建筑彈塑性分析問題

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1、彈塑性分析方法靜力彈鴉性分析(PUSH-OVERANALYSIS)方法也稱為推覆法，該方法基于美國的FEMA-273抗震評估方法和ATC-40報告，是一種介于彈性分析和動力彈敎性分析之間的方法，其理論核心是“目標位移法"和“承載力譜法”。1引言《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》5.5.2條規(guī)定，對于特別不規(guī)則的結(jié)構(gòu)、板柱一抗震墻、底部框架磚房以及高度不大于150m的高層鋼結(jié)構(gòu)、7度三、四類場地和8度乙類建筑小的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)宜進行彈敎性變形驗算。對于高度人于150m的鋼結(jié)構(gòu)、甲類建筑等結(jié)構(gòu)應進行彈塑性變形驗算。《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》5.1.13條也規(guī)定，對丁級高度的高層建筑結(jié)構(gòu)

2、和復雜高層建筑結(jié)構(gòu)，如帶轉(zhuǎn)換層、加強層及錯層、連體、多塔結(jié)構(gòu)等,宜采用彈塑性靜力或動力分析方法驗處薄弱層彈塑性變形。歷史上的多次震害也證明了彈塑性分析的必要性：1968年日本的十櫥沖地震中不少按等效靜力方法進行抗震設(shè)防的多層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)遭到了嚴重破壞，1971年美國SanFernando地震、1975年H本人分地震也出現(xiàn)了類似的情況。相反，1957年墨西哥城地震小11?16層的許多建筑物遭到破壞，而首次采用了動力彈?塑性分析的一座44層建筑物卻安然無恙，1985年該建筑又經(jīng)歷了一次8.1級地震依然完好無損?？梢钥闯?，隨著建筑高度迅速增長，復雜程度日益提高，完全釆用彈性理論進行結(jié)

3、構(gòu)分析計算和設(shè)計已經(jīng)難以滿足需耍，彈塑性分析方法也就顯得越來越重耍。2現(xiàn)冇彈塑性分析方法綜述2靜力彈塑性分析計算方法(1)建立結(jié)構(gòu)的計算模型、構(gòu)件的物理參數(shù)和恢復力模型等;(2)計算結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的內(nèi)力；(3)建立側(cè)向荷載作用下的荷載分布形式，將地震力等效為倒三角或少第…振型等效的水平荷載模式。在結(jié)構(gòu)各層的質(zhì)心處，沿高度施加以上形式的水平荷載。確定其人小的原則是：水平力產(chǎn)生的內(nèi)力與前一步計算的內(nèi)力疊加后，恰好使一個或-?批桿件開裂或屈服；(1)對于開裂或屈服的桿件，對其剛度進行修改示，再增加一級荷載，又使得一個或一批桿件開裂或屈服；(2)不斷重復步驟(3)、(4),直至結(jié)構(gòu)

4、達到某一目標位移或發(fā)生?破壞，將此時的結(jié)構(gòu)的變形和承載力與允許值比較，以此來判斷是否滿足“大震不倒”的要求。計算模型POA方法中結(jié)構(gòu)的彈塑性是通過定義構(gòu)件力和變形的關(guān)系曲線實現(xiàn)。對于梁和柱，可以校為準確的模擬。但是對于剪力墻，一直沒冇理想的計算模型，冃前可以進行POA的商用計算軟件包括MIDAS/GEN等，是將剪力墻簡化為兩根剛體梁通過菲線性彈簧(包括軸向變形、彎Illi變形、剪切變形彈簧)連接的形式，如圖1所示，相對于売單元而言比較粗糙。而SAP2000.ETABS等程序目前只能對框架結(jié)構(gòu)進行POA分析，對于帶剪力墻的結(jié)構(gòu)只能人為簡化為桿系模擬。圖1POA剪力墻計算模型POA方

5、法的優(yōu)缺點該方法的優(yōu)點是：⑴相比目前的承載力設(shè)計方法，POA可以估計結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的非線性變形，比承載力方法接近實際；(2)相對于彈塑性時程分析，POA方法的概念、所需參數(shù)和計算結(jié)果相對明確，構(gòu)件設(shè)計和配筋是否合理能夠直觀的判斷，易被工程設(shè)計人員接受；(3)可以花費相對較少的時間和費川得到較穩(wěn)定的分析結(jié)果，減少分析結(jié)果的偶然性,達到工程設(shè)計所需要的變形驗算精度。該方法的缺點是：(1)POA方法將地震的動力效應近似等效為靜態(tài)荷載，只能給岀結(jié)構(gòu)在某種荷載作用下的性能，無法反映結(jié)構(gòu)在某一特定地震作川下的表現(xiàn)，以及由于地震的瞬時變化在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的剛度退化和內(nèi)力重分布等非線性動力反應；(2)計

6、算中選取不同的水平荷載分布形式，計算結(jié)果存在一定的差異，為授終結(jié)果的判斷帶來了不確定性；(3)POA方法以彈性反應譜為基礎(chǔ)，將結(jié)構(gòu)簡化為等效單白由度體系。因此，它主耍反映結(jié)構(gòu)第一周期的性質(zhì)，對于結(jié)構(gòu)振動以第一振型為主、基本周期在2秒以內(nèi)的結(jié)構(gòu)，POA方法較為理想。當較高振型為主要時，如高層建筑和具有局部薄弱部位的建筑，POA方法并不適用；(1)對于工程中常見的帶剪力墻結(jié)構(gòu)的分析模型尚不成熟，三維構(gòu)件的彈塑性性能和破壞準則、幫性較的長度、剪切和軸向變形的非線性性能有待進一步研究完善。正是由于存在以上的一些缺點，對于目前工程中遇到的許多超限結(jié)構(gòu)分析，POA方法顯得力不從心，人們逐漸開

7、始重視動力彈測性分析方法的理論研究和匸程應用。3動力彈塑性時程分析彈塑性時程分析方法將結(jié)構(gòu)作為彈塑性振動體系加以分析，直接按照地震波數(shù)據(jù)輸入地面運動，通過積分運算，求得在地面加速度隨時間變化期間內(nèi)，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形隨時間變化的全過程，也稱為彈塑性直接動力法?；驹矶嘧杂啥润w系在地面運動作用下的振動方程為：式中、、分別為體系的水平位移、速度、加速度向量；為地血運動水平加速度，、、分別為體系的剛度矩陣、阻尼矩陣和質(zhì)量矩陣。將強震記錄下來的某水平分量加速度一時間曲線劃分為很小的時段，