建筑结构大震下弹塑性分析.ppt

图1　钢筋（钢材）本构关系曲线图2　混凝土本构关系曲线图3　一维纤维束单元452021.09 |567图5　SAUSAGE 计算模型6　多波频谱特性Chl_Talwan-03_NO_2525Darfield_NewZealand_NO_6897,TG(0.49)人工波1各地震波平均反应谱壳单元节点分布钢筋层壳单元中面截面积分点472021.09 |技术探讨2.6.2结构基底剪力由大震弹塑性及大震弹性基底剪力响应时程曲线可以发现各条波弹塑性分析剪力与弹性时程结果趋势大致相符，而幅值略低于弹性，说明大震下耗能构件达到塑性屈服后结构刚度降低，地震响应减小。

时程分析所得到的底部剪力最大值如表2所示。

罕遇地震弹性与弹塑性分析基底剪力对比给出了结构罕遇地震弹塑性分析与弹性分析基底剪力的比较。

从表中可以看出，由于结构在罕遇地震作用下混凝土发生损伤，出现了塑性变形，结构的侧向刚度随之减弱，使得基底剪力较弹性分析的基底剪力小。

整体结构基底剪力弹塑性的结果约是弹性结果的76%~85%。

2.6.3结构构件的抗震性能选取起控制作用的天然波Tottori_Japan_NO_6274提取计算结果，得到核心筒剪力墙混凝土框架柱混凝土的损伤，见图7、图8。

由上图可以看出整栋楼的绝大部分墙体轻微损坏，底部加强部位的部分楼层，核心筒剪力墙出现轻微~轻度损伤，且主要发生在核心筒外墙端部和转角处；底部加强部位以上楼层，仅在核心筒收墙处出现少量的重度损坏；剪力墙连梁耗能充分，大部分连梁损伤程度为中度～重度损伤。

绝大部分框架柱无损坏；仅有角柱截止处及顶部混凝土柱截止处的少量柱钢筋进入塑性，具有较大安全储备。

结语根据对本工程在罕遇地震作用下的非线性时程分析计算结果，可得出以下结论：（1）在地震波作用下，结构层间位移满足规范规定，结构整体可以满足“大震不倒”的设防要求。

（2）弹塑性分析得到的基底剪力与弹性分析得到的基底剪力的比值在0.76～0.85范围内，说明震后结构刚度未发生剧烈下降，结构抗震性能较好。

弹性动力时程分析。

弹塑性分析的目的和基本方法。

罕遇大震下结构性能的评估
选取地震波实测地震波——特征参数
保留的旧版地震波库人工输入地震波选择
抗倒塌分析图
4.1。

弹塑性分析软件整体功能简介
4.3。

弹塑性静力分析软件PUSH 工程实例——高层混凝土结构
高层钢结构 4.4。

弹塑性静力分析软件PUSH工程实例
单层钢框架模型
9层钢框架模型
弹塑性动力时程分析参数选择
5.2。

弹塑性动力分析软件EPDA工程实例
2008奥运会国家主体育场看台原五棵松体育场（2008奥运会篮球馆）
某高层混凝土结构2008奥运会国家主体育场罩棚（鸟巢）
某大体量超高层混凝土结构某高层加固工程
5.3。

弹塑性动力分析软件EPDA验证
单层钢框架模型
9层钢框架模型。

PKPM软件园地 建筑结构.技术通讯 2007年1月弹性、弹塑性时程分析法在结构设计中的应用杨志勇 黄吉锋（中国建筑科学研究院 北京 100013）0 前言地震作用是建筑结构可能遭遇的最主要灾害作用之一。

几十年来，人们积累了大量的实测地震资料，这些资料多以位移、速度或者加速度时程的形式体现。

与此相对应，时程分析方法也被认为是最直接的一种计算建筑结构地震响应的方法。

但是，由于地震作用随机性导致计算结果的不确定性，弹性时程分析方法只是结构设计的一种辅助计算方法；虽然如此，抗震规范为了增强重要结构的抗震安全性，还是将弹性时程分析方法规定为常遇地震作用下振型分解反应谱法的一种补充计算方法；尤其是考虑了结构的弹塑性性能后，弹塑性时程分析方法更是被普遍认为是一种仿真的罕遇地震作用响应计算方法。

《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）第3.6.2，5.1.2，5.5.1，5.5.2，5.5.3等条文规定了时程分析相关的内容。

下面结合TAT ，SATWE ，PMSAP 和EPDA 等软件应用，探讨如何将弹性、弹塑性时程分析正确应用到结构设计中去。

1 弹性时程分析的正确应用11正确地在软件中应用弹性时程分析方法需要对规范的相关条文规定有正确的认识。

以下几点是需要特别明确的：（1）抗震规范第5.1.2条第3点规定，“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”。

在设计过程中，如何实现“较大值”有不同的做法：1)设计采用弹性时程分析的构件内力响应包络值的多波平均值与振型分解反应谱法计算结果二者的较大值直接进行构件设计；2)在实现振型分解反应谱方法时，放大地震力使得到的楼层响应曲线包住时程分析楼层响应曲线的平均值。

图1 SATWE 地震作用放大系数前一种做法可能使得构件配筋较大，因为在时程分析过程中，构件内力的最大响应具有不同时性，采用包络值进行设计会使得构件内力，尤其是压弯构件内力偏于保守。

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。

隔震结构地震反应弹塑性分析方法隔震结构是在建筑物的基础和上部结构之间设置一种可以产生相对滑移的滑板，也就是层可靠性很高的隔离层。

隔震结构的隔震原理：由于隔震层水平刚度较小，能延长了结构自振周期，避免了地震动的卓越周期，使结构的加速度反应减低而结构的位移反应增大。

对滑板之间的滑移摩擦力进行控制控制阻尼，由于隔震层具有较大的阻尼从而使结构的加速度反应和位移反应也有所减小。

结构地震反应是现代减震和隔震设计理论的核心内容，是验证结构减震和隔震性能的关键步骤。

根据计算分析理论的不同,地震反应弹塑性分析方法可分为FNA法、反应谱分析法、pushover分析法和动力反应法。

快速非线性分析(FNA)方法是一种非线性分析的有效方法，在这个方法中，非线性被作为外部荷载来处理，形成考虑非线性荷载并修正的模态方程。

该模态方程与结构线性模态方程相似，因此可以对模态方程进行类似于线性振型的分解求解，然后基于泰勒级数对解的近似表示，使用精确分段多项式积分对模态方程迭代求解。

最后基于前面分析所得到的非线性单元的变形和速度历史计算非线性力向量，并形成模态力向量，形成下一步迭代新的模态方程求解。

FNA方法适用于非线性结构动力分析求解，同时也可以对静力荷载分析工况进行求解。

反应谱法是一种拟动力方法，也是一种统计方法。

反应谱法考虑地面运动的强弱、场地土的性质以及结构的动力特性对地震的影响，因此可近似反应地震对结构的作用。

另外由于反应谱法与传统设计方法比较接近,因此得到了广泛的应用。

各国规范都给出了设计反应谱曲线。

反应谱法首先用动力方法计算质点体系地震反应去建立反应谱，再用加速度反应谱计算结构的最大惯性力作为结构的等效地震荷载，然后按照静力方法进行结构的计算和设计。

加速度反应谱是通过对一系列具有不同自振特性的单自由度体系输入地震动数据，记录每个单自由度体系的加速度最大反应，以结构的自振周期为横坐标对应的加速度反应为纵坐标绘出。

非线性静力分析法又称pushover分析法又称倾覆分析，指的是结构分析模型在一个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，直至结构控制点达到目标位移的过程。