ushover靜力彈塑性方法

工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)主要方法分析方法、抗震理論1彈塑性靜力分析方法

非線性靜力過程

（Pushover方法/最簡單的形式）2Pushover方法的發(fā)展

靜力彈塑性分析(Pushover)方法最早是1975年由Freeman等提出的，以后雖有一定發(fā)展，但未引起更多的重視。九十年代初美國科學(xué)家和工程師提出了基于性態(tài)的設(shè)計(jì)方法，引起了日本和歐洲同行的極大興趣，Pushover方法隨之重新激發(fā)了廣大學(xué)者和設(shè)計(jì)人員的興趣,紛紛展開各方面的研究。一些國家抗震規(guī)范也逐漸接受了這一分析方法并納入其中，如ATC-40、FEMA-273&274、日本、韓國等國規(guī)范。我國從《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001)開始規(guī)定“彈塑性變形分析，可根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用靜力非線性分析或動(dòng)力非線性分析”，國外一些商業(yè)軟件(如IDARC、SAP2000等)已開發(fā)和增加這種功能。3Pushover方法的基本假定

Pushover分析沒有嚴(yán)格的理論基礎(chǔ)，主要基于以下假定：（1）結(jié)構(gòu)破壞按照一定或規(guī)定的規(guī)則進(jìn)行，如一層的所有柱同時(shí)屈服；（2）結(jié)構(gòu)沿高度的變形形狀可由某一形狀向量控制，并且在整個(gè)結(jié)構(gòu)反應(yīng)過程中，該形狀向量保持不變。很顯然，這兩個(gè)假定都是不準(zhǔn)確的，但很多學(xué)者研究表明：對于反應(yīng)主要由第一振型控制的結(jié)構(gòu)，Pushover分析方法可以準(zhǔn)確、簡便地評估結(jié)構(gòu)的抗震性能。？

4Pushover方法的實(shí)施步驟

（1）準(zhǔn)備結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)：包括建立結(jié)構(gòu)幾何模型、構(gòu)件的物理參數(shù)和恢復(fù)力模型等。

（2）計(jì)算結(jié)構(gòu)在重力荷載作用下的內(nèi)力和變形分析（將與后續(xù)分析中水平力作用下的內(nèi)力疊加）。

（3）施加一定的水平荷載，逐漸加大水平荷載，將結(jié)構(gòu)推到一個(gè)結(jié)構(gòu)在可能遭遇的地震作用下所對應(yīng)的目標(biāo)位移（性態(tài)點(diǎn)），然后在結(jié)構(gòu)達(dá)到目標(biāo)位移時(shí)停止荷載遞增，在終止?fàn)顟B(tài)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震性能評估（結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)位移、層間位移角，構(gòu)件的變形、材料應(yīng)力等；還可以得到結(jié)構(gòu)的開裂屈服記錄，把這些性態(tài)參數(shù)與結(jié)構(gòu)在一定的性態(tài)水準(zhǔn)下所要求的能力進(jìn)行對比，從而可以估計(jì)結(jié)構(gòu)在地震作用下，是否滿足一定的性態(tài)要求）。兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：水平荷載分布模式、目標(biāo)位移的確定5水平荷載分布模式

（1）

均勻分布荷載模式（UniformDistribution）

這種分布模式認(rèn)為側(cè)向力沿結(jié)構(gòu)的高度是均勻分布，不考慮每層結(jié)構(gòu)重量的不同，進(jìn)行Pushover分析時(shí)，每一步施加在樓層的側(cè)向力由下式確定：式中，△Vb為每一步施加荷載時(shí)結(jié)構(gòu)的基底剪力，由結(jié)構(gòu)總的基底剪力除以總的加載步數(shù)給出；N為結(jié)構(gòu)的總層數(shù)。

6水平荷載分布模式

（2）

倒三角形分布（InverseTriangularDistributionorLinearDistribution）

這種分布模式認(rèn)為荷載沿高度為線性分布，每一步施加于樓層“i”的側(cè)向力為：

式中，Wi、hi分別為第i層的樓層荷載代表值和第i層的高度。這種分布形式只考慮了第一振型的地震作用，而沒有考慮高振型的影響，因此適用于第一振型占主導(dǎo)的較低的結(jié)構(gòu)。7水平荷載分布模式

（3）廣義乘方分布（GeneralizedPowerDistribution）這種分布模式認(rèn)為結(jié)構(gòu)層加速度隨層高的變化而變化，考慮了不同振型的效應(yīng)，第“i”層的側(cè)向力增量為：

式中，Wi、hi分別為第i層的樓層荷載代表值和層高，k為力的形狀控制參數(shù)，是結(jié)構(gòu)基本周期的函數(shù)：對于不同的k值，側(cè)向力會(huì)產(chǎn)生不同的形式：當(dāng)k=1時(shí)，為線性變化（倒三角形分布）；當(dāng)k=2時(shí)，為拋物線分布形式。8水平荷載分布模式

以上幾種水平力荷載分布模式，都是先確定結(jié)構(gòu)的基底剪力后（？），按計(jì)算步驟進(jìn)行等比例劃分，從而得到結(jié)構(gòu)各層每一步的側(cè)向力，在分析過程中，荷載的分布模式保持不變。（4）振型自適應(yīng)型分布（Modaladaptivedistribution）

對于結(jié)構(gòu)處于彈性階段，側(cè)向力分布保持不變是合理的，然而在結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性階段后，各構(gòu)件剛度發(fā)生變化，從而引起內(nèi)力的重分布，這時(shí)再采用彈性階段的荷載分布形式是不合適的。自適應(yīng)型的荷載分布試圖根據(jù)每一分析步后結(jié)構(gòu)的剛度變化，對荷載分布模式進(jìn)行修正。采用與振型形狀成比例的側(cè)向力分布能夠在一定程度上反映這種變化，只考慮基本振型影響時(shí)，其側(cè)向力的增量由下式計(jì)算：

9水平忙荷載真分布測模式Фi1為結(jié)軌構(gòu)第噸一振設(shè)型對博應(yīng)于第“i”層的累值；Vb為上飼一步品計(jì)算陷中得急到的日結(jié)構(gòu)辭基底柳剪力歸；Fiol幟d為上能一步可計(jì)算夏的第“i”層的肅層間拋力?？紤]皇多個(gè)結(jié)振型釣時(shí)采搞用SR爬SS方法止進(jìn)行血振型赤組合療，按蛾振型透參與母系數(shù)膊進(jìn)行銀比例紫化。輛每層石的側(cè)傷向力曠增量廉按下鞏式計(jì)吧算：10水平哪荷載友分布日模式Фij為結(jié)罩構(gòu)第j振型名對應(yīng)管于第“i”層的愧值；乖為振沸型的浙振型惹參與犬系數(shù)廉；Vb為上萌一步縮慧計(jì)算閱中得鬧到的冒結(jié)構(gòu)狹基底究剪力松；Fiol起d為上障一步妖計(jì)算污的第“i”層的庭層間河力。1112目標(biāo)骨位移陷的求型解（1）彈性足動(dòng)力陷分析旋法：一使些學(xué)弱者的枯研究捐表明愿，對立中長盛周期特的高仍層建姿筑結(jié)世構(gòu)，庫在同輛一地串震作癥用下報(bào)的彈鉆性頂躍點(diǎn)位肯移與克彈塑旗性頂擦點(diǎn)位故移基嗎本相版同，抱可以化用彈引性時(shí)譜程分皆析或摘反應(yīng)夠譜分就析得匙到的愚頂點(diǎn)先位移揚(yáng)作為妥彈塑脹性目標(biāo)位移缺。（鉤等位敲移原箏理）（2）等效撤單自鎮(zhèn)由度昏方法籌（N2方法熟）。將原草結(jié)構(gòu)螞等效窩為一虹彈塑拳性單隨自由匹度體樓系，飾確定愈等效蹈剛度遞、屈劇服荷逝載、浮屈服啟位移危和等費(fèi)效自長振周算期。級從已搞知的進(jìn)彈性陣反應(yīng)巧譜中鬧按照罩等效最周期開可以津得到馳結(jié)構(gòu)閉的等府效彈亂性位汁移。黑通過駛計(jì)算尺得到繭將彈境性反寬應(yīng)譜逼轉(zhuǎn)化束為彈呈塑性幣反應(yīng)柴譜的蜂折減添系數(shù)/結(jié)構(gòu)用的延筆性系踐數(shù)，亡利用劈燕等效努彈性秒位移翠和反盒應(yīng)譜率折減滲系數(shù)/結(jié)構(gòu)咳延性貍系數(shù)榨就可魯以計(jì)洪算得筐出結(jié)恰構(gòu)的芳彈塑證性目標(biāo)位移痰。（捆位移傅比譜讀）（3）能力迎譜方毯法（ca鑼pa心ci默ty潤s椒pe鹿ct噴ra鐘m津et購ho差d）。壞能力陪譜方湖法的泄核心偷思想著是首立先將Pu雨sh奶ov匯er分析嘉得到堤的反應(yīng)結(jié)構(gòu)熔自身蘭受力理性能氏的基做底剪賣力－廚頂點(diǎn)礙位移司曲線何（即秀能力議曲線稱）經(jīng)熟過變揀換，留得到適譜加亭速度泳和譜施位移溫表示葵的“慚能力訪譜”字。然贈(zèng)后將趕得到勺的“店能力詠?zhàn)V”毅與“昨需求卡譜（缸可以魄是彈瞧性反沿應(yīng)譜剛也可礙以是舞彈塑貿(mào)性反兇應(yīng)譜家）”算放在圣同一思坐標(biāo)奸系內(nèi)竟，通剖過迭朵代確鍬定目標(biāo)位移泳。13能力苦譜（狀或改抓進(jìn)能技力譜池）方淹法1)對結(jié)倚構(gòu)進(jìn)涼行Pu扇sh鍵ov你er分析,得到嫩結(jié)構(gòu)灶的基小底剪梳力(Vb)和頂表點(diǎn)位忌移(UN)關(guān)系恰曲線(圖1)－能螺力曲托線;14能力偉譜（醋或改坐進(jìn)能慕力譜弱）方釋法2)將結(jié)洋構(gòu)的Pu爬sh洗ov帥er曲線伴轉(zhuǎn)換協(xié)成等善效單紗自由流度體族系譜令加速僵度(A誘)籌-位移(D奪)形式南的能區(qū)力曲艱線(圖2)，mj為結(jié)牢構(gòu)第j層的紀(jì)質(zhì)量然；φj1是第里一振迫型φ在第j層的為元素；N是結(jié)太構(gòu)的魯總層斗數(shù)；M1

是結(jié)則構(gòu)對唉應(yīng)于恐第一觸振型照的廣溉義質(zhì)尖量。15能力賤譜（機(jī)或改萄進(jìn)能奶力譜就）方掉法3)建立供需求獎(jiǎng)譜（de站ma汗nd還s耗pe亭ct震ra），殊并將呆其從謝標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)的加液速度(A)五-周期(Tn)形式笛，轉(zhuǎn)安換成偏譜加隔速度(A)腥-譜位納移(D)形式;建立拔需求幕譜有杏兩種豆方法：i）需求市曲線歷由地嫁震反止應(yīng)譜叢來表島示，磚不同耽阻尼艱比的求譜曲似線組選成一鞋族，粒圖3為根腰據(jù)AT政C-醫(yī)40中的4震區(qū)逐、D類場黑地得管到的暑需求卸譜，智一般充地，5%的阻量尼比印譜曲紛線代報(bào)表對兄線彈乒性結(jié)該構(gòu)地錦震反迅應(yīng)的純能力消需求鵝，結(jié)初構(gòu)的森滯回至非線笑性反還應(yīng)需逮求曲志線由邪對應(yīng)賭的等效同阻尼秋比譜曲脅線表障示（能力減譜方睛法）。16能力亮譜（相或改竄進(jìn)能滔力譜赤）方缺法ii）通過友強(qiáng)度霞折減陪系數(shù)登對彈粘性反限應(yīng)譜慶進(jìn)行炮折減愿得到李非彈捆性反滔應(yīng)譜（改進(jìn)假的能烈力譜祝方法）。17能力嘩譜（侮或改紡進(jìn)能賞力譜膀）方模法ii尸i）將非識彈性姻反應(yīng)追需求因譜與狐簡化甜能力悉曲線彼繪制頃在一縱起，盾求出蛛兩者最的交括點(diǎn)，記即為五目標(biāo)晨位移覽。181920212223無墻有墻24Pu森sh窗ov飛er方法戶的基俱本原逆理Pu付sh恢ov史er方法畫從本胡質(zhì)上包說是桿一種圓靜力沈分析奪方法，即盈對結(jié)琴構(gòu)進(jìn)講行靜指力單枕調(diào)加償載下醒的彈燭塑性盒分析責(zé)。具恨體地掘說：續(xù)在結(jié)稠構(gòu)分傷析模攤型上雄按某拆種方恨式施渣加模趕擬地錄震水房誠平慣鳥性力龍的側(cè)悶向力災(zāi)，并泳逐級踏單調(diào)佛加大遙，直伴到結(jié)火構(gòu)達(dá)嶄到預(yù)跌定的進(jìn)狀態(tài)回（成久為機(jī)緒構(gòu)、獨(dú)位移逢超限疾或達(dá)沸到目誓標(biāo)位窗移，自己節(jié)定義撕的一增個(gè)量）。其優(yōu)餓點(diǎn)突斜出體較現(xiàn)在：較藏底部書剪力之法和勒振型六分解足反應(yīng)浪譜法板，它暢考慮說了結(jié)嗚構(gòu)的齡彈塑蘇性特仔性；惱較時(shí)之程分扭析法么，其微計(jì)算索量較券小，心工作下量較搬?。ǜ坏著B工工彼作量攝增加鴉，所噴以。脾。？）。須意鼓識到Pu撕sh線ov萬er分析奧還只籠是一筑種近悲似而沿且是煌基于些靜力械荷載閱進(jìn)行乘的，朗因此沿它不藥能完授全代墓替時(shí)抖程分廣析方湖法，咳它不軍能檢牙測到富結(jié)構(gòu)隱在強(qiáng)賊烈地際震中是可能勝發(fā)生敬的某筋些重債要變患形模罷式。誘但如鼻果充涉分考條慮其遭限制示性，Pu跡sh碼ov宜er分析捉將是航一種匆結(jié)構(gòu)某抗震扣評估勻的有概利工志具。25考慮里多振忠型影猶響基本秒思路坦：類似墳于振燙型分趟解反削應(yīng)譜棉方法幻玉，每棒個(gè)振曬型單蓮獨(dú)考膽慮（購相當(dāng)溝于對另每個(gè)像振型雀做Pu利sh搭ov悟er分析姻，再伶把結(jié)熟果組蹤蝶合起哀來）26考慮市多振測型影呆響非線取性靜縮慧力過譽(yù)程的位主要告代表本性研豎究：Ch常op脊ra等（20當(dāng)02）提出籍的模風(fēng)態(tài)Pu趙sh豈ov爬er分析(M孟od露al早P池us序ho姨ve泰r踐An樣al埋ys赤is塔,仿MP桃A)方法Ay置di庭no戚gl潔u（20倦03）提出凡的增筑量反喜應(yīng)譜訊分析(I亮nc瓣re馬me淘nt注al惠R壯es和po跳ns希e精Sp都ec蛋tr密um流A前na警ly盞si瘡s,般I蘭RS閑A)方法Ja慎