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混凝土框架结构的静力分析一、简介混凝土框架结构是建筑中常用的一种结构形式，其主要特点是抗震性能好，适用于高层建筑。
在设计混凝土框架结构时，需要进行静力分析，以保证结构的稳定性和安全性。
本文将介绍混凝土框架结构的静力分析方法。
二、结构分析1. 分析模型的建立在进行结构分析之前，需要建立结构的分析模型。
通常采用有限元分析方法，将结构分割成有限个单元，在每个单元上建立节点，建立节点间的连接关系，形成一个有限元模型。
建模时需要注意结构的几何形状、材料性质和荷载等因素。
2. 荷载分析在进行静力分析时，需要确定结构所承受的荷载，包括重力荷载和地震荷载。
重力荷载可以根据建筑物的质量计算得出，地震荷载需要根据当地的地震烈度和建筑物的设防烈度确定。
3. 支撑条件的确定在进行结构分析时，需要确定结构的支撑条件。
通常有三种支撑条件：固定支座、铰支座和滑动支座。
不同的支撑条件会影响结构的受力情况和变形情况，需要根据具体情况来确定。
4. 受力分析在建立好有限元模型并确定荷载和支撑条件后，可以进行结构的静力分析。
受力分析的目标是确定结构各部位的内力和变形情况。
可以采用静力平衡方程、弹性力学原理和位移法等方法进行分析。
5. 结果分析在进行结构分析之后，需要对分析结果进行分析和评价。
需要评估结构的稳定性、安全性和经济性等方面。
如果结构的受力情况不够理想，需要进行优化设计，以提高结构的性能和安全性。
三、结论混凝土框架结构的静力分析是设计建筑物的重要环节之一，需要严谨、全面和科学的分析方法。
通过合理的结构分析，可以保证结构的稳定性和安全性，提高建筑物的抗震性能和使用寿命。
结构静力弹塑性分析方法的研究和改进一、本文概述随着建筑行业的不断发展，对建筑结构的安全性和稳定性的要求也越来越高。
结构静力弹塑性分析方法作为一种重要的结构分析方法，能够更准确地模拟结构在静力作用下的弹塑性行为，因此在工程实践中得到了广泛应用。
然而，现有的结构静力弹塑性分析方法仍存在一些问题和不足，如计算精度不高、计算效率低等，这些问题限制了其在大型复杂结构分析中的应用。
因此，本文旨在深入研究结构静力弹塑性分析方法，探索其改进策略，以提高计算精度和效率，为工程实践提供更为准确和高效的结构分析方法。
本文首先介绍了结构静力弹塑性分析方法的基本原理和计算流程，分析了现有方法的不足和局限性。
在此基础上，本文提出了一种改进的结构静力弹塑性分析方法，通过引入新的算法和优化计算流程，提高了计算精度和效率。
本文还通过实际工程案例的对比分析，验证了改进方法的可行性和有效性。
本文的研究不仅有助于推动结构静力弹塑性分析方法的发展，提高其在工程实践中的应用水平，同时也为相关领域的研究提供了有益的参考和借鉴。
二、结构静力弹塑性分析方法的理论基础结构静力弹塑性分析方法（Pushover Analysis）是一种在结构工程领域广泛应用的非线性静力分析方法，旨在评估结构在地震等极端荷载作用下的性能。
该方法基于结构在地震作用下的弹塑性反应特点，通过模拟结构的静力加载过程，分析结构的弹塑性变形、内力分布和破坏机制，为结构抗震设计和性能评估提供重要依据。
静力弹塑性分析方法的理论基础主要建立在塑性力学、结构力学和地震工程学等多个学科领域。
其中，塑性力学提供了描述材料在弹塑性阶段的应力-应变关系的本构模型，包括理想弹塑性模型、随动硬化模型等多种模型，这些模型能够反映材料在受力过程中的非线性行为和塑性变形累积。
结构力学则为静力弹塑性分析提供了结构整体和局部的力学分析方法，包括静力平衡方程、变形协调条件等，这些方程和条件构成了静力弹塑性分析的数学模型。
混凝土框架结构的静力分析与设计一、概述混凝土框架结构是一种常用的建筑结构形式，该结构形式具有刚性好、承载能力强、耐久性高等优点，广泛应用于高层建筑、工业厂房、体育场馆等领域。
本文旨在对混凝土框架结构进行静力分析与设计，以确保其在使用过程中的安全性和可靠性。
二、结构形式混凝土框架结构通常由柱、梁、板等构件组成，其中柱和梁是主要承重构件，板则用于分配荷载。
在结构设计中，需要根据建筑物的使用要求和荷载情况，确定结构的布局和尺寸，并进行力学计算和结构优化。
三、荷载计算1.自重荷载自重荷载是指结构本身的重量，在荷载计算中必须予以考虑。
混凝土框架结构的自重荷载可以通过结构的体积和材料密度计算得出。
2.活载荷载活载荷载是指建筑物使用过程中产生的荷载，例如人员、家具、设备等。
在荷载计算中，需要根据建筑物的使用要求和设计标准确定活载荷载系数，并根据实际情况计算荷载大小。
3.风荷载风荷载是指建筑物受到风力作用产生的荷载，在荷载计算中必须予以考虑。
风荷载的大小取决于建筑物的高度、形状、风速等因素，可以通过风洞实验或计算方法进行确定。
4.地震荷载地震荷载是指建筑物受到地震作用产生的荷载，在荷载计算中必须予以考虑。
地震荷载的大小取决于建筑物所在地的地震烈度、结构振动特性等因素，可以通过地震波反应谱法进行计算。
四、结构分析1.静力分析静力分析是指在假定结构处于静止状态时，根据受力平衡条件和材料力学原理，对结构的内力、变形和稳定性进行分析。
静力分析通常分为手算法和计算机分析两种方法。
手算法适用于简单的结构形式，计算机分析适用于复杂结构。
2.动力分析动力分析是指在结构受到外部动力荷载作用时，根据结构的振动特性和材料力学原理，对结构的响应进行分析。
动力分析通常分为模态分析和时程分析两种方法。
模态分析适用于结构的振动特性分析，时程分析适用于结构的动态响应分析。
五、结构设计结构设计是指根据荷载计算和结构分析的结果，确定结构的尺寸、材料和施工方法等方面的设计工作。
混凝土结构弹塑性分析混凝土结构的弹塑性分析涉及到力学、材料学等多个学科的知识，并需要运用适当的数学方法和计算技术。
其基本原理是将混凝土结构看作是由许多弹性体和塑性体组成的复合结构，通过对每个组成体的力学行为进行分析，再将其综合，以得出整体结构的变形和破坏情况。
混凝土在受力作用下的变形过程可以分为弹性阶段和塑性阶段。
弹性阶段是指在小应力作用下，混凝土结构能够恢复原来形状的能力，而塑性阶段则是指在大应力作用下，混凝土产生不可逆的形变和破坏。
弹塑性分析主要考虑的是混凝土在塑性阶段的行为。
在弹塑性分析中，需要确定混凝土结构的材料力学性质。
混凝土的应力应变关系可以通过试验得到，一般采用的是应力与应变之间的线性关系，即背景下的弹性性质，以及应变达到一定范围后应力与应变之间的非线性关系，即塑性性质。
根据混凝土的本构模型，可以得出混凝土的应力应变关系方程。
在进行弹塑性分析时，需要对荷载进行合理的简化和近似处理，以求解结构的变形和应力分布。
常用的方法包括有限元法、弹塑性有限元法等。
这些方法可以将结构划分为许多小单元，在每个小单元上进行力学分析，最终得到整个结构的变形和应力分布。
弹塑性分析的目标是得出混凝土结构在荷载作用下的变形和破坏情况，以判断其承载能力和安全性。
通过对结构进行弹塑性分析，可以预测结构的变形和破坏形态，找出结构的薄弱部位，并进行相应的设计和改进。
在实际工程中，弹塑性分析在许多领域都得到了广泛的应用。
例如，在桥梁工程中，可以通过弹塑性分析研究桥梁在荷载作用下的变形情况，以确定桥梁的设计参数，保证其安全可靠；在地下结构工程中，可以通过弹塑性分析研究地下室在地震荷载作用下的变形和破坏情况，以制定相应的防震措施。
总之，混凝土结构的弹塑性分析是一项重要的研究内容，可以帮助工程师更准确地评估混凝土结构的承载能力和安全性。
通过合理选择材料力学性质和采用适当的计算方法，可以对结构的变形和破坏进行预测，并进行相应的设计和改进，以确保结构的安全可靠。
框架结构抗震设计—静力弹塑性分析法发表时间：2016-03-23T10:17:14.637Z 来源：《基层建设》2015年26期供稿作者：田宝银[导读] 西南交通大学希望学院静力弹塑性分析法（Push-Over）是一种基于性能的抗震设计方法，已被越来越多的人认可和使用，本文重新梳理了Push-Over方法的水平加载原理及方法，明确了能力谱和需求谱及性能点三者的关系和意义。
西南交通大学希望学院摘要：静力弹塑性分析法（Push-Over）是一种基于性能的抗震设计方法，已被越来越多的人认可和使用，本文重新梳理了Push-Over方法的水平加载原理及方法，明确了能力谱和需求谱及性能点三者的关系和意义。
利用框架结构的Push-Over曲线，介绍结构的性能点，并对结构的抗震能力进行验证，判断其抗震性能。
关键词：静力弹塑性分析（Push-Over分析）；框架结构；能力谱；需求谱；性能点1引言近年来，地震一次又一次袭击我们的家园近，2008年发生在四川汶川的8.0级大地震，死亡人数69227人，直接经济损失8451亿；2015年发生在尼泊尔的8.1级大地震，死亡人数8219人，直接经济损失348.84亿。
这一组组触目惊心的数据，都无时无刻不在警告我们工程人员，良好的抗震减震设计和优异的施工质量是当前中国乃至全世界都应该做到的，这样可以保证我们的房屋、桥梁及隧道做到大震不倒、中震可修、小震不坏。
如何提高建筑物的抗震能力、是否有更先进的抗震设防理念，是摆在科研工作者面前最急迫也是最艰难的问题。
抗震设计分析大致经历了一下几个阶段，静力理论阶段、反应谱理论阶段、动力理论阶段及基于性能的抗震设计理论阶段。
基于性能的抗震设计理论中最主要的两种设计方法是：一、弹塑性时程分析法；二、静力弹塑性分析理论（Push - Over法）。
静力弹塑性分析理论作为一种简单而有效的抗震设计理论已越来越被广大科研人员和设计人员所接受。
广大科研人员已经将其应用于房屋建筑、桥梁及其他结构的抗震设计中。
例题. 钢筋混凝土框架动力弹塑性分析概要此例题将介绍利用MIDAS/Gen做动力弹塑性分析的整个过程，以及查看分析结果的方法。
此例题的步骤如下:1.简要2.设定操作环境及定义材料和截面3.用建模助手建立模型平面4.生成框架柱5.楼层复制及生成层数据文件6.定义边界条件7.输入楼面荷载8.定义结构类型9.定义质量10.定义配筋11.定义及分配铰特性值12.输入时程分析数据13.运行分析14.查看结果1.简要本例题介绍使用MIDAS/Gen 的动力弹塑性分析功能来进行抗震设计的方法。
例题模型为二层钢筋混凝土框架结构。
(该例题数据仅供参考)基本数据如下：➢轴网尺寸：见平面图➢柱: 300x300➢主梁： 200x300➢混凝土： C30➢层高：一～二层：3.0m➢地震波： El Centro➢分析时间： 12 秒图1 分析模型2.设定操作环境及定义材料和截面在建立模型之前先设定环境及定义材料和截面1.主菜单选择文件>新项目2.主菜单选择文件>保存:输入文件名并保存3.主菜单选择工具>单位体系:长度 m, 力 kN图2 定义单位体系4.主菜单选择模型>材料和截面特性>材料：添加：定义C30混凝土材料号：1 名称：C30 规范：GB(RC)混凝土：C30 材料类型：各向同性5.主菜单选择模型>材料和截面特性>截面：添加：定义梁、柱截面尺寸注：也可以通过程序右下角随时更改单位。
图3 定义材料图4 定义梁、柱截面3.用建模助手建立模型主菜单选择文件>新项目主菜单选择模型>结构建模助手>框架：输入：添加x坐标，距离3，重复2；添加z坐标，距离3，重复2；编辑： Beta角，90度；材料，C30；截面，200x300；生成框架；插入：插入点，0，0，0；Alpha，－90。
图5 建立框架4.建立框架柱生成框架柱的步骤如下：主菜单选择 模型>单元>扩展：扩展类型：节点——线单元 单元类型：梁单元 材料：C30截面：300×300 输入柱子高度：dz=－3 在模型窗口中选择生成柱的节点图6 生成框架柱注：此处柱子高度-3，负号代表沿Z 轴负向。
抗震研究K A N G Z H E N Y A N J I U谢 波,等:混凝土框架教学楼结构二维静力弹塑性分析收稿日期:2008-12-12;修改日期:2009-03-18作者简介:谢 波(1980-),男,安徽肥东人,中美合资安徽华盛国际建筑设计咨询工程有限公司助理工程师.混凝土框架教学楼结构二维静力弹塑性分析谢 波1, 郑 路2(1.中美合资安徽华盛国际建筑设计咨询工程有限公司,安徽合肥 230001;2.天津城建设计院安徽分院,安徽合肥 230088)摘 要:文章以一典型的混凝土框架教学楼结构为例,使用SAP2000软件中塑性铰的概念,对其进行平面静力弹塑性推覆分析,得到二维结构在侧向地震荷载作用下的反应,同时分析了框架结构在竖向荷载作用下产生的P -$效应对整体结构的影响。
通过实例分析,对于平立面规整的教学楼结构,静力弹塑性分析方法可以正确评价结构的侧向抗震能力。
关键词:框架结构;塑性铰;P -$效应;地震荷载;弹塑性分析中图分类号:TU312.1;T U313.3;T U973.31 文献标识码:A 文章编号:1673-5781(2009)03-0379-030 引 言建筑结构在地震荷载作用下的反应非常复杂,同时具有很大的不确定性。
如何快速正确的评价结构在地震作用下的性能,对于结构设计有着重要的指导意义。
文献[1]对普通混凝土结构在地震作用下的性能评估提出了一系列的近似分析方法,其中Push -O -v er 法概念明晰、方法简便,在混凝土结构抗震性能评估方面应用非常广泛。
教学楼结构由于其使用人群的特殊性,其在地震中的反应尤为重要,在结构设计阶段有必要对其抗震性能做出快速准确的分析。
本文以一典型的混凝土框架教学楼结构为例,使用SA P2000软件中的塑性铰概念,进行平面静力弹塑性推覆分析(Push -Over 分析),分析结果可用来正确评估结构在侧向地震荷载作用下的性能,可用作结构抗震设计的重要依据。
1 结构分析模型1.1 工程概况根据文献[2],采用PKPM 软件(2007年8月版)设计了一幢6层教学楼,混凝土框架结构,结构抗震等级为三级,7度设防,地震分组为第一组,设计基本地震加速度0.1g ,场地土类型为中硬场地土。
屋顶恒荷载为5.5kN/m 2,活荷载为2.0kN/m 2;标准层恒荷载为4.0kN/m 2,活荷载为2.0kN/m 2。
梁、柱混凝土强度等级分别为C30和C35,纵筋HRB335,箍筋HPB235。
利用PKPM 计算结果进行截面配筋设计。
教学楼标准层平面结构如图1所示,纵向结构框架具有刚度大和超静定次数多的特点,本文不对其进行抗震性能的分析,同时忽略了因结构不对称所产生的扭转效应。
横向1-3框架具有相似的结构,4-11框架具有相似结构。
在分析过程中,框架2和框架4作为主要分析对象。
结构层高 3.9m ,基础顶面-0.800m,屋顶标高23.400m 。
图1 标准层结构平面图框架2和4的梁柱截面见表1所列,KZ1为框架2的中柱,KZ2为框架4靠近挑廊一侧的柱,KZ3为框架2的边柱和框架4远离挑廊一侧的柱。
柱截面对称配筋,梁截面根据PKPM 计算结果进行配筋,限于篇幅所限,本文未给出梁柱配筋结果。
表1 框架2和4梁柱截面梁截面标准层屋顶框架2AC/DE 300@700300@700CD 300@400300@400框架4DE400@500400@500柱截面-0.800~?0.000?0.000~7.8007.800~23.400KZ1500@700500@700500@600KZ2600@700600@700500@600KZ3500@500500@500500@500抗震研究K A N G Z H E N Y A N J I U谢波,等:混凝土框架教学楼结构二维静力弹塑性分析1.2结构计算模型SAP2000[3]中梁和柱使用框架单元,加载过程中杆件截面的屈服通过塑性铰来考虑。
塑性铰设置与框架梁柱的两端,框架梁使用弯矩铰(M3)模型,框架柱使用压弯铰(P-M3)模型。
因缺少试验数据,假设弯矩铰的弯矩和转角关系为完全弹塑性模型如图2所示,每一梁截面因上、下配筋不一定相同,因此有正弯矩和负弯矩(正弯矩时梁上部截面受压)之分;压弯铰的弯矩和转角关系与弯矩铰计算相似,其弯矩和轴力之间的简化关系如图3所示,轴力以截面受拉为正。
在计算弯矩铰(M3)的极限弯矩时忽略受压钢筋对于截面抗弯能力的贡献;在计算压弯铰(P-M3)的平衡弯矩和平衡轴力(M p、N P)时,假定截面受压混凝土和受拉钢筋同时达到弹性极限并且忽略柱截面中部钢筋的抗弯能力。
在上述截面弯矩和轴力计算过程中,使用的是混凝土和钢筋材料的标准值而不是设计值,原因在于这是混凝土结构的抗震性能评价分析而不是结构抗震设计。
侧向力分布模式对于Push-Over结构分析结果具有重要的影响[4-6],不同的侧向力分布模式可能给出不同的分析结果。
在文献[1]中,对于平立面规则的结构建议采用下列侧向力模式:F x=(w x h x)/E(w i h i)。
其中,F x为每一层的侧向力;w x为每一层的质量;h i为每一层的标高)。
为了比较侧向力分布模式对结构的影响,本文另外给出结构受到均布侧向力分布模式作用的结果。
2结构分析结果如图4所示(其中,加载有模式1为AT C40推荐模式;加载模式2为均布侧向力模式),混凝土框架结构在出现塑性铰之前,处于线弹性阶段,基底剪力和顶点位移保持线性关系,其相对比值即为结构的侧向弹性刚度。
当梁柱结构设计满足/强柱弱梁0要求时,塑性铰最初出现在梁端,结构侧向刚度相应降低,但降低幅度较小;随着侧向荷载的增加,结构在柱端出现塑性铰,侧向刚度急剧降低;进一步增加侧向荷载,结构将在柱端出现更多的塑性铰,最终随着结构整体失稳或者出现薄弱层而失去承载能力。
图4框架2和框架4的Push-Over曲线假定现浇楼层在平面内刚度无限大,三维结构在设计阶段依靠11榀横向框架共同抵抗横向地震荷载,这些横向框架依据相对侧向刚度来分配侧向力。
相对侧向刚度的计算需在相同的侧向加载模式下进行方有意义,框架2在侧向加载模式1和2作用下的弹性刚度分别是10851kN/m和13996kN/m,框架4在侧向加载模式1和2作用下的弹性刚度分别是3016kN/m和3967kN/m,其相对刚度比值在两种加载模式下是3.60和3.53。
虽然框架2和框架4的侧向刚度在不同的加载模式下是不同的,但二者的相对刚度在两种加载模式下是相同的。
平立面规则的框架结构的第一振型是倒三角分布形式,其地震荷载竖向分布与第一振形相似[7]。
虽然结构在加载模式2(均布荷载)作用下有着较大的承载能力,但是加载模式1更为贴合实际的地震荷载。
在普通的教学楼结构弹塑性推覆分析中宜采用文献[1]中推荐的加载模式1。
结构整体的P-$效应对侧向荷载作用下的推覆分析具有重要的影响。
P-$效应可以通过比较竖向荷载产生的弯矩与侧向荷载产生的弯矩来衡量(E P i$i/E F i H i)。
框架2和框架4在两种侧向加载(下转第444页)城建档案C H E N G J I A ND A N G A N张跃明,等:工程总承包项目交工文件的整理理,检查案卷整理是否符合规范;对检查组提出的问题,总包商应及时组织各施工单位进行整改,并经检查组确认后,再对所有交工文件进行最终整理、组卷、编目和装订。
(2)验收移交。
总承包商在中间交接后三个月内,组织整理好案卷,并向业主档案部门移交,移交归档案卷时,同时提交/案卷移交目录0一式两份,经交接双方核对无误后签字确认,作为移交凭证各执一份保存。
7 结束语做好总承包项目交工文件整理工作,必须做到开工前的统一规划、施工中的监督检查和完工后的规范整理,才能保证交工文件的真实性、完整性和系统性,才能保证整理符合标准法规规定,才能满足业主要求,并顺利通过审查验收移交。
1参考文献2[1] GB/T50328-2001,建设工程文件归档整理规范[S].[2] DA/T28-2002,国家重大建设项目文件归档要求与档案整理规范[S].[3] SH 3503-2007,石油化工建设工程项目交工技术文件规定[S].[4] GB 10609-89,技术制图复制图的折叠方法[S].(上接第380页)模式下,E P i $i /E F i H i 比值与侧向荷载的变化趋势如图5所示。
框架2的侧向刚度较大,P -$效应对于弯矩的影响较框架4为小;随着侧向荷载的增加,不断出现的塑性铰使得结构整体刚度下降,P -$效应更为显著(图6)。
当顶点位移为0.6m (2.5%H )时,P -$效应所产生的弯矩约为侧向荷载产生弯矩的20%~30%。
在强震作用下,结构的侧向位移很大,P -$效应对与整体结构的不利作用尤其明显。
可见,在推覆分析中必须考虑结构的整体P -$效应。
3 结束语(1)对于平立面规则的结构,Push -Over 方法使用塑性铰概念可以快速的对结构抗震性能做出正确的近似判断。
(2)侧向力加载模式对于结构的Push -Ov er 分析有着重要影响,对于普通教学楼结构近似的倒三角形分布可以得出较为理想的结果。
(3)P -$效应对于整体结构抵抗侧向荷载的能力有着重要的影响。
P -$效应越大对结构的整体稳定越不利,在强震作用下尤其要考虑结构的P -$效应。
1参考文献2[1] Applied T echnology Coun cil.Seismic evaluation and retrofit ofconcr ete building s,A TC -40[M ].Redw oodcity,CA:S eism ic safety com mission,1996.[2] GB 50011-2001,建筑结构抗震设计规范[S].[3] 姜 锐.SAP2000n 在静力弹塑性分析中的应用[J].郑州大学学报(工学版),2004,25(4):20-23.[4] 熊向阳,戚震华.侧向荷载分布方式对静力弹塑性分析结果的影响[J].建筑科学,2001,17(5):8-13.[5] 缪志伟,马千里,叶列平,等.Pu shover 方法的准确性和适用性研究[J].工程抗震与加固改造,2008,30(1):55-59.[6] 马千里,叶列平,陆新征,等.采用逐步增量弹塑性时程方法对RC 框架结构推覆分析侧力模式的研究[J].建筑结构学报,2008,29(2):132-140.[7] 侯 爽,欧进萍.结构Pushover 分析的侧向力分布及高阶振型影响[J].地震工程与工程振动,2004,24(3):89-97.。
