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1、科技論壇·21·Pushover分析原理與MIDAS/GEN計(jì)算實(shí)例崔延衛(wèi)李建新(河南省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南鄭州450014)摘要:闡述了Pushover分析的基本原理和步驟,對利用能力譜方法求目標(biāo)位移等關(guān)鍵問題進(jìn)行探討。并對一個(gè)十二層框架進(jìn)行Pushover分析,結(jié)果表明Pushover分析方法是結(jié)構(gòu)性能評價(jià)的有效方法。關(guān)鍵詞:Pushover分析方法;能力譜;需求譜Abstract:Thebasicprinciplesandprocessesofpushoveranalysisareintroduced.Somecrucialaspects,solvingtheprob
2、lemoftar－getdisplacementwiththecapacityspectrummethod,arediscussedindetailOnetwelve2storyreinforcedconcreteframestructureisana－lyzedbythemethodofpushoveranalysis.Themethodhasbeenprovedtobeeffectivefortheevaluationstructureperformance.Keywords:Pushoveranalysis;Capacityspectum;Demandspectrum作為結(jié)構(gòu)
3、抗震性能分析的重要方法之一，Pushover分析將非線性靜力計(jì)算結(jié)果與彈性反應(yīng)譜緊密結(jié)合起來，用靜力分析的方法預(yù)測結(jié)構(gòu)在地震作用下的動(dòng)力反應(yīng)和抗震性能，在基于性能的抗震設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。1Pushover分析方法的基本原理Pushover方法是近年來國內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的一種地震反應(yīng)靜力彈塑性分析方法，利用靜力彈塑性分析(PushoverAnalysis)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的優(yōu)點(diǎn)在于:既能對結(jié)構(gòu)在多遇地震下的彈性設(shè)計(jì)進(jìn)行校核,也能夠確定結(jié)構(gòu)在罕遇地震下潛在的破壞機(jī)制,找到最先破壞的薄弱環(huán)節(jié),從而使設(shè)計(jì)者僅對局部薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行修復(fù)和加強(qiáng),不改變整體結(jié)構(gòu)的性能,就能使整體結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)定的使用
4、功能。對多遇地震的計(jì)(a)基底剪力-位移曲線(b)譜加速度-譜位移曲線算,可以與彈性分析的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,看總側(cè)移和層圖1荷載-位移曲線轉(zhuǎn)換為ADRS模式的能力譜間位移角、各桿件是否滿足彈性極限要求,各桿件是否處于彈性狀態(tài);對罕遇地震的計(jì)算,可以檢驗(yàn)總側(cè)移和層間位移角、各個(gè)桿件是否超過彈塑性極限狀態(tài),是否滿足大震不倒的要求。Pushover方法沒有嚴(yán)密的理論基礎(chǔ),它是基于以下兩個(gè)假設(shè)[1]:a.假定結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)與某一等效的單自由度體系相關(guān),這就意味著結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)僅由第一振型控制;b.在整個(gè)地震反應(yīng)過程中，結(jié)構(gòu)的形狀向量保持不變。顯然,以上兩個(gè)假設(shè)都不盡完善,側(cè)向荷載的分布形式只與
5、結(jié)構(gòu)的基本自振周期和振型有關(guān),沒有考慮到結(jié)構(gòu)高階振型的影響;振型(a)標(biāo)準(zhǔn)模式(b)ADRS模式向量一般只憑經(jīng)驗(yàn)假定,現(xiàn)階段沒有具體可行的辦圖2標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜轉(zhuǎn)換為ADRS模式的需求譜法,而振型向量選取的正確與否對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的確定有較大的影響。但經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)研究表明,對于地震反應(yīng)由第一振型控制的多自由度結(jié)構(gòu),Pushover方法可以很準(zhǔn)確地預(yù)測結(jié)構(gòu)的最大地震反應(yīng)。2Pushover分析方法的實(shí)施步驟MIDAS/GEN程序提供的靜力彈塑性分析方法,基于兩本手冊[2]:美國技術(shù)應(yīng)用委員會(huì)的《混凝土建筑抗震評估和修復(fù)》(ATC-40)和美國聯(lián)邦緊急管理廳的《房屋抗震加固指南》(FEMA2
6、73/274)，其中混凝圖3性能點(diǎn)的確定圖4模型平面圖土塑性鉸特性和性能指標(biāo)來自于ATC-40,而靜力彈塑性分析的具體方法則采用了ATC-40的能力譜法。而Pushover方2.3建立需求譜曲線法的主干部分,即分析部分采用的是能力譜法，來自于ATC-40。需求譜曲線分為彈性和彈塑性兩種需求譜。對彈性需求譜,可以其主要步驟如下:通過將典型(阻尼比為5%)加速度Sa反應(yīng)譜與位移Sd反應(yīng)譜畫在同2.1基底剪力-位移曲線的計(jì)算一坐標(biāo)系上(圖2(a)),根據(jù)彈性單自由度體系在地震作用下的運(yùn)動(dòng)方程可知Sa和Sd之間存在下面的關(guān)系[4]:用單調(diào)增加水平荷載作用下的靜力彈塑性分析,計(jì)算結(jié)構(gòu)的基底
7、剪力-頂點(diǎn)位移曲線(圖1a)。S=TSd4Pa2.2建立能力譜曲線(1)對不很高的建筑結(jié)構(gòu),地震反應(yīng)以第一振型為主,可用等效單自從而得到Sa和Sd之間的關(guān)系曲線,即ADRS格式的需求譜由度體系代替原結(jié)構(gòu)。因此,可以將荷載-位移曲線轉(zhuǎn)換為譜加速(圖2(b))。度-譜位移曲線[3],即能力譜曲線(圖1b)。將能力譜曲線和某一水準(zhǔn)地震的需求譜曲線在同一坐標(biāo)系中·22·科技論壇Sa-Sd(ADRS)格式能力譜曲線以及5%、10%、15%、20%阻尼的ADRS格式罕遇地震反應(yīng)
