6 进行动力弹塑性计算时，地面运动加速度时程的选取、预估罕遇地震作用时的峰值加速度取值以及计算结果的选用应符合本规程第4.3.5条的规定；
7 应对计算结果的合理性进行分析和判断。
5.5.2 在预估的罕遇地震作用下，高层建筑结构薄弱层(部位)弹塑性变形计算可采用下列方法：
1 不超过12层且层侧向刚度无突变的框架结构可采用本规程第5.5.3条规定的简化计算法；
2 除第1款以外的建筑结构可采用弹塑性静力或动力分析方法。
5.5.3 结构薄弱层(部位)的弹塑性层间位移的简化计算，宜符合下列规定：
1 结构薄弱层(部位)的位置可按下列情况确定：
1)楼层屈服强度系数沿高度分布均匀的结构，可取底层；
2)楼层屈服强度系数沿高度分布不均匀的结构，可取该系数最小的楼层
(部位)和相对较小的楼层，一般不超过2～3处。
2 弹塑性层间位移可按下列公式计算：
条文说明
5.5 结构弹塑性分析及薄弱层弹塑性变形验算
5.5.1 本条为新增条文。对重要的建筑结构、超高层建筑结构、复杂高层建筑结构进行弹塑性计算分析，可以分析结构的薄弱部位、验证结构的抗震性能，是目前应用越来越多的一种方法。
在进行结构弹塑性计算分析时，应根据工程的重要性、破坏后的危害性及修复的难易程度，设定结构的抗震性能目标，这部分内容可按本规程第3.11节的有关规定执行。
建立结构弹塑性计算模型时，可根据结构构件的性能和分析精度要求，采用恰当的分析模型。如梁、柱、斜撑可采用一维单元；墙、板可采用二维或三维单元。结构的几何尺寸、钢筋、型钢、钢构件等应按实际设计情况采用，不应简单采用弹性计算软件的分析结果。
结构材料(钢筋、型钢、混凝土等)的性能指标(如弹性模量、强度取值等)以及本构关系，与预定的结构或结构构件的抗震性能目标有密切关系，应根据实际情况合理选用。如材料强度可分别取用设计值、标准值、抗
拉极限值或实测值、实测平均值等，与结构抗震性能目标有关。结构材料的本构关系直接影响弹塑性分析结果，选择时应特别注意；钢筋和混凝土的本构关系，在现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的附录中有相应规定，可参考使用。
结构弹塑性变形往往比弹性变形大很多，考虑结构几何非线性进行计算是必要的，结果的可靠性也会因此有所提高。
与弹性静力分析计算相比，结构的弹塑性分析具有更大的不确定性，不仅与上述因素有关，还与分析软件的计算模型以及结构阻尼选取、构件破损程度的衡量、有限元的划分等有关，存在较多的人为因素和经验因素。因此，弹塑性计算分析首先要了解分析软件的适用性，选用适合于所设计工程的软件，然后对计算结果的合理性进行分析判断。工程设计中有时会遇到计算结果出现不合理或怪异现象，需要结构工程师与软件编制人员共同研究解决。
5.5.2 本条规定了进行结构弹塑性分析的具体方法。本次修订取消了02
规程中“7、8、9度抗震设计”的限制条件，因为本条仅规定计算方法，哪些结构需要进行弹塑性计算分析，在本规程第3.7.4、5.1.13条等条有专门规定。
5.5.3 本条罕遇地震作用下结构薄弱层(部位)弹塑性变形验算的简化计算方法，与现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定一致。
80 第40卷 增刊 建 筑 结 构 2010年6月 北京某超高层商住楼动力弹塑性时程分析 徐晓龙，高德志，桂满树，姜毅荣，何四祥，王 侃 （北京迈达斯技术有限公司，北京 100044） [摘要] 基于梁柱塑性铰和剪力墙纤维模型，利用MIDAS Building 软件实现了超高层建筑结构的弹塑性时程分析。结合该结构研究了在大震作用下结构将出现的破坏模式、塑性发展特点等，并与弹性分析进行了对比，说明弹塑性分析更能反映实际情况，能对结构的抗震性能给出较为合理全面的评价，并对工程设计给出指导。 [关键词] 动力弹塑性时程分析；MIDAS Building ；纤维模型 Elastic-plastic time-history analysis on the super-high business-living building in Beijing Xu Xiaolong, Gao Dezhi, Gui Manshu, Jiang Yirong, He Sixiang, Wang Kan （Beijing MIDAS Technology Information Co.,Ltd,. Beijing 100044,China ） Abstract: Based on the theory of plastic hinges （beams and columns ） and fiber model （walls ）, elastic-plastic time-history analysis is performed on the super-high business-living building in Beijing by MIDAS Building software under the scarce earthquake load. Failure Modes and plastic zone development are researched according to the feature of the structure. Through the comparison with the elastic analysis, it is considered that evaluation on the structure can be deduced from the elastic-plastic analysis more reasonably and comprehensively, and there will be better instruction to the projects. Keywords: dynamic elastic-plastic analysis; MIDAS Building; fiber model 1 结构特点 某50层的超高层商住两用建筑，地上50层，结构高度达到236.3m ，采用钢骨混凝土柱框筒结构形式，平面尺寸64.8m ×43.8m （轴线尺寸）。结构已经超过型钢混凝土框架-钢筋混凝土筒体结构8度（0.2g ）抗震设防下的最大适用高度（150m ），该结构为抗震超限结构，故有必要对结构进行动力弹塑性时程分析，以考察其在罕遇地震作用下的响应、薄弱环节、破坏模式等。结构整体模型及首层平面见图1，2。 2 动力弹塑性时程分析 图1 结构模型图 图2 首层平面图 时程分析法[1]被认为是目前结构弹塑性分析的最可靠和最精确的方法，它不仅能对结构进行定性分析，同时又可给出结构在罕遇地震下的量化性能指标，并且得到结构在各个时刻的真实地震反应。弹塑性时程分析方法将结构作为弹塑性振动体系加以分析，直接按照地震波数据输入地面运动，通过逐步积分运算，求得在地面加速度随时间变化期间内，结构的内力和变形随时间变化的全过程，也称为弹塑性直接积分法。 弹塑性动力时程分析有如下优点：1）输入的是罕遇地震波的整个过程，可以真实反映各个时刻地震作用引起的结构响应，包括变形、内力、损伤状态（开裂和破坏）等；2）有些程序通过定义材料的本构关系来考虑结构的弹塑性性能，故可以准确模拟任何结构，计算模型简化较少；3）该方法基于塑性区的概念，对带剪力墙的结构，结果更为准确可靠。 基于MIDAS Building 动力弹塑性分析平台，对北京某超高层商住楼进行了罕遇地震作用下的动力时程分析，研究其各个抗震性能指标以及破坏模式。 2.1 弹塑性动力分析的基本方法 弹塑性动力分析包括以下几个步骤：1）建立结构
隔震结构的基本原理及动力分析 摘要：本文根据现行的《建筑抗震设计规范》，介绍了隔震结构的基本原理、实用范围和设计与分析方法，并通过一隔震结构的设计实例说明隔着结构的优越性。 关键词：基础隔震；地震响应；时程分析法； 引言 目前，我国和世界各国普遍采用的传统抗震方法是将建筑物设计为“延性结构”，通过适当控制调整结构物的自身刚度和强度，使结构构件(如梁、柱、墙、节点等)在强烈地震时进入非弹性状态后具有较大的延性，从而通过塑性变形消耗地震能量，减轻建筑物的地震反应，使整个结构“裂而不倒”，这就是“延性结构体系”[1~3]。它的设防目标是“小震不坏”、“中震可修”、“大震不倒”。实践证明，这种方法对减轻地震灾害起到了积极作用，但是这种传统的结构抗震方法有其明显的不足，随着我国经济的高速发展，对建筑功能要求越来越高，结构的形式越来越多样化、复杂化，很多重要的建筑（电力、通讯中心、核电站、纪念性的建筑、海洋平台等）结构及内部设备的破化将造成巨大的经济损失。对这类建筑的抗震性能提出更高的要求——结构不允许进入塑性工作阶段，因此采用传统抗震方法很难满足此类建筑抗震要求。面对新的社会要求，各国地震工程专家一直寻求新的结构抗震设计途径，以隔震为代表的“结构振动控制技术”便是这种努力的结果[4~6]。 1、隔震结构的基本原理 结构隔震体系是指在建筑物上部结构的底部与基础面之间设置某种隔震装置，使之与固结于地基中的基础地面分离开来的一种结构体系[6]。隔震结构的基本原理可以用图1进一步阐明。图中三条曲线表示不同的阻尼大小，为普通中低层建筑的自振周期，为隔震层建筑的自振周期。 （a）加速度反应谱（b）位移反应谱 图1隔震原理 从图中可以看出，结构自振周期延长，结构的地震加速度反应减小，地震位移反应增大；结构阻尼增大，结构的地震加速度反应和位移反应均减小。隔震系统的水平刚度远远低于上部结构的抗侧刚度，因此，结构的自振周期大大延长，
杨建江等：隔震结构的基本特性和减震机理探讨 櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀 ［2］范立础，卓卫东．桥梁延性抗震设计［M］．北京：人民交通出版社，2001． ［3］范立础，胡世德，叶爱君．大跨度桥梁抗震设计［M］．北京：人民交通出版社，2001． ［4］林新元，王克海．太枣沟大挢地震响应分析［J］．公路交通科技，2004，21（8）：68－70．［5］苗林，陈兴冲，夏修身，王常峰．西小坪预应力连续箱梁桥抗震分析［J］．兰州交通大学学报，2007，26（1）：52－55． ［收稿日期］2012－07－12 ［作者简介］卢明辉（1981－），男，河北唐山人，硕士，助教，从 事桥梁抗震和桥梁施工控制工作。 隔震结构的基本特性和减震机理探讨 杨建江，苏光辉 （天津大学建筑工程学院，天津300072） 【摘要】隔震结构指在建筑物基础与上部结构之间设置隔震层，来增大阻尼、延长结构体系的自振周期、减小向上部结构的地震作用输入，达到预期的防震要求。文中对具体工程进行设计和分析，对隔震技术的基本原理、隔震设计、隔震装置等方面作了较全面的论述，并采用有限元模型进行模态分析和非线性时程分析，较深入地研究了隔震结构的基本特性和减震机理。 【关键词】隔震设计；隔震装置；隔震层；模态分析；非线性时程分析 【中图分类号】TU352.12【文献标识码】B【文章编号】1001－6864（2012）11－0042－03 STUDY OF THE BASIC CHARACTERISTICS AND SHOCK-ABSORBING MECHANISM OF THE SEISMIC ISOLATED STRUCTURE YANG Jian-jiang，SU Guang-hui （Department of Civil Engineering，Tianjin University，Tianjin300072，China） Abstract：Seismic isolated structure is setting the seismic isolation layer between the building super-structure and foundation，in order to extend the entire structural system vibration period，increase the damping，reduce the input of the seismic action of the upper structure，and achieve the desired shock preventing requirements．In this paper，we make specific engineering design and analysis，and make a more comprehensive discussion of the basic principles of seismic isolation technology，seismic isolation designing and seismic isolation device，using the finite element model to make modal analysis and non-linear time history analysis，making a more in-depth study of the basic characteristics and shock-absorb-ing mechanism of the seismic isolated structure． Key words：seismic isolation designing；seismic Isolation device；seismic Isolation layer；modal a-nalysis；nonlinear time history analysis 隔震体系采用“以柔克刚”、“软化”结构隔离地震的新途径，于建筑物上部结构和基础之间设置隔震层，达到结构的防震要求。文中通过对实际工程的隔震设计和分析，对隔震技术的应用和隔震结构的基本特性和减震机理做了较深入的研究和论述。 1工程概况 某3层框架结构，地震基本加速度为0.2g，设防烈度为8度，场地类别为Ⅲ类，抗震设防类别为乙类，采用C30混凝土，层高为3.6m，楼板厚为120mm，梁截面尺寸为300mm?500mm，柱截面尺寸为500mm?500mm。根据工程实际需要，为了减轻上部结构的地震作用，减小地震能量向上部结构的传递，对该工程进行隔震设计，并对基础固定结构和基础隔震结构进行比较分析，研究隔震体系的基本特性和减震机理。 2隔震的基本原理 隔震结构是指在结构物基础与底部间加设一层“隔离层”来控制地面运动向上部结构的传递。它包括隔震装置、上部结构和下部结构三部分见图1。 隔震体系的基本原理是：利用隔震系统使结构自振周期延长，给予适当阻尼大大减弱结构物的加速度，让结构的 34
弹塑性分析方法 静力弹塑性分析（PUSH-OVER ANAL YSIS）方法也称为推覆法，该方法基于美国的FEMA-273抗震评估方法和A TC-40报告，是一种介于弹性分析和动力弹塑性分析之间的方法，其理论核心是“目标位移法”和“承载力谱法”。 1引言 《建筑抗震设计规范》5.5.2条规定，对于特别不规则的结构、板柱－抗震墙、底部框架砖房以及高度不大于150m的高层钢结构、7度三、四类场地和8度乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构宜进行弹塑性变形验算。对于高度大于150m的钢结构、甲类建筑等结构应进行弹塑性变形验算。《高层建筑混凝土结构技术规程》5.1.13条也规定，对于B级高度的高层建筑结构和复杂高层建筑结构，如带转换层、加强层及错层、连体、多塔结构等，宜采用弹塑性静力或动力分析方法验算薄弱层弹塑性变形。 历史上的多次震害也证明了弹塑性分析的必要性：1968年日本的十橳冲地震中不少按等效静力方法进行抗震设防的多层钢筋混凝土结构遭到了严重破坏，1971年美国San Fernando地震、1975年日本大分地震也出现了类似的情况。相反，1957年墨西哥城地震中11～16层的许多建筑物遭到破坏，而首次采用了动力弹塑性分析的一座44层建筑物却安然无恙，1985年该建筑又经历了一次8.1级地震依然完好无损。 可以看出，随着建筑高度迅速增长，复杂程度日益提高，完全采用弹性理论进行结构分析计算和设计已经难以满足需要，弹塑性分析方法也就显得越来越重要。 2.现有弹塑性分析方法综述 2静力弹塑性分析 计算方法 (1) 建立结构的计算模型、构件的物理参数和恢复力模型等； (2) 计算结构在竖向荷载作用下的内力；
弹塑性时程分析方法将结构作为弹塑性振动体系加以分析，直接按照地震波数据输入地面运动，通过积分运算，求得在地面加速度随时间变化期间内，结构的内力和变形随时间变化的全过程，也称为弹塑性直接动力法。 基本原理 多自由度体系在地面运动作用下的振动方程为： 式中、、分别为体系的水平位移、速度、加速度向量；为地面运动水平加速度，、、 分别为体系的刚度矩阵、阻尼矩阵和质量矩阵。将强震记录下来的某水平分量加速度－时间曲线划分为很小的时段，然后依次对各个时段通过振动方程进行直接积分，从而求出体系在各时刻的位移、速度和加速度，进而计算结构的内力。 式中结构整体的刚度矩阵、阻尼矩阵和质量矩阵通过每个构件所赋予的单元和材料类型组装形成。动力弹塑性分析中对于材料需要考虑包括：在往复循环加载下，混凝土及钢材的滞回性能、混凝土从出现开裂直至完全压碎退出工作全过程中的刚度退化、混凝土拉压循环中强度恢复等大量非线性问题。 基本步骤 弹塑性动力分析包括以下几个步骤： (1) 建立结构的几何模型并划分网格； (2) 定义材料的本构关系，通过对各个构件指定相应的单元类型和材料类型确定结构的质量、刚度和阻尼矩阵； (3) 输入适合本场地的地震波并定义模型的边界条件，开始计算； (4) 计算完成后，对结果数据进行处理，对结构整体的可靠度做出评估。 计算模型 在常用的商业有限元软件中，ABAQUS、ADINA、ANSYS、MSC.MARC都内置了混凝土的本构模型，并提供了丰富的单元类型及相应的前后处理功能。在这些程序中一般都有专用的钢筋模型，可以建立组合式或整体式钢筋。 以ABAQUS为例，它提供了混凝土弹塑性断裂和混凝土损伤模型以及钢筋单元。其中弹塑性断裂和损伤的混凝土模型非常适合于钢筋混凝土结构的动力弹塑性分析。它的主要优
静力弹塑性分析方法（pushover法）的确切含义及特点 结构弹塑性分析方法有动力非线性分析（弹塑性时程分析）和静力非线性分析两大类。动力非线性分析能比较准切而完整的得出结构在罕遇地震下的反应全过程，但计算过程中需要反复迭代，数据量大，分析工作繁琐，且计算结果受到所选用地震波及构件恢复力和屈服模型的影响较大，一般只在设计重要结构或高层建筑结构时采用。 静力弹塑性分析方法，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，从本质上说它是一种静力分析方法。具体地说，就是结构计算模型上施加按某种规则分布的水平侧向力，单调加载并逐级加大；一旦构件开裂（或屈服）即修改其刚度（或使其推出工作），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），从而判断是否满足相应的抗震能力要求。 静力弹塑性分析方法（pushover法）分为两个部分，首先建立结构荷载－位移曲线，然后评估结构的抗震能力，基本工作步骤为： 第一步：准备结构数据：包括建立模型、构件的物理参数和恢复力模型等； 第二步：计算结构在竖向荷载作用下的内力。 第三步：在结构每层质心处，沿高度施加按某种规则分布的水平力（如：倒三角、矩形、第一振型或所谓自适应振型分布等），确定其大小的原则是：施加水平力所产生的结构内力与第一步计算的内力叠加后，恰好使一个或一批构件开裂或屈服。在加载中随结构动力特征的改变而不断调整的自适应加载模式是比较合理的，比较简单而且实用的加载模式是结构第一振型。 第四步：对于开裂或屈服的杆件，对其刚度进行修改，同时修改总刚度矩阵后，在增加一级荷载，又使得一个或一批构件开裂或屈服； 不断重复第三、四步，直到结构达到某一目标位移（当多自由度结构体系可以等效为单自由度体系时）或结构发生破坏（采用性能设计方法时，根据结构性能谱与需求谱相交确定结构性能点）。 对于结构振型以第一周期为主、基本周期在2s以内的结构，pushover方法能够很好地估计结构的整体和局部弹塑性变形，同时也能揭示弹性设计中存在的隐患（包括层屈服机制、过大变形以及强度、刚度突变等）。 在实际计算中必须注意一下几个问题： （1）、计算模型必须包括对结构重量、强度、刚度及稳定性有较大影响的所有结构部件。 （2）对结构进行横向力增量加载之前，必须把所有重力荷载（恒载和参加组合的活荷载）施加在相应位置。
1.1.1.双曲面球型减隔震支座简介 双曲面球型减隔震支座是国内厂家在结合我国桥梁建设的实际情况下,通过对技术上非常成熟的球型滑动支座进行改造而研发的，属于摩擦摆式隔震支座。该支座将普通球型滑动支座的平滑动面改为球面，结构上包括一个具有滑动凹球面的上支座板、一个具有双凸球面的中支座板和一个具有转动凹球面的下支座板，滑动球面和转动球面的摩擦副均由不锈钢板和聚四氟乙烯板组成。 双曲面球型减隔震支座有固定、活动（单向和双向）之分。其中固定双曲面球型减隔震支座的构造如图4-51所示。上支座板的顶面与梁体通过螺栓相连，成为一个整体。上支座板下表面与中支座板的滑动球面相切，中支座板下表面与下支座板的转动球面相切，下支座板则与桥墩或盖梁通过螺栓相连，成为一个整体。环形套箍限位环与上支座板通过螺栓相连，包围在下支座板外侧，可以提供正常使用下的水平承载力。在常时荷载作用下，由于限位螺栓的作用，不允许上、下支座板间有相对滑动，相当于固定支座；在地震荷载作用下，一旦水平地震作用大到一定程度，为了防止下部结构发生破坏，连接环形套箍限位环和上支座板的螺栓被剪断，套箍与上支座板分离，上、下支座板水平相对运动的约束被解除，支座从固定支座转变为地震作用下的摩擦摆式隔震支座。其支座板的相对滑动将使桥梁结构的基本周期延长，达到隔震的目的；而在滑动过程中，任何一个水平运动都将使上部结构产生一个向上的位移，从而通过势能做功，达到消耗地震能的目的，且震后在重力作用下支座可自动复位；同时，滑动球面间的摩擦作用又消耗一部分地震能，达到减震的目的。 图4-51 固定双曲面球型减隔震支座构造 将固定双曲面球型减隔震支座的环形套箍限位环去掉后即成为活动双曲面
建筑结构隔震设计分析 发表时间：2019-11-26T15:13:23.447Z 来源：《中国西部科技》2019年第22期作者：李功振 [导读] 传统的抗震设计，虽然能尽可能的保证"小震不坏，中震可修，大震不倒"，但却难以满足越来越严格的抗震要求，该抗震设计主要就是以增强结构自身能力-具有一定的强度、刚度和延性，以满足一定的抗震要求。这种设计，结构处于被动抵御地震的地位，因此是一种消极的抗震设计，在中震、大震作用下，结构不可避免的发生较大变形，建筑内部的设备和装饰发生损坏，使人们的财产遭到损失。而建筑通过隔震设计则可以极大的减小结构在地震作 李功振 广东博意建筑设计院有限公司 摘要：传统的抗震设计，虽然能尽可能的保证"小震不坏，中震可修，大震不倒"，但却难以满足越来越严格的抗震要求，该抗震设计主要就是以增强结构自身能力-具有一定的强度、刚度和延性，以满足一定的抗震要求。这种设计，结构处于被动抵御地震的地位，因此是一种消极的抗震设计，在中震、大震作用下，结构不可避免的发生较大变形，建筑内部的设备和装饰发生损坏，使人们的财产遭到损失。而建筑通过隔震设计则可以极大的减小结构在地震作用下的反应，减小振动来保证人类生命、财产的安全。关键词：隔震设计；建筑；结构；抗震 1 隔震结构基本原理 2 试验分析 2.1 试验简介 本试验为1栋三层规则的框架结构，结构示意图如图3，柱截面尺寸皆为400mm×400mm，配有4根直径22的钢筋，梁截面尺寸皆为500mm×300mm，配有4根直径18的钢筋，不考虑土－结共同作用效应，混凝土强度等级为C30，在振动台上进行试验，加载方向为沿B轴线，地震波选用El Centro波（1942，NS分量）地震记录，地震烈度为8度。隔振垫采用铅芯橡胶支座LRB400-80。从固定在框架结构上的加速度传感器，位移传感器和力传感器采集相应的数据。 2.2 结论分析 首先从传感器上采集到的信号分析未加隔振装置的结构的地震反应和隔振体系的地震反应，然后将结构的地震反应进行对比。隔震体系和非隔震体系的地震反应对比如图4 从振动台试验的结论可以看出： （1）传统结构的第一振型周期为0.392s，隔振结构的第一振型周期为2.994s。隔振结构使"刚性"的抗震结构体系变为"柔性"的隔震结构体系。 （2）对比隔振结构第顶层各质点的加速度、位移反应，可以发现：各质点的地震反应基本上同相位、同波形。说明上部结构在地震中是以"整体"平动为主要振动型式。而对比传统结构的地震反应，可以发现：各质点的地震反应从下到上，逐渐变大，说明传统结构在地震中是"晃动放大型"。 （3）隔振结构表现出良好的隔振效果，隔振结构顶层最大加速度反应为-1.928 ，传统结构顶层最大加速度反应为4.269 ，约为传统结构的0.452；同时，隔振结构的底层剪力为11.449KN，传统结构的底层剪力为81.235KN，约为传统结构的。相当于降低地震烈度3度，极大的降低了上部结构的设计要求。 （4）对比隔振结构和传统结构的位移反应，可以发现：隔振结构的位移比传统结构的要大，但没有超过隔振垫的允许水平位移，符合隔振体系的隔振效果分析。但隔震结构的层间位移却比传统结构的小得多。 （5）为了得到较好的隔振效果，必须选用参数合适的隔振垫。 3 结语 在我国地震高发地带，隔震技术在建筑结构中也被广泛应用，隔震结构在地震中的良好表现,使人们对结构隔震技术充满了信心,并为隔震技术提供了强有力的支持,同时也进一步证明了隔震技术的优越性。基础隔震技术应用推广的局限是普通橡胶支座的阻尼不够,所以研发出阻尼更大的支座是很有必要的。可以预见，随着科学技术的越来越成熟，产品的越来越完善，隔振结构体系会更多的运用到建筑结构抗震中，相信以后也会更多的应用到复杂的高层建筑抗震中。 参考文献： [1] 王明洁.隔震橡胶支座的中小型建筑设计--以映秀镇中心卫生院项目为例[J]. 建筑学报. 2010(09) [2] GB50011-2010.建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010. [3] 郭锐,程爱军.浅议建筑结构振动控制[A].建筑科学,2008,27. [4] 张苇. 山西太原某高层建筑隔震设计[J].山西建筑. 2011(04)
塑性力学教案——一维条件弹塑性变形
第一章一维条件下的弹塑性变形 一、教学目标 了解塑性力学中的两个基本实验：单向拉伸实验和静水压力实验； 掌握塑性强化材料和理想弹塑性材料的应力应变曲线异同； 了解刚塑性模型和幂次强化模型； 掌握包氏效益应力-应变变化过程，两种强化模型：随动强化和等向强化模型； 了解塑性变形的细观机理和等效比拟； 明确弹塑性力学与弹性力学解题的差异：应力-应变过程相依关系； 掌握塑性强化和理想弹塑性材料的本构关系：增量本构和全量本构。 二、教学内容 介绍金属的单向拉伸压缩实验和静水压力实验结果——应力-应变曲线，讲解两种不同材料拉伸曲线异同和简化模型，介绍静水压力对变形过程的影响； 介绍应变强化现象，讲解两种强化模型的后继屈服限的异同； 介绍弹塑形变形的细观机理和一维变形行为的等效模型，更直观的说明材料在拉压和加卸载时的变形； 介绍弹性和塑形应力-应变曲线的异同，过程相依的概念； 讲解塑形强化材料和理想弹塑性材料的一维增量本构关系和全量本构关系。 三、重点难点 1)重点： 两种材料模型，及相应的应力-应变简化曲线；两个强化模型；两种细观机理；两种本构关系。 2)难点：
本构关系的推导。
四、 讲课提纲 五、 讲课内容 1一维应力条件下的弹塑性变形 1.1金属材料基本实验 在塑性力学中有两个基本实验：单向拉伸（或压缩）实验；材料在静水压力作用下物体体积变形的实验。这两个实验的结果是建立各种塑性理论的基础，现分别介绍： 1.1.1金属材料受单轴拉伸和压缩 引例： 材料力学中低碳钢试样的拉伸实验。以标准形状（尺寸）的试件在材料试验机上进行，试件在受到拉力F 作用时可以认为其中一段是处于均匀的单向应力状态。 本细观机等效模 弹性 理论公式 增量本构关系 全量本构关系 d d σε 两种增可恢复变形 体积改变 拉压对现金属材两种材静水压体积变化基本是弹性理想弹塑屈服平塑性强屈服后任抵抗变 形 随动强化 （包氏效 应） 两种强化模
建筑结构隔震设计介绍 1主要内容 隔震技术的实践检验 隔震技术原理简介 隔震产品介绍 隔震设计相关规范 隔震设计流程 隔震设计有限元模拟分析 隔震设计规范重点条文解读 隔震构造 隔震施工 2 雅安7.0级地震，国内隔震建筑首次经受强震考验。隔震技术的实践检验 3 隔震结构一层基本完好，药 房正在使用。 隔震技术的实践检验 4
隔震技术的实践检验 5 不隔震住院楼，2004年开 建，五层楼，虽然主体结 构基本完好，但外观破坏 严重。 隔震技术的实践检验 6 主体结构基本完好，内部填充墙、天花板破坏严重。隔震技术的实践检验 7 橡胶隔震支座 隔震设计 抗震设计 连廊 隔震技术的实践检验 8
住院楼内景（抗震结构）：地震时此楼的所有病人撤离，失去应急救助的功能 综合楼内景（隔震结构）：地震当日仍在使用，所有仪器设备完好，为震后救灾发挥巨大作用 隔震技术的实践检验9 传统结构的抗震是以结构构件的损坏实现地震能量的耗散 “抗”隔震技术原理 隔震结构的抗震是通过在建筑物上部结构与基础之间设置隔震层，以延长整个结构的体系的自振周期、增大阻尼、减小输入上部结构的地震作用，达到抗震要求 “隔” 10 隔震层 非隔震建筑 隔震建筑 隔震技术原理11 减小结构地震响应的途径 M 减少地震能量输入 增大结构耗能能力 隔震技术原理 12
M Base Isolation 隔震技术原理 隔震技术基本原理 13 非隔震建筑 隔震建筑 隔震技术是通过隔震消能装置安放在结构的底部和基础（或底部和柱底）之间，将上部结构和基础“隔开”。地震时，地动房不动，隔震装置将地震所产生的能量消弥其中，从而减轻上部房屋的破坏。 抗震结构 vs 隔震结构 隔震技术原理 14 在建筑物与基础之间设置隔震装置，把建筑物与地面隔离，减少地震能量向上传递，减轻地震灾害。 地震源 上部结构地震响应 隔震技术原理 15 隔震产品介绍 橡胶隔震支座 天然橡胶垫（LNR） 铅芯橡胶垫（LRB） 组合隔震垫（CNRB） 高阻尼橡胶垫（HDRB） 特点 竖向刚度、承载力大 水平刚度小，变形能力大 功能 承受结构重力和地震倾覆力 延长结构周期 16
第一章一维条件下的弹塑性变形 一、教学目标 了解塑性力学中的两个基本实验：单向拉伸实验和静水压力实验； 掌握塑性强化材料和理想弹塑性材料的应力应变曲线异同； 了解刚塑性模型和幂次强化模型； 掌握包氏效益应力-应变变化过程，两种强化模型：随动强化和等向强化模型； 了解塑性变形的细观机理和等效比拟； 明确弹塑性力学与弹性力学解题的差异：应力-应变过程相依关系； 掌握塑性强化和理想弹塑性材料的本构关系：增量本构和全量本构。 二、教学内容 介绍金属的单向拉伸压缩实验和静水压力实验结果——应力-应变曲线，讲解两种不同材料拉伸曲线异同和简化模型，介绍静水压力对变形过程的影响； 介绍应变强化现象，讲解两种强化模型的后继屈服限的异同； 介绍弹塑形变形的细观机理和一维变形行为的等效模型，更直观的说明材料在拉压和加卸载时的变形； 介绍弹性和塑形应力-应变曲线的异同，过程相依的概念； 讲解塑形强化材料和理想弹塑性材料的一维增量本构关系和全量本构关系。 三、重点难点 1)重点： 两种材料模型，及相应的应力-应变简化曲线；两个强化模型；两种细观机理；两种本构关系。 2)难点： 本构关系的推导。
五、讲课内容 1一维应力条件下的弹塑性变形 1.1金属材料基本实验 在塑性力学中有两个基本实验：单向拉伸（或压缩）实验；材料在静水压力作用下物体体积变形的实验。这两个实验的结果是建立各种塑性理论的基础，现分别介绍： 1.1.1金属材料受单轴拉伸和压缩 引例： 材料力学中低碳钢试样的拉伸实验。以标准形状（尺寸）的试件在材料试验机上进行，试件在受到拉力F 作用时可以认为其中一段是处于均匀的单向应力状态。 增量本构关系 一维增量本构关系 d d σ ε 强化 强化
隔震结构设计的一些经验总结 摘要：广东宇泰减震科技有限公司办公楼，总高度约为22.2m，采用隔震技术进行设计。重点介绍该结构在分析和设计过程中遇到的问题和处理方法，以及对此类结构在高震区进行隔震设计的特点进行探讨。 关键词：隔震结构普通结构隔震支座 一、工程概况 广东宇泰减震科技有限公司办公楼位于广东省汕头市，总层数为6层（含一层地下室），建筑高度约为22.2m，地下室层高为4.2m，首层层高为4.2m，2～5层层高为3.6m。采用框架结构体系，设计使用年限为50年。 该项目场地土的类型为中硬场地土，场地土类别Ⅱ类，设计地震分组为第三组；基本风压按50年一遇的基本风压采用，取0.8KN/m2。地面粗糙度B类；区域抗震基本烈度8度，设计基本地震加速度0.2g。 二、结构体系布置与构件设计 2.1结构体系选择 该项目的结构平面布置呈长方形，长为18.5m，宽为62.8m，结构平面长宽比为1：3.4。 设计过程中考虑到在地震高烈度区（8度，0.2g），若按传统设计方法，选择框架结构体系，在满足结构整体刚度条件下，各构件的截面尺寸、配筋等相对较大，若按框架剪力墙结构进行设计，则工程造价较高。最终在实现业主及建筑师对建筑功能及平立面要求的同时，兼顾工程经济性与合理性，确定该结构采用框架结构体系，并选择隔震设计，以期在满足结构整体刚度的条件下，取得最好的效果。 2.2隔震结构设计 为了实现建筑布局并确保结构安全，选择了隔震设计，以达到延长整个结构体系的自振周期，减少输入上部结构的水平地震作用。而对隔震层的位置的选择应兼顾隔震设备替换的技术要求，因此设计过程中考虑了2种不同的结构设计布置方案。
砌体材料的应力-应变关系分析 摘要：应力应变关系对于结构分析及设计是至关重要的 ,而且缘于砌体材料力学性质的复杂性 ,找到合理的力学模型描述其宏观行为一直是理论界工程界研究的热点。从建立本构模型的力学模型角度入手,在线弹性、非线弹性和弹塑性几方面简要回顾了国内外学者在这方面所作的工作,以图对其有一个整体印象和把握 ,对今后的工作有所裨益。 关键词：砌体;本构关系;应力应变关系 A Survey on Constitutive Law of Masonry Abstract：As a result of the significance of constitutive law for structural analyses ,design and the compl exity of masonry’s mechanism characteristics ,it has focus many researchers’attention on finding appropri ate mechanical model to describe the materials’macroscopic behaviors. According to the different mechan ical model ,and by means of reviewing the primary worldwide researchers’achievement s including linear elesticity ,non-linear elestici y ,and plasticity ,whole understandings of the field’s research processing wa s achieved ,and then get some good ideas. Key words：masonry ; constitutive formulation ; stress-strain curve 砌体可能是如今建筑业上仍在大量使用的最古老建筑材料,其最重要的特点是美观、隔热、吸音、防火及施工简便快捷。从远古时代起就被广泛地应用;世界文明史上至今令人神往的中国长城、大雁塔、赵洲桥及法国巴黎圣母院等是砌体结构应用典范。随着科技的进步,灌芯墙体、配筋砌块砌体、预应力注芯砌体成为极具竞争力的结构形式。 砌体是由块材及砂浆(或无砂浆)交错排列构成的复合体,缘于其块材的各向异性和尺寸各异,二者材性炯异,灰缝厚度不一,接触面作用机理复杂,加之砌筑方式及质量的影响使得砌体材料性质十分复杂。不仅缺乏对块材、砂浆、接触面各自性能的试验数据而且缺乏作为复合体的砌体性能的数据。在其微观机理、本构模型、本构关系及破坏准则等基础理论方面的研究相对滞后,研究者一直探求能建立描述砌体结构的非线性全过程分析和适于各种受力情况下有限元分析的合理本构模型,从而推动砌体结构的进一步发展。 材料的应力应变关系是材料内部微观机理的宏观行为表现,材料的正应力-正应变、剪应力-剪应变及杆系构件的弯矩-曲率、轴力-轴向伸缩、剪力-剪切角、扭矩-转角等联系力与变形之间关系的物理方程都可视为材料或构件的本构关系。 按砌体材料的应力应变理论基础的不同可将其分为:线弹性、非线弹性、塑性、复合材料及损伤断裂力学模型。 1 典型的应力应变关系
结构动力弹塑性分析方法 1.动力理论 动力理论是直接通过动力方程求解地震反应。由于地震波为复杂的随机振动，对于多自由度体系振动不可能直接得出解析解，只可采用逐步积分法.通过直接动力分析可得到结构响应随时间的变化关系，因而该方法又称为时程分析法。时程分析法能更真实地反映结构地震响应随时间变化的全过程，并可以得到强震下结构的弹塑性变形，因此己成为抗震分析的一种重要方法。 多自由度体系地震反应方程为： [][][][])}({)}({)}({)}({t x M t x K t x C t x M g -=++ (1.1) 在弹塑性反应中刚度矩阵与阻尼矩阵亦随时间变化，因此不可能求出解析解，只能采取数值分析方法求解。把整个地震反应的过程分为短而相等的时间增量缸，并假定在每一个时间区间上体系的各物理参数均为常数，它们均按区间起点的值来确定，这样就可以把非线性体系的分析近似按照一系列连续变化的线性体系来分析。方程(1．2)适用于结构的任何时刻，则对于结构t t ?+时刻的地震反应方程可以表示为： [][][][])}({)}({)}({)}({t t x M t t x K t t x C t t x M g ?+-=?++?++?+ (1.2) 令:)}({)}({}{t x t t x x -?+=? (1.3) )}({)}({}{t x t t x x -?+=? (1.4) )}({)}({}{t x t t x x -?+=? (1.5) )}({)}({}{t x t t x x g g g -?+=? (1.6) 择将式(1.3)与式(1.2)相减得到结构的增量平衡方程： [][][][]}{}{}{}{g x M x K x C x M ?-=?+?+? (1.7) 2.方法介绍 时程分析法的基本过程是将地震波按时段进行数值化后，输入结构 体系的微分方程中，采用逐步积分法对结构进行弹性或弹塑性地震反应分析，得 到结构在整个时域中的振动状态全过程，并描述各个时刻结构构件的内力和变形。 在弹塑性时程分析中，还给出各构件出现塑性铰的先后顺序。因此，时程分析法 能从强度和变形两方面对结构在地震下的反应进行比较全面的描述。通过多年的 发展，时程分析法在结构分析模型，单元计算模型，材料本构关系，阻尼模型及 数值计算方法等方面取得了很大的进展。 3.结构分析模型 3.1层间模型 使用范围：由于该模型假定梁的刚度为无限大，因而用它计算强柱弱梁型的结构过于粗糙，而只能适合强梁弱柱型的有规律的结构。 优点：剪切模型是层间模型中较简单的一种，是将每层各部分的质量集中在一起，假定楼板平面内刚度无限大，从而使结构的自由度数量大为减少，计算时的工作量也较小。应用这种计算模型的关键是弹塑性层间模型的刚度确定。
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。Pushover 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
规范要求弹性时程分析和弹塑性分析的结构 高层混凝土结构技术规程》JGJ3-2002第3.3.4条第3点 7～9度抗震设防的高层建筑，下列情况应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算： 1）甲类高层建筑结构； 2）表3.3.4 所列的乙、丙类高层建筑结构； 3）不满足本规程第4.4.2～4.4.5条规定的高层建筑结构； 4）本规程第10章规定的复杂高层建筑结构； 5）质量沿竖向分布特别不均匀的高层建筑结构。 建筑抗震设计规范》GB50011-2001第5.1.2条第3点 特别不规则的建筑、甲类建筑和表5.1.2-1所列高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算，可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。 采用时程分析法时，应按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于二组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符，其加速度时程的最大值可按表5.1.2-2 采用。弹性时程分析时每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65%，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80%。 《建筑抗震设计规范》 3.4.3条竖向不规则结构应（宜）进行弹塑 性变形分析 3.6.2条弹塑性分析可以根据具体情况采用 弹塑性静力、时程、简化方法 应进行弹塑性变形验算的结构1) 8 度类场地和9 度时高大的单层钢筋混凝土柱厂房的横向排架 2) 7 9 度时楼层屈服强度系数小于0.5 的钢筋混凝土框架结构 3) 高度大于150m 的钢结构 4) 甲类建筑和9 度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构 5) 采用隔震和消能减震设计的结构 宜进行弹塑性变形验算的结构1) 表5.1.21 所列高度范围且属于表3.4.2-2 所列竖向不规则类型的高层建筑结构 2) 7 度类场地和8 度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构 3) 板柱-抗震墙结构和底部框架砖房 4) 高度不大于150m 的高层钢结构 《高层混凝土结构技术规程》4.6.4条 , 4.6.5条 ,5.1.13条， 4.6.4条 有具体规定 基本遵从于《建筑抗震设计规范》
建筑结构隔震技术分析 发表时间：2017-10-11T11:52:45.027Z 来源：《基层建设》2017年第16期作者：成佩玲 [导读] 摘要：本文采用ETABS对非隔震结构和隔震结构在高设防烈度地震作用下进行反应谱分析和时程分析，计算分析了设防地震作用下和罕遇地震作用下结构的地震响应。同时，通过实际工程算例，对所提出的结论进行了验证。 新疆大学建筑设计研究院新疆 830000 摘要：本文采用ETABS对非隔震结构和隔震结构在高设防烈度地震作用下进行反应谱分析和时程分析，计算分析了设防地震作用下和罕遇地震作用下结构的地震响应。同时，通过实际工程算例，对所提出的结论进行了验证。 关键词：隔震设计；时程分析；地震响应 引言 随着隔震技术以及隔震支座生产技术的推广和发展，隔震技术已经被广泛应用于建筑设计当中，使结构满足抗震性能化设计目标，确保结构安全可靠[1]。隔震结构设计一般采用分部设计方法。即将整个隔震结构分为上部结构、隔震层和下部结构及基础，分别进行设计。 1工程算例 1.1 工程概况 本工程主要设计依据：①抗震设防烈度8度，设计基本加速度峰值为0.3g；②设计地震分组第三组，Ⅱ类场地无液化，场地特征周期 0.45s；③基本风压按50年一遇采用，取0.6KN/m2，地面粗糙度类别为B类。 1.2 计算模型的建立 采用ETABS建立计算模型，如图1-1。为验证模型准确性，对比ETABS和YJK非隔震模型的质量、周期、地震层剪力（本地区设防烈度地震）计算结果进行对比，均在5%以内。可验证ETABS模型用于本工程隔震分析是准确的，能较为真实的反应结构基本特性。 2 结构动力分析 2.1 地震波的选取 从地震动三要素（频谱特性、有效峰值和持续时间）出发，根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016年版）第5.1.2条关于时程分析的规定，应按建筑场地类别和设计地震分组选用实际强震记录和人工模拟加速度时程曲线，其中实际强震记录的数量不小于总数的 2/3，多组时程曲线的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符，其加速度时程的最大值按规范表5.1.2-2采用[2]。本工程选取了2条人工模拟加速度时程和5条天然地震记录时程。选用适用于本工程的5组实际强震记录分别简写为 TH3、N175、MA236、IM161和N1816，和2组人工波分别简写为REN1和REN2进行结构地震反应分析。图2-1列举了N1816时程曲线波形图。 图2-1地震动加速度时程 弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于阵型反应谱法计算结果的65%，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80%。经对比，本工程7条地震波的平均反应谱谱与规范的反应谱曲线在统计意义上相符。非隔震与隔震模型实际地震动反应谱和规范反应谱的对比在主要周期点上满足规范要求[2]。 2.2 隔震支座的布置原则 结构隔震体系由上部结构、隔震层和下部结构三部分组成，为达到预期的隔震效果，隔震层必须具备四项基本特征： （1）具备较大的竖向承载力，安全支撑上部结构； （2）具备可变的水平刚度，屈服前的刚度可以满足风荷载和微振动的要求：当中强震发生时，其较小的屈服后刚度使隔震体系变成柔性体系，将地面振动有效的隔离，降低上部结构的地震响应； （3）具备水平弹性恢复力，使隔震体系在地震中具有即时复位功能； （4）具备足够的阻尼，有较大的消能能力。 通过在隔震层合理配置铅芯橡胶支座、天然橡胶支座，可使隔震结构具备以上基本特征，并达到预期的隔震目标和抗震、抗风性能目