建筑弹塑性分析问题

• 多自由度体系与单自由度体系之间存在一定的关系，这意味着结构 的反应主要由单一振型控制；
• 结构沿高度的变形形状可由某一形状向量控制，并且在整个结构反
应过程中，该形状向量保持不变。
– 这两个假定都是不严格正确的，但很多学者研究表明：对于反应主要由第一振 型控制的结构，Pushover 分析方法可以准确、简便地评估结构的抗震性能。
① 你知道自己设计的结构到底能抵抗多大的地震吗？ ② 你知道自己设计的结构在大震时什么地方先破坏吗？ ③ 你知道自己设计的结构是先发生剪切破坏还是弯曲破坏 ？
④ 结构屈服后还能抵抗多大的地震力和变形· ？
⑤ 你用实配钢筋验算过“强剪弱弯”、“强柱弱梁”吗？
⑥ 大震下要结构要保持弹性需要多大截面和配筋？
Pushover方法的基本原理

Pushover方法的发展
– 静力弹塑性分析 (Pushover)方法最早是 1975年由 Freeman 等提出的，以 后虽有一定发展，但未引起更多的重视; – 九十年代初美国科学家和工程师提出了基于性态的设计方法，引起了日 本和欧洲同行的极大兴趣，Pushover方法随之重新激发了广大学者和设 计人员的兴趣,纷纷展开各方面的研究。 – 一些国家抗震规范也逐渐接受了这一分析方法并纳入其中，如ATC-40
Pushover方法的基本原理

Pushover方法的基本原理
– 其优点突出体现在：较底部剪力法和振型分解反应谱法，它考虑了结构 的弹塑性特性；较时程分析法，其输入数据简单，工作量较小。 – pushover分析还只是一种近似而且是基于静力荷载进行的，因此它不能
精确的代替动力时程分析方法，它不能检测到结构在强烈地震中可能发
位移时停止荷载递增，最后在合作终止状态对结构进行抗震性能评估（

2.需求谱法
结构抗震性能需求谱是在给定地震作用下， 不同周期结构的承载力和位移响应的需求 值。
先将能力曲线转化为A-D格式，能力谱曲线
将不同的周期结构的加速度响应需求Sa和位
移响应需求Sd也在A-D坐标系下给出，由此得
到的Sa-Sd关系曲线即为需求谱。对于弹性结
构，弹性谱加速度需求Sa可以采用地震弹性
其中 Dntqnt/，n D表n 示t 一个对应原结构
第n阶振型的单自由度体系在地震作用 下u g ( t ) 的位移响应，圆频率和阻尼比分别为 和 n 。
从而可n 求得结构第n阶振型的位移，内力，层
间位移等。
对前N阶振型都采用上述方法求算其最大响应 量，并采用某种方法进行组合（SASS法或 CQC法）—振型分解反应谱法。
Fass
T
ass
fs(D,signD)
aTssm ；对于地震响应由结构振型
向 量量成正控a s 比s制a s的s的荷弹载塑进性行结推构覆，，仍即采：用振型sa向ss mass
得到
Fass
Vb Mass
uroof
,DБайду номын сангаасass
roof ass
u u V
V
b
基底剪力， r o o顶f 点位移。 — r o 的o f 关系曲线称为
b
“结构的能力曲线”。或“推覆曲线”
为便于评价结构抗震性能是否达到要求，还
可以按照单阶振型反应谱法将推覆曲线上
各店的承载力和位移转化为谱加速度与谱 位移的关系曲线，得到结构的能力谱曲线，
即 S a S格d 式能力谱曲线。
Sa
Vb M
,
Sd
uroof
roof

图27 地面加速度
23

例题 动力弹塑性分析

13.运行时程分析
主菜单选择 分析>运行分析
14.时程分析结果
1：主菜单选择 结果>时程分析结果>位移/速度/加速度: 可以查看在地震波作用下，各个时刻各节点的位移情况 荷载工况：SC1 步骤：11.16（可以任选某一时刻） 时间函数：Elcent－h 位移：任选一方向位移 若选择动画，可以以动画形式显示各时刻各节点的位移情况


4：主菜单选择 结果>时程分析结果>非弹性铰状态
时程荷载工况：SC1 步骤：12 （亦可以通过鼠标在地震波图形上点取） 时间函数：Elcent_h 结果类型：铰状态 成分： Ry
图33 非弹性铰状态
图34 非弹性铰图形显示
27Βιβλιοθήκη 注： 滞回模型说明 请参照帮助文 件
图22 定义梁铰特性值
计算卸载刚度的幂 阶，用来调整混凝土 开裂后刚度卸载
18



定义柱铰 名称：colu，屈服强度（面）计算方法：自动计算，材料类型：钢筋混凝土 构件类型：柱，截面名称：2：300×300，特性值：勾选Fx,My，铰数量：5 滞回模型：Clough，特性值：自动计算
图13 分配楼面荷载
6：主菜单选择 结果>荷载组合： 自定义荷载组合“组合”，荷载工况系数：DL(ST)，1.0；LL(ST)，0.5
图14 自定义荷载组合
12



7：主菜单选择 荷载>由荷载组合建立荷载工况:
图15 使用荷载工况建立荷载组合
8：主菜单选择 视图>激活>全部激活 视图>显示: 荷载 查看输入的荷载

高层建筑结构抗震弹塑性分析方法及抗震性能评估的研究一、本文概述本文旨在探讨高层建筑结构在地震作用下的弹塑性分析方法及其抗震性能评估。

地震是自然界中常见的灾害性事件，对人类社会和建筑结构产生深远影响。

高层建筑由于其特殊的结构特点和高度，使其在地震中更容易受到破坏。

因此，研究高层建筑结构的抗震性能，特别是在弹塑性阶段的分析和评估，对于提高建筑结构的抗震能力，减少地震灾害损失具有重要意义。

本文将首先介绍高层建筑结构抗震弹塑性分析的基本理论和方法，包括弹塑性力学基础、结构分析模型、地震动输入等。

在此基础上，探讨高层建筑结构在地震作用下的弹塑性响应特点，包括结构变形、内力分布、能量耗散等。

然后，本文将重点介绍高层建筑结构抗震性能评估的方法和技术，包括静力弹塑性分析、动力弹塑性分析、易损性分析等。

这些方法和技术可以用于评估高层建筑结构在地震中的安全性能和抗震能力。

本文还将对高层建筑结构抗震弹塑性分析方法和抗震性能评估的应用进行案例研究。

通过实际工程案例的分析，探讨不同分析方法和技术在实际工程中的应用效果，为高层建筑结构的抗震设计和评估提供参考和借鉴。

本文将对高层建筑结构抗震弹塑性分析方法和抗震性能评估的未来发展趋势进行展望，提出相关的研究建议和展望。

通过本文的研究，可以为高层建筑结构的抗震设计和评估提供更为科学、合理的方法和技术支持，有助于提高高层建筑结构的抗震能力，减少地震灾害损失。

二、高层建筑结构抗震弹塑性分析方法的研究高层建筑结构的抗震弹塑性分析是评估建筑在地震作用下的响应和性能的重要手段。

随着建筑高度的增加，结构的柔性和非线性特性愈发显著，因此，采用弹塑性分析方法可以更准确地模拟结构在地震中的实际行为。

材料本构关系的研究：高层建筑的抗震性能与其组成材料的力学特性密切相关。

研究材料在循环加载下的应力-应变关系、滞回特性以及损伤演化规律，是弹塑性分析的基础。

通过试验和数值模拟，可以建立更精确的材料本构模型，为结构分析提供数据支持。

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”。

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。

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；(3) 建立侧向荷载作用下的荷载分布形式，将地震力等效为倒三角或与第一振型等效的水平荷载模式。

复杂高层建筑弹塑性动力分析作者：金诺来源：《城市建设理论研究》2013年第31期摘要：我国是一个多地震的国家，强震分布十分广泛。

通过对复杂高层建筑结构弹塑性动力分析方法的介绍，并结合工程实例，说明工程常用软件PKPM、ANSYS对复杂高层建筑进行弹塑性动力分析的可行性和必要性。

关键词：复杂高层建筑； PKPM工程软件；ANSYS工程软件；弹塑性地震反应分析中图分类号：TU97 文献标识码：A随着体型复杂、不规则的高层建筑大量出现，研究复杂体型高层建筑在地震作用下的反应，不仅可以促进结构理论的发展，而且可以丰富建筑创作的领域。

一、复杂高层建筑结构弹塑性动力分析方法（一）、地震时高层建筑结构弹塑性分析结构在强烈地震作用下，结构就会进入弹塑性阶段，结构刚度就会产生变化，塑性内力出现重分布。

对高层建筑结构的弹塑性变形计算和研究，进行结构的弹塑性分析非常有必要。

1、弹塑性结构分析方法分类目前，结构的弹塑性分析主要分为弹塑性静力分析和弹塑性动力分析两大类。

弹塑性动力分析是在计算大震作用下，采用动力时程分析法对结构反应特性进行的弹塑性分析，即作为弹塑性振动系统，将建筑物地面地震加速度记录直接输入，直接积分运动方程，从而获得系统各质点的速度、位移、结构构件地震剪力和加速度的时程变化曲线。

时程分析法考虑了结构的动力特性即加速度有效峰值、动频谱特性和有效持续时间三要素，因而在强烈地震作用下该方法完整地反映出结构反应的全过程状况，有利于快速寻找结构抗震的薄弱环节。

2、弹塑性梁单元建立梁元的局部坐标系如图1所示，假定梁的任一截面在变形后仍然保持为平面，且始终保持与中性轴垂直，所以，位移是y、z的一次函数。

位移沿x轴采用三次Hermit插值。

位移模式的变化主要体现在中轴线的位移，对于一般的杆件，中轴线的位移模式：图1 梁单元坐标系令u，v，w分别表示单元任意一点沿x，y，z轴的位移，则一般杆单元中都忽略了y和z方向的正应力和剪应力，只考虑x方向的正应力，使问题由三维降为一维问题。

论动力弹塑性分析在建筑结构设计中应用的若干问题摘要：近些年来，我国经济得到了较为快速的发展，越来越多的超限高层建筑被应用到人们的生活中。

基于建筑结构设计的“三水准、两阶段”原则，在大震作用下需要对建筑结构的抗震可靠性做出评估。

动力弹塑性分析（时程分析法）能详细记录建筑结构在大震作用下的地震反应，是超限结构抗震分析的重要方法，本文通过对某物业1#楼大震弹塑性受力分析，证实该结构体系可实现大震不倒的总体设防目标；并给出了转换梁受力的薄弱部位及相应的加强措施，供同行参考。

关键词：框支框架；转换层；抗震性能；弹塑性分析；动力响应一、工程概述该工程由是由七栋11层的住宅组合的小区，住宅层高2.9米，建设用地面积为64580.59m2，总建筑面积为152405.28m2。

是典型的下部地铁车辆基地和上部住宅合为一体的综合建筑群。

该工程首层为停车库及设备用房，9米平台为停车库，15米平台为住宅首层，结构15米平台设缝将上部住宅分为多塔或单塔。

二、工程特点及研究内容本工程主要特点：1．竖向体型收进地铁上盖通过结构分缝划分了多个结构单位，导致一部分地铁上盖结构单元上放置了一个住宅结构单元，另一部分放置了2个住宅结构单元；由于地铁上盖结构单元的平面尺寸大于住宅单元的平面尺寸，形成了大底盘单塔或多塔结构。

1#楼地铁上盖结构单元平面尺寸为60m*99m，住宅仅为48m*11.7m，竖向体型收进较大。

2．扭转不规则通过小震作用下分析，结构在水平地震力作用下并考虑偶然偏心时的位移比大于1.2，为扭转不规则结构。

3．竖向不规则与传统的框支剪力墙结构不同，本工程上部住宅采用钢筋混凝土框架结构，在15米平台上对住宅部分的框架柱进行了转换，形成了竖向不连续的框支框架转换结构。

本工程研究的主要内容：目前规范条文尚未有对框支框架结构的相关要求，因此研究框支框架结构在大震作用下的受力性能将是本文的主要内容；主要体现在：1，大震作用下结构整体的非线性动力响应；2，结构构件损伤与塑性的发展过程；3，框支梁在大震作用下的受力性能。

２ ． １ 动 力 方 程
图 １ 层 梗 型
段 ，就 是 当变 形关 系 已经 不适 用 于虎 克 定律 的 时候 产 生 的 反应称 为 弹 塑性 反应 。弹性 地震 反应 和 弹塑 性地
［ Ｍ 】 ｛ （ ｔ ） ｝ ＋ 【 ｃ ］ ｛ （ ｔ ） ） ＋ ［ Ｋ ］ ｛ ｘ （ ｔ ） ） ＝ ［ ＭⅡ Ｉ ］ ｘ （ ｔ ） （ ｔ ）
都 处在 弹性 工 作 的状态 ，所 以必 须要 对 建筑 物材 料 的 运 动加速 度 时程 曲线 是 时问 ｔ 的 函数 。值得 注意 的是 ， 弹 塑 性性 质 进 行 考 虑才 能够 准 确 的进 行 弹塑 性 分 析 。 以上动 力方 程 组不 能用 解 析法 来 求 ，因 为它 是一 个 随 根据 我 国修 订 之后 的抗 震设计 规 范 的规 定 “ 对 不规 则 机 过程 ， 不 能 用某 个确 定 的 函数表 示 ， 只 能采 用数 值 积 的、 具有 明显 薄 弱 部位 的 、 较 高 的高 层 建筑 结构 ， 宜 进 分 方法进 行求 解 。 以上方 程 是 当如 图 １的形 式 ， 即竖 向 串联 多 自由 性动 力 反应 的影 响 因素 比较 多 。要想 进行 准 确 的弹 性 度 系在地 震地 面运动 下 的动力 方程 。 分析 是 一项 比较 复杂 的工 作 。虽 然 当今 国 内外 已经 有 行 罕遇地 震 的弹塑性 变形 分析 ” 。因为对 建筑 结构弹 塑
高层 建筑结构 中最薄弱的部位 ， 对结构 的构建和破坏规律进行分析。本文主要 在总结高层建筑结构弹塑性分析 实践的基
础上 ， 简要介绍 了高层建筑结构弹塑性分析 的方法 ， 分析的步骤程序 以及 对它的实际应 用进行探讨 ， 从 而体现 高层 建筑结 构 弹 塑性 分析 的重 要 性 和 可操 作 性 。 关键词 ： 高层建筑结构 ； 弹塑性分析 ； 结构模型； 应用

高层建筑结构静力弹塑性分析 的理论与应用研究
基本内容
摘要：
随着社会的快速发展和城市化进程的加速，高层建筑结构的设计与安全性显 得尤为重要。静力弹塑性分析方法作为一种评估结构在静力荷载作用下的弹塑性 响应的重要工具，在高层建筑结构设计中具有重要意义。本次演示阐述了静力弹 塑性分析的基本原理和流程，并通过实际工程案例，探讨了静力弹塑性分析在高 层建筑结构中的应用及其优越性。
为了帮助读者更好地理解和应用MIDASGEN进行高层建筑结构的静力弹塑性分 析，建议参考MIDASGEN用户手册和其他相关文献资料。这些资料将提供更详细的 信息和指导，帮助读者掌握MIDASGEN的分析功能和操作方法。
在实际工程实践中，还需要结合实际情况和专业知识进行具体决策。静力弹 塑性分析只是评估高层建筑结构安全性的一种手段，还需要综合考虑其他因素 （如结构设计、施工工艺、维护保养等）来确保建筑结构的长期稳定性和安全性。
在进行静力弹塑性分析时，需要考虑多种荷载工况，例如自重、风载、地震 作用等。通过在MIDASGEN中设置相应的荷载工况，可以模拟高层建筑结构在不同 荷载作用下的响应。同时，还需要根据建筑结构的特点，选择合适的分析方法和 计算参数，例如静力弹塑性分析方法、屈服准则等。
在MIDASGEN中，可以通过输出位移、应力、应变等结果，对高层建筑结构的 静力弹塑性进行分析。通过与其他方法（如有限元方法、实验方法等）的比较， 可以发现MIDASGEN在分析高层建筑结构的静力弹塑性方面具有较高的精度和可靠 性。
研究目的
本次演示的研究目的是对比研究高层建筑结构的静力与动力弹塑性抗震分析 方法，分析各自的优势和不足，并提出改进建议。通过对比两种方法的计算结果， 希望能够为高层建筑结构的抗震设计提供更为准确可靠的分析手段。

荷载因子
1.3 1.25 1.2 1.15 1.1 1.05
1 0
试验数据 有限元解
1000
2000
3000
结构顶点位移(mm)
罕遇地震下结构性能的评估
• 弹塑性位移角控制 • 结构薄弱部位的判断 • 结构的抗倒塌验算 • 大震下结构抗震性能的整体评估 • 弹塑性分析结果的讨论
➢弹塑性分析目的、意义 ➢弹塑性分析方法 ➢弹塑性分析的具体实现
弹塑性分析目的、意义
➢ 三水准设防中的“大震不倒” ➢ 两阶段设计中的“第二阶段弹塑性变形验算” ➢ 强震下变形验算的基本问题：
计算薄弱层位移反应和变形能力；通过改善结 构均匀性和加强薄弱层使得层间位移角满足限 值要求。
弹塑性分析的规范规定
1。弹塑性层间位移、位移角的控制； 2。结构大震下的薄弱部位的判断； 3。结构抗倒塌验算； 4。结构大震下的整体变形能力，即最大变形； 5。结构大震下变形、反应力的突变分析； 6。局部变形分析； 7。静力推覆的最大承载力分析； 8。时程分析的各时刻结构变形、杆件塑性铰分析； 9。各时刻杆件塑性铰、剪力墙破坏点分布的分析； 10。结构关键部位、削弱部位的弹塑性反应分析。
4。弹塑性整体计算模型（如层模型、平面模型、三维 模型等）、迭代的求解方法，也是影响弹塑分析结果 的因素之一；
5。弹塑性分析参数的合理选择。
6。在弹塑性分析过程中不考虑构件剪切破坏；
7。弹塑性分析，应当考虑构件的塑性发展，即塑性铰 有可能还要延杆件方向延伸；
8。弹塑性动力分析的控制，按设防烈度的大震，取与 规范一致即可；
• 3。周期-最大层间位移曲线——基于等效单质点体系 综合统计出的结构周期顶点位移曲线。随着结构进入 弹塑性状态，结构的自振周期、顶点位移反应也发生 变化，竖向连接需求谱与能力谱曲线的交点，则该点 的层间位移值可以理解为抵抗设计烈度大震时的结构 弹塑性层间位移，也可以把该点的层间位移与规范限 值比较，比规范小则满足设计要求，反之则认为不满 足设计要求。

建筑结构大震下弹塑性分析
中国建筑科学研究院
PKPMCAD工程部
弹塑性分析目的、意义 弹塑性分析方法 弹塑性分析的具体实现
弹塑性分析目的、意义
三水准设防中的“大震不倒” 两阶段设计中的“第二阶段弹塑性变形验算” 强震下变形验算的基本问题： 计算薄弱层位移反应和变形能力；通过改 善结构均匀性和加强薄弱层使得层间位移角满 足限值要求。
影响系数 层间位移角 周期-最大位移角曲线
周期-影响系数曲线 需求谱曲线 周期-加速度曲线 能力曲线
1/105
等效单自由度体系验算曲线
T
• 4。抗倒塌验算的其它方法——弹塑性分析可以按设定 的方式考虑结构的倒塌机制。如下图所示，当结构由 于外部原因，在局部失去支撑，此时分析结构的现状。
应进行弹的单层钢筋混凝 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
结构薄弱部位的判断
1。最大层间位移、最大有害层间位移所在的楼层； 2。层间位移、有害层间位移超过规范限值的楼层； 3。结构构件塑性铰、剪力墙破坏点比较集中的部位； 4。结构局部变形较大的部位； 5。结构弹塑性反应力突变的部位。
薄弱部位
薄弱层
结构抗倒塌验算
• 1。需求谱曲线（周期-影响系数曲线）——结构在静 力推覆分析过程中，随着结构的破坏、结构阻尼的增 加、结构自振周期的变化，反映出结构在设计烈度大 震下的弹塑性最大水平地震影响系数曲线。该曲线综 合反映了结构弹塑性变形过程中地震作用变化的情况。 2。能力曲线（周期-加速度曲线）——基于等效单质点体 系综合统计出的结构周期加速度曲线。随着结构进入 弹塑性状态，结构的自振周期、顶点加速度反应也发 生变化，当该曲线穿过需求普曲线时，说明结构能够 抵抗设计烈度的大震，否则就认为不能抵抗设计烈度 的大震情况。越早穿过需求普曲线，说明结构抵抗大 震的能力越强，当曲线趋于水平时，说明结构接近破 坏、倒塌；

钢结构设计中的弹塑性分析与实例研究一、弹塑性分析的概念和意义弹塑性是一种理论分析方法，基于材料的力学性质和物理特性，从宏观角度考虑材料的弹塑性行为，在设计结构时应用的强度设计方法。

弹塑性分析可以用于钢结构设计中，主要应用于研究结构的稳定性和承载能力，以及分析结构在承受荷载时的变形和应力分布情况。

在结构设计中，弹性分析只能适用于弹性阶段，无法考虑到结构在超过弹性阶段时的变形和破坏情况。

因此，在遇到变形较大或荷载较大的结构时，弹性分析方法往往不够准确，需要借助弹塑性分析方法。

弹塑性分析方法也可以用于结构安全评估和重构设计中。

二、钢结构设计中的弹塑性分析方法在进行钢结构设计中的弹塑性分析时，需要先确定结构和荷载的边界条件和约束条件，并制定有效的力学模型。

钢结构的强度破坏比较复杂，因此一般采用能量法来进行分析。

能量方法的主要思想是，在结构的弹性和塑性阶段中，通过实现结构内部能量的平衡来分析结构的承载能力。

在进行弹塑性分析时，需要考虑以下因素：1.材料的力学特性，包括弹性模量、屈服强度、极限强度等。

2.材料的应力-应变曲线，以及材料在超过屈服强度时的应力-应变曲线。

3.结构的截面形状和截面面积。

4.材料破坏之前的变形能力和变形特点。

5.荷载在结构上的分布和作用方式，以及荷载的大小。

在进行弹塑性分析时，可以采用平衡法，即根据平衡条件来建立结构的方程，然后逐步增加荷载，计算结构的应力和应变。

如果结构发生变形或产生裂缝，则需要进一步考虑塑性形变的影响，再进行一次力学计算。

重复以上步骤，直到满足结构的强度和稳定性要求为止。

三、钢结构设计中的弹塑性分析实例对于一座高层钢结构建筑，需要进行弹塑性分析来评估其承载能力和稳定性。

该建筑的主体结构部分采用钢筋混凝土框架结构，顶部采用钢桁架悬挑式结构，所使用的钢材为Q345B，其屈服强度为345MPa，极限强度为470MPa。

首先，对建筑主体结构进行弹性分析，并确定其基本弯曲挠度和初始静力系数。

静力弹塑性分析方法（Pushover方法）与动力弹塑性分析方法的优缺点比较一、Pushover分析法1、Pushover分析法优点：（1）作为一种简化的非线性分析方法，Pushover方法能够从整体上把握结构的抗侧力性能，可以对结构关键机构及单元进行评估，找到结构的薄弱环节，从而为设计改进提供参考。

（2）非线性静力分析可以获得较为稳定的分析结果，减小分析结果的偶然性，同时花费较少的时间和劳力，较之时程分析方法有较强的实际应用价值。

2、Pushover分析法缺点：（1）它假定所有的多自由度体系均可简化为等效单自由度体系，这一理论假定没有十分严密的理论基础。

（2）对建筑物进行Pushover分析时首先要确定一个合理的目标位移和水平加载方式，其分析结果的精确度很大程度上依赖于这两者的选择。

（3）只能从整体上考察结构的性能，得到的结果较为粗糙。

且在过程中未考虑结构在反复加载过程中损伤的累积及刚度的变化。

不能完全真实反应结构在地震作用下性状。

二、弹塑性时程分析法1、时程分析法优点：（1）采用地震动加速度时程曲线作为输入，进行结构地震反应分析，从而全面考虑了强震三要素，也自然地考虑了地震动丰富的长周期分量对高层建筑的不利影响。

（2）采用结构弹塑性全过程恢复力特性曲线来表征结构的力学性质，从而比较确切地、具体地和细致地给出结构的弹塑性地震反应。

（3）能给出结构中各构件和杆件出现塑性铰的时刻和顺序，从而可以判明结构的屈服机制。

（4）对于非等强结构，能找出结构的薄弱环节，并能计算出柔弱楼层的塑性变形集中效应。

2、时程分析法缺点：（1）时程分析的最大缺点在于时程分析的结果与所选取的地震动输入有关，地震动时称所含频频成分对结构的模态n向应有选择放大作用，所以不同时称输入结果差异很大。

（2）时程分析法采用逐步积分的方法对动力方程进行直接积分，从而求得结构在地震过程中每一瞬时的位移、速度和加速度反应。

所以此法的计算工作十分繁重，必须借助于计算机才能完成。

某建筑结构的弹塑性分析与设计研究弹塑性分析与设计是建筑结构工程中的重要研究方向之一、在该研究领域中，主要关注建筑结构在作用力下的弹性行为以及超过弹性极限后的塑性行为。

弹塑性分析与设计的研究内容涉及以下几个方面：1.弹性分析：弹性分析是建筑结构设计的基础，它研究建筑结构在作用力下的弹性变形。

通过弹性分析，可以计算出结构的应力、应变和变形等参数，为结构设计提供基础数据。

2.塑性分析：塑性分析是建筑结构设计中的一个重要环节，它研究超过结构弹性限度后的塑性变形行为。

塑性分析可以揭示结构在超过弹性限度后可能出现的破坏机理，并为结构的抗震性能提供参考依据。

3.塑性设计：塑性设计是建筑结构设计的重要组成部分，它以满足结构性能要求和安全性要求为目标，通过选择适当的材料和截面尺寸，合理布置构件等方式，来满足结构在强震等作用力下的安全稳定性。

4.弹塑性分析与设计方法：弹塑性分析与设计方法是弹塑性研究的核心内容之一、通过选用适当的数学模型、理论基础和计算方法，可以对不同结构在不同工况和作用力下的弹塑性行为进行合理可靠的分析和设计。

在实际应用中，弹塑性分析与设计方法主要用于以下几个方面：1.结构抗震设计：弹塑性分析与设计方法可以用于建筑结构的抗震设计。

通过对结构在强震作用下的弹塑性行为进行合理分析，可以评估结构的抗震性能，并根据需求调整结构的设计参数。

2.结构优化设计：弹塑性分析与设计方法可以用于建筑结构的优化设计。

通过对结构不同设计方案的弹塑性行为进行比较分析，可以找到最优设计方案，使结构在满足性能要求的前提下具有较高的经济性和施工性。

3.结构破坏模式与维修设计：弹塑性分析与设计方法可以用于建筑结构的破坏模式分析和维修设计。

通过对结构在超过弹性限度后的塑性行为进行分析，可以预测结构可能出现的破坏模式，并采取相应的维修措施，延长结构的使用寿命。

4.结构可靠性评估：弹塑性分析与设计方法可以用于建筑结构的可靠性评估。

通过对结构在不同工况和作用力下的弹塑性行为进行多次模拟分析，可以评估结构的可靠性水平，并进一步指导结构的设计和维护。

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。

结构静力弹塑性分析的原理和计算实例一、本文概述结构静力弹塑性分析是一种重要的工程分析方法，用于评估结构在静力作用下的弹塑性行为。

该方法结合了弹性力学、塑性力学和有限元分析技术，能够有效地预测结构在静力加载过程中的变形、应力分布以及破坏模式。

本文将对结构静力弹塑性分析的基本原理进行详细介绍，并通过计算实例来展示其在实际工程中的应用。

通过本文的阅读，读者可以深入了解结构静力弹塑性分析的基本概念、分析流程和方法，掌握其在工程实践中的应用技巧，为解决实际工程问题提供有力支持。

二、弹塑性理论基础弹塑性分析是结构力学的一个重要分支，它主要关注材料在受力过程中同时发生弹性变形和塑性变形的情况。

在弹塑性分析中，材料的应力-应变关系不再是线性的，而是呈现出非线性特性。

当材料受到的应力超过其弹性极限时，材料将发生塑性变形，这种变形在卸载后不能完全恢复，从而导致结构的永久变形。

弹塑性分析的理论基础主要包括塑性力学、塑性理论和弹塑性本构关系。

塑性力学主要研究塑性变形的产生、发展和终止的规律，它涉及到塑性流动、塑性硬化和塑性屈服等概念。

塑性理论则通过引入屈服函数、硬化法则和流动法则等，描述了材料在塑性变形过程中的应力-应变关系。

弹塑性本构关系则综合考虑了材料的弹性和塑性变形行为，建立了应力、应变和应变率之间的关系。

在结构静力弹塑性分析中，通常需要先确定材料的弹塑性本构模型，然后结合结构的边界条件和受力情况，建立结构的弹塑性平衡方程。

通过求解这个平衡方程，可以得到结构在静力作用下的弹塑性变形和应力分布。

弹塑性分析在结构工程中有着广泛的应用，特别是在评估结构的承载能力、变形性能和抗震性能等方面。

通过弹塑性分析，可以更加准确地预测结构在极端荷载作用下的响应，为结构设计和加固提供科学依据。

以上即为弹塑性理论基础的主要内容，它为我们提供了分析结构在弹塑性阶段行为的理论框架和工具。

在接下来的计算实例中，我们将具体展示如何应用这些理论和方法进行结构静力弹塑性分析。

浅谈超限高层建筑大震弹塑性分析方法及步骤摘要：随着城市超高层建筑越来越多，超高层建筑结构的超限审查也越来越严格，因此结构超限计算和分析也显得尤为重要，超限计算包括弹性计算、弹性时程分析、等效弹性分析、静力弹塑性和动力弹塑性分析，本文仅针对过程和方法较为复杂的动力弹塑性分析方法和步骤作简单介绍。

关键词：超限性能目标罕遇地震地震波动力弹塑性分析结构损伤1概述本文以武汉某超高层住宅楼为例，简要介绍超限高层结构的动力弹塑性方法和步骤。

2工程概况武汉某超高层住宅楼，结构高度为166.6m，为B级高度，地上55层，地下3层。

结构标准层长约48m，等效宽度约18.7m，高宽比约9.1；采用混凝土剪力墙结构型式。

按《高层建筑混凝土结构技术规程》（以下简称《高规》）及武城建[2016]5号、[2016]154号文规定，本楼栋抗震设防类别为标准设防类。

剪力墙、框架梁及连梁抗震等级均为二级。

本楼栋建筑结构安全等级为二级，结构设计使用年限为50年。

根据《建筑抗震设计规范》（以下简称《抗规》），本地区设计抗震设防烈度为6度，场地类别为Ⅱ类，基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为一组；按《中国地震动参数区划图》相关规定，多遇地震、设防地震、罕遇地震作用下的地震加速度的最大值分别为17cm/s2、50cm/s2、115cm/s2，水平地震影响系数最大值αmax分别为0.0417、0.125、0.2875，特征周期分别为0.35、0.35、0.4.3结构超限情况及解决方案3.1结构超限情况根据国家《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》和《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》中的相关规定，本项目为钢筋混凝土剪力墙，超限高度限值为140m，因此高度超限，无其他超限项；需要进行抗震超限审查。

3.2抗震性能目标根据《高规》第3.11节及条文说明，本项目可选用结构抗震性能目标为D级，具体如下：规范抗震概念：小震不坏、中震可修、大震不倒；性能水准为1、4、5；性能目标：关键构件（底部加强区、楼梯间及端山墙通高剪力墙）：在小震作用下无损坏、弹性；中震作用下轻度损坏、抗震承载力满足不屈服；大震作用下中度损坏、抗震承载力宜满足不屈服。