件后，程序默认自由长度为构件两节点间距离，一般不用选择此项菜单。当有一些特殊构件的自由长度需由设计者指定时，选择此项菜单编辑构件自由长度。 5：主菜单选择设计>一般设计参数>计算长度系数：当由程序自动计算时，一般不用选择此项菜单。当有一些特殊构件的计算长度系数需由设计者指定时，选择此项菜单编辑构件计算长度系数。 6：主菜单选择设计>一般设计参数>极限长细比：一般由程序根据规范内定，不用选择此项菜单。当有一些特殊构件的极限长细比需由设计者指定时，选择此项菜单编辑构件极限长细比。 7：主菜单选择设计>一般设计参数>等效均布荷载系数：此系数为压弯构件在强轴（或弱轴）作用平面内稳定计算时的等效弯矩系数，可选择由程序自动计算。 勾选由程序自动计算 在模型窗口选择竖向压弯构件 当有一些特殊构件的稳定计算需由设计者指定时，在此项菜单内直接输入等效弯矩系数即可。8：主菜单选择设计>一般设计参数>编辑活荷载折减系数： 一般在做基础设计时考虑活荷载折减，其它情况可不考虑。考虑时由设计者直接输入折减系数。 9：主菜单选择设计>一般设计参数>地震作用放大系数： 考虑时由设计者直接输入放大系数。 10：主菜单选择设计>一般设计参数>编辑构件类型： 定义框架梁、框架柱、墙。 选项：添加/替换构件类型：梁梁：框架梁 在模型窗口利用过滤器功能选择框架梁，按即可。 同样方法定义柱和墙构件。
pushover分析的一般步骤： (1)建立结构计算模型，包括质量分布、强度、刚度以及各个方向的变形能力。 (2)根据实际情况将地震荷载作用转化为某侧向水平荷载模式，并将其作用在结构的计算模型上。 (3)应用逐步增量法进行结构的非线性静力分析，直到结构顶点位移达到目标位移值。 (4)在推覆过程中及时找到塑性铰并不断修改总刚矩阵。 (5)达到目标位移时的结构内力和变形可作为结构的变形要求，依次求出构件的变形要求并与容许值比较，从而评估结构的抗震性能。1．能力谱法的基本假定 (1)假定结构的地震响应与结构某一等效单自由度体系相关，也即结构地震响应仅由结构第一振型控制： (2)结构沿高度的变形由形状向量{由)表示，在整个地震反应过程中，不管结构变形大小，形状向量{巾)保持不变。 可以看出，上述两个假定并不是完全正确，但是已有研究表明，这些假定能够很好的预测多自由度体系的地震反应，并且这些地震反应确实是有第一振型控制的。对于层数不太多或者自振周期不太长的结构，能力谱方法不失为一种可行的分析方法。 2．能力谱方法的步骤 (1)建立能力谱曲线 能力谱曲线，是用加速度——位移反应谱(ADRS)表示的能力曲线。
用单调增加的侧向荷载作用于结构，计算得到结构的基底剪力．位移曲线，如图2．1所示。 对于低层建筑结构，地震反应以第一振型为主，可用等效单自由体系代替原结构，因此可将基底剪力．位移曲线采用公式(2．1)转换为ADRS模式. (2)建立需求谱曲线 需求谱曲线分为弹性和弹塑性需求谱曲线。建立弹性需求谱曲线采用规范的加速度反应谱，根据弹性单自由度体系在地震下的运动方程可知，Sa和Sd之间存在下面关系式： ’So=等& (2-3) 从而得到Sa和Sd之问的关系曲线，即AD格式的需求谱。 对于弹塑性阶段需求谱，一般在典型的弹性需求谱基础上，通过考虑等效阻尼比和 延一陀比的折减影响，求得弹塑性需求谱。ATC．40用等效阻尼比如由最大位移反应的一 个周期内的滞回耗能来确定，按下式(2．4)计算：
M i das进行P ushover分析的总结 1.1版 -----完全是个人体会，有所错误在所难免 一．不得不说的基本概念 1．P ushover是什么和前提条件 P ushover也叫推倒分析，是一种静力弹塑性分析方法，或者叫非线性静力分析方法，在特定前提下，可以近似分析结构在地震作用下的性能变化情况。 给桥梁用某种方式，比如墩顶集中力方式，施加单调增加的荷载，相应的荷载位移关系就会呈现明显的非线性特征。这里可以认为IO是处在正常使用状态，LS为承载能力极限状态，CP是完全倒塌破坏。从IO开始结构开始进入弹塑性状态，在LS前结构的损伤尚可修复，且结构整体是安全的，而越过LS 损伤就难以修复了，但是CP前还不至于倒塌。设计中对于不同构件或部位，在特定地震作用下，其性能要求是不一样的。 而特定的前提很明确，就是在整个地震反应时程中，结构反应由单一振型控制，在《公路桥梁抗震细则》（以下简称《细
则》）中，认为常规桥梁中的规则桥梁都满足这一条件（条文说明 6.3.4），因此E1地震可以采用简化反应谱方法，也可用一般的多振型反应谱方法，E2则用Pus hover。 2．P ushover的分析目的 在E2地震作用下，《细则》要求： 可见，对于规则桥梁，只需要检算墩顶位移就可以了。对于单柱墩，容许位移可按7.4.7条推荐的公式进行计算，而双柱墩按7.4.8条要求进行Pus hover分析根据塑性铰的最大容许转角（7.4.3）得到。而无论是7.4.3还是7.4.7都要用到Φy和Φu，对于圆形或者矩形截面可按附录B计算，而特殊的截面，可按7.4.4和7.4.5的要求计算。计算方法可以自己编程实现，也可用现成的软件如R es ponse2000等来作为工具。
某简单框架结构的Pushover分析 ——操作步骤及说明 编者单位：土木与交通学院 学 历：硕士研究生 专 业： 结构工程 研究方向： 框架-填充墙结构的抗震分析 QQ号码：511086646 江苏·南京 2010-11-5
一、计算模型 将要分析的模型如下图所示，柱子的间距X 方向为5m ，Y 方向为4m ，层高为3m 。 梁： ,C30混凝土，四个角点上个配置的HRB335纵筋。 m m 5.02.0×2 500m 柱：,C30混凝土，四个角点上个配置的HRB335纵筋。 m m 4.03.0×2600m 图1结构计算的三维模型和平面模型 二、详细操作步骤 1.建立模型 (1)在SAP2000中选择“新建模型”按钮（ctrl+N ），弹出“新模型”窗口，点击“三维框架”按钮。此时注意将单位修改为“N.mm,C ”(建立模型之前要设置单位，在以后操作中要以该步骤设置的单位为基准)
(2)输入框架的层数、榀数、间距等信息，点击“确定”按钮。 图3输入结构的尺寸等信息 (3)自动生成的框架为铰接，需要修改为刚接。选择所有的支座→指定→节点 →约束，约束所有支座的转动。 图4约束支座的所有位移
(4)定义新材料。定义-材料，在弹出的窗口中，增加C30混凝土和HRB335钢筋。（在定义C30混凝土和HRB335钢筋的材料属性时，可以按照我国规范输入相关参数，比如弹性模量、密度、屈服强度，也可以应用程序默认参数，在以后建立其它材料时在修改参数，该步骤只是为了添加两个材料名称，便于后面建模）此处省略具体操作过程。 图5增加材料定义 (5)在C30混凝土的基础上建立新材料类型C30BEAM。将混凝土的密度改为5000，相当于把楼板的重量折算到梁里面去。最后点击“确定”。
1. 河床稳定计算及河相分析 1.1. 河床稳定计算 河床稳定指标可采用横向稳定指标、纵向稳定指标及综合稳定指标 3 种形式分析，以确定河道特性。 1.1.1. 河道横向稳定分析 河道横向稳定系数按下式计算: 式中： 横向稳定系数； Q 造床流量，m 3/s ； J 河床比降； B 相当于造床流量的平摊河宽，m。 1.1. 2. 河道纵向稳定分析 水流对河床泥沙的拖曳力与床面泥沙抵抗运动的摩阻力之间的相互作用，决定河床的纵向稳定性。根据黄河水利出版社出版《治河及泥沙工程》中河道纵向稳定系数采用爱因斯坦 水流强度函数按下式计算： 式中： 纵向稳定系数；
） 2 D 床沙平均粒径， mm ； J 河床纵比降； H 河流平摊水深， m 。 1.1.3. 综合稳定指标 综合稳定指标是综合考虑河床的纵、横向稳定性。建议采用的公式为 （ b * h 1.2. 河床演变分析与河相关系 调查工程区河道历史主流及河道变迁， 分析工程区河道形态。 共分为蜿蜒型河道、 游荡 型河道两种形式。 蜿蜒型河段一般凹岸崩退， 凸岸淤长， 凹岸深槽和过渡段浅滩在年内发生互相交替的冲 淤变化。 游荡型河道的河岸及河床抗冲性较差， 从长距离来看河道往往呈藕节状， 其中窄段水流 归顺，有控制河势的作用，宽段则河床宽浅，洲滩密布，汊道交织，水流散乱，主流迁徙不 定。河道的平面状态可用“宽、浅、散、乱”四个字概括。 在水流长期作用下形成的河床， 其形态有一定的规律， 大量资料表明， 表征河床形态的 水深、河宽、比降等，与来水来沙条件及河床地质条件之间，有一定函数关系，这种关系便 称为河相关系。 根据俄罗斯国立水文所提出公式，河道横断面河相关系公式为 : B H 式中 :