ushover钢筋混凝土非线性哈工大

钢筋混凝土框架结构抗震分析方法弹塑性静力（Pushover分析）弹塑性动力（时程反应分析）建筑结构的抗震要求是：具有足够的刚度和承载力来抵御小震，具有足够的变形和耗能能力来抵御大震。基于承载力的抗震设计不能预估结构的变形能力以及结构在大震时的实际行为，而采用位移作为结构在大震作用下的控制目标则更为合理。因此，基于位移的抗震设计(Displacement-BasedSeismicDesign，DBSD)是今后抗震设计的主要发展方向。美国加州结构工程师协会（SEAOC）1995年提出。受到美国、日本、欧洲、等国普遍重视。十多年来，各国进行了大量的科研和实践工作。已经被多国以规范的形式确认。是我国抗震研究和实践的重要方向。

基于性能设计Performance-BasedDesign现状基于性能设计就是使设计出的结构在未来的灾害（如地震）作用下维持所要求的性能水平，一般是指基于性能的抗震设计。何为基于性能的设计?基于性能抗震设计的三个主要方面性能目标的确定和应用基于性能抗震设计的理论框架和实现方法基于性能抗震设计的具体实践和发展趋势

抗震性能目标（美国FEMA273）aeimklhgdcbfjnpo性能目标性能目标增高2％10％20％50％接近倒塌生命安全立即入住正常使用结构性能要求增加地震烈度增加50年超越概率美国应用技术委员会（AppliedTechnologyCouncil,ATC）美国联邦紧急事务管理署（FederalEmergencyManagementAgency,FEMA273）为什么要做静力或动力弹塑性分析？你知道自己设计的结构能抵抗多大的地震吗？你知道自己设计的结构在大震时什么地方先破坏吗？你知道自己设计的结构是先发生剪切破坏还是弯曲破坏？结构屈服后还能抵抗多大的地震力和变形？你用实配钢筋验算过“强剪弱弯”、“强柱弱梁”吗？大震下要结构要保持弹性需要多大截面和配筋？静力推覆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，采用荷载控制或位移控制的方式，在加载过程中根据构件屈服程度不断调整结构刚度，直至结构倾覆，得到结构的基底剪力—顶点位移曲线。静力弹塑性(Pushover)分析方法VbUNPush-overCurveLoadvsDeflectionUNFVb结构的响应与等效的单自由度体系相关，实际计算时认

为结构的响应仅由第一振型控制；结构沿高度的变形由形状向量表示，且在整个地震反应

过程中，结构的形状向量保持不变。这两个假定都是没有理论依据，但研究表明：对于反应主要由第一振型控制的结构，Pushover分析方法可以比较准确、简便地评估结构的抗震性能。静力弹塑性分析的两个基本假定静力弹塑性分析的基本原理多自由度体系在地震作用下的振动微分方程x(t)为各楼层相对地面的水平侧移向量；M和C分别为结构的质量和阻尼矩阵；R为结构的恢复力；

是单位矩阵；

是地震动加速度时程。由Pushover方法基本假定（2）可知，结构的高度变形由结构的形状向量{Φ}表示，并且在整个加载过程中，结构的形状向量是固定不变的。假定结构的相对位移向量可由结构顶点位移xtop和形状向量{Φ}表示：令等效单自由度体系参考位移为将多自由度体系等效为单自由度体系的目的：以单自由度体系的弹性、弹塑性反应反推多自由度体系的弹性、弹塑性反应。优点：利用反应谱进行弹性范围内的计算，单自由度体系在理论上是严密的;可以将反应谱的概念推广到弹塑性阶段，亦即所谓的“弹塑性反应谱”；针对单自由度体系的工作量大大少于针对多自由度体系的工作量。上述这种基于振型向量与结构反应水平无关的等效方法最为常见。Push-over的基本问题可以概括为三个方面:如何求得结构的能力曲线?如何确定结构的目标位移?如何对计算结果进行评价?结构能力曲线的计算包括两个方面的主要内容一计算模型的建立二侧向力的分布形式基于平截面假定，将梁柱的内力-变形关系转化成混凝土与钢筋的单轴应力-应变关系。结构计算模型—纤维模型结构能力曲线的分析步骤（1）建立结构的计算模型，模型中应考虑所有对结构刚度、质量、强度以及抗震性能有重要作用的构件。然后给结构加上重力荷载。（2）施加沿高度分布的某种水平荷载

静力弹塑性分析时所采用的水平侧力加载模式代表结构上地震惯性力的分布，水平侧力加载模式直接影响分析结果。水平侧力加载模式主要有均匀加载、倒三角形加载、抛物线加载和变振型加载。

(a)倒三角形加载(b)指数分布加载(c)均匀加载(d)变振形加载

由于在一种固定荷载分布方式作用下不可能预测结构构件的各种变形情况，因此建议至少用两种固定的侧向荷载分布方式来进行弹塑性分析。较低的结构可采用倒三角形加载和基本振形加载方式中的一种，与均匀加载组成两种加载方式；高层结构可采用倒三角形加载，与均匀加载或变振型加载方式中的一种组成两种加载方式。(a)倒三角形加载(b)指数分布加载(c)均匀加载(d)变振形加载均匀加载此模式适宜于刚度与质量沿高度分布较均匀，且薄弱层为底层的结构。(a)倒三角形加载(b)指数分布加载(c)均匀加载(d)变振形加载倒三角加载（底部剪力法模式）此模式适宜于高度不大于40米，以剪切变形为主且刚度与质量沿高度分布较均匀的结构。(a三)倒三三角形三加载(b三)指数三分布加载(c三)均匀三加载(d三)变振三形加三载指数三分布三加载三模式此模三式可三较好三地反三映结三构高三阶振三型的三影响三。(a三)倒三三角形三加载(b三)抛物三线加三载(c三)均匀三加载(d三)变振三形加三载变振三型加三载（SR三SS法）利用三前一三步加三载获三得的三结构三周期三与振三型，三采用振型三分解三反应三谱法确定三结构三各楼三层的三层间三剪力三，再三由各三层层三间剪三力反三算出三各层三的水三平荷三载，三作为三下一三步施三加的三水平三荷载三模式三，考三虑了三地震三过程三中结三构上三惯性三力的三分布三，比三较合三理但三工作三量大三为增三加。（3）随着三侧向三荷载三的增三加，三结构三薄弱三部位三的构三件达三到屈三服，三此时三对屈三服的三构件的刚度三予以三修正三，然三后继三续增三加侧三向荷三载直三至有三新的三构件三屈服三。1:将已三达到三抗弯三强度三的梁三、柱三、剪三力墙三等受三弯构三件的三末端三设置三为铰三接点;2:将楼三层上三已达三到抗三剪强三度的三剪力三墙去三掉;3:将已三经屈三曲、三且屈三曲后三强度三下降三很快三的支三撑构三件去三掉;4:对于三那些三刚度三己降三低，三但可三承受三更多三荷载三的构三件，三则修三改其三刚度三特性三。（4）累加三各个三加载三阶段三的力三和变三形，三就可三以获三得所三有构三件在三所有三加载三阶段三的总三内力三和总三变形。不断三重复三步骤(3三)直到三结构三的侧三向位三移达三到预三定的三目标三位移三，或三者结三构中三出现三的塑三性铰三过多三成为三机构三。方法优缺点应用程序主要特点静力弹塑性分析（push-over）1、优点：方法简单，便于理解。与动力时程分析法相比，Pushover方法概念清晰，实施相对简单，迅速找到结构的薄弱环节，从而完善抗震设计。2、不足：和实际结构的动力大震反应有一定差异，只能定性进行计算和整体把握，作为大震设计的参考。MIDAS/Gen

能直接做剪力墙结构——实现便利，结果稳定，易于掌控。SAP2000、ETABS适用于杆系结构——墙需用支撑框架代替，实现起来较复杂。PKPM系列能直接做剪力墙结构动力弹塑性分析1、优点：能较真实地反映结构在时程地震波下的耗能状况，从而判断结构的抗震性能。2、不足：对软硬件要求比较高，计算时间很长；对使用人员技术水平要求较高。ABAQUS采用纤维墙元模型——程序复杂，价格昂贵，需组建专业团队。MIDAS/Gen适用于杆系结构——大跨场馆、框架等，采用纤维模型。Perform3D采用纤维墙元模型——全英文、手动命令输入，对操作者要求高，适用于科研院校等。PKPM系列可以做墙元。——操作便利，但人为可干预性较弱。主要三分析三程序Pu三sh三ov三er分析三可以三全面三了解三结构三构件三在任三意侧三向荷三载分三布下三加载三全过三程的三内力三及变三形情三况，三通过三塑性三铰出三现的三先后三顺序，不仅三可以三判别三结构三是否三符合三强柱三弱梁三，还三能发三现结三构的三薄弱三部位三。如何三利用Pu三sh三ov三er能力三曲线三来确三定不三同地三震作三用下三结构三的目三标位三移，进而三对结三构的三抗震三性能三作出三评价三，目三前主三要有三以下三两种三：美三国AT三C-三40采用三的能力三谱法，美三国FE三MA三-2三73推荐三的等效三位移三系数三法。目标三位移三反映三了结三构在三特定三地震三作用三水平三下可三能达三到的三最大三位移三，问三题的三核心三实际三上是反应三谱(需求三谱)的确三定。地震三影响三系数三反应三谱---结构周期---特征周期特征周期值（s）0.900.650.450.35第三组0.750.550.400.30第二组0.650.450.350.25第一组ⅣⅢⅡⅠ场地类别能力三谱法将Pu三sh三ov三er能力三曲线三转化三为能力三谱曲线。Pushover曲线能力谱曲线能力谱位移Sd顶点位移Dt(Sdt,sat)基底剪力Vb能力谱加速度Sa这种三方法三需要三构造三两条三曲线三，一三条代三表结三构抵三抗水三平力三的能三力，三另一三条代三表地三震动三的需三求。三谱位三移为三横坐三标，三谱加三速度三为纵三坐标三，AD三RS格式（Ac三ce三le三ra三ti三on三D三is三pl三ac三em三en三t三Re三sp三on三se三S三pe三ct三ru三m）Gi为结三构第i楼层三重量Xi1为基三本振三型在三第i层的三位移G为结三构总三重量V为结三构基三底剪三力Δto三p为结三构顶三层位三移Sa为能三力谱三加速三度Sd为能三力谱三位移Pushover曲线能力谱曲线能力谱位移Sd顶点位移Dt(Sdt,sat)基底剪力Vb能力谱加速度Sa有效三质量三比振型三参与三系数按下三式由抗震三规范三地震三影响三系数三曲线三得到三需求三谱曲线。不同三阻尼三比对三应的三需求三谱性能三点：三通过三比较三两个三谱曲三线，三得到三一个三交点——性能三点（pe三rf三or三ma三nc三ePo三in三t）。三性能三点的三状况三，决三定着三结构三的性三能水三平(p三er三fo三rm三an三ce三l三ev三el三)。等效三单自三由度三体系三的周期为当结三构进三入塑三性阶三段以三后，三结构三的固三有黏三滞阻三尼及三滞回三阻尼三会导三致结三构在三运动三过程三中产三生耗三能的三作用三，因三此需三要对三需求三谱进三行折三减。目标三位移三的确三定SaSd能力谱曲线PTA1A2SaSd能力谱曲线PTdpiapiEDEEaydy用双三线型三代替三能力三谱曲三线的三条件三：A1=A2为阻三尼修三正系三数，三取0.三3~三1.三0为结三构本三身固三有的三黏滞三阻尼为滞三回阻三尼为等三效黏三滞阻三尼ED为阻三尼所三消耗三的能三量（三图中三虚线三部分三平行三四边三形的三面积三）EE为最三大应三变能三（图三中斜三线阴三影部三分的三三角三形的三面积三）将能三力谱三与需三求谱三放在三同一三个AD三RS坐标三中，如果三折减三后的三需求三谱与三能力三谱存在交点三，该三交点三即为三结构三的性三能点三。最三后由三结构三的性三能点三，再经三转化三即得到三结构三的顶三点位三移，三相应三的结三构变三形即三为结三构在三该地三震作三用下三的反三应。迭代三法求三解结三构性三能点Ch三op三ra提出三的弹三塑性三反应三谱曲三线三（不三需要三迭代三求解三）R表示三由于三结构三的非三弹性三变形三对弹三性地三震力三的折三减系三数等效三位移三系数三法是三通过三多个三系数三调整三等效三弹性三单自三由度SD三OF体系三在地三震作三用下三的弹三性位三移，三得到三相应三的多三自由三度MD三OF弹塑三性体三系的三顶点三目标三位移三。等效三位移三系数三法（三位移三修正三系数三法）为MD三OF体系三的顶三点目三标位三移为等三效弹三性SD三OF体系三的自三振周三期为等三效弹三性SD三OF体系三在相三应等三效周三期和三等效三阻尼三比下三的谱三加速三度为等三效弹三