关于静力弹塑性分析(Push-over)方法--王亚勇.docVIP

第七讲??地震作用和抗震验算新规定 王亚勇??赖??明??吕西林??李英民??杨?溥??郭子雄 （七）??关于静力弹塑性分析 (Push-over)?方法 ??1、引言 静力弹塑性分析（Push-over）方法最早是1975年由Freeman等提出的，以后虽有一定发展，但未引起更多的重视。九十年代初美国科学家和工程师提出了基于性能（Performance-based）及基于位移（Displacement-based）的设计方法，引起了日本和欧洲同行的极大兴趣，Push-over方法随之重新激发了广大学者和设计人员的兴趣，纷纷展开各方面的研究。一些国家抗震规范也逐渐接受了这一分析方法并纳入其中，如美国ATC-40、FEMA-273274、日本、韩国等国规范。我国2001规范提出“弹塑性变形分析，可根据结构特点采用静力非线性分析或动力非线性分析”，这里的静力非线性分析，即主要即是指Push-over分析方法。 2、Push-over方法的基本原理和实施步骤 （1）基本原理 ???Push-over方法从本质上说是一种静力分析方法，对结构进行静力单调加载下的弹塑性分析。具体地说即是，在结构分析模型上施加按某种方式模拟地震水平惯性力的侧向力，并逐级单调加大，构件如有开裂或屈服，修改其刚度，直到结构达到预定的状态（成为机构、位移超限或达到目标位移）。其优点突出体现在：较底部剪力法和振型分解反应谱法，它考虑了结构的弹塑性特性；较时程分析法，其输入数据简单，工作量较小。 （2）实施步骤 (a)??准备结构数据：包括建立结构模型、构件的物理参数和恢复力模型等； (b)??计算结构在竖向荷载作用下的内力（将与水平力作用下的内力叠加，作为某一级水 平力作用下构件的内力，以判断构件是否开裂或屈服）； (c)??在结构每层的质心处，沿高度施加按某种分布的水平力，确定其大小的原则是：水平力产生的内力与（b）步计算的内力叠加后，恰好使一个或一批件开裂或屈服； (d)?????对于开裂或屈服的杆件，对其刚度进行修改后，再增加一级荷载，又使得一个或一????批杆件开裂或屈服； (e)?????不断重复（c）、（d）步，直到结构达到某一目标位移（对于普通Push-over方法）、或结构发生破坏（对于能力谱设计方法）。 ???3、Push-over方法研究进展 （1）Push-over方法对结构性能评估的准确性 许多研究成果表明，Push-over方法能够较为准确（或具有一定的适用范围）反映结构的地震反应特征。Lawson和Krawinkler对6个2~40层的结构（基本周期为0.22~2.05秒）Push-over分析结果与动力时程分析结果比较后，认为对于振动以第一振型为主、基本周期在2秒以内的结构，Push-over方法能够很好地估计结构的整体和局部弹塑性变形，同时也能揭示弹性设计中存在的隐患（包括层屈服机制、过大变形以及强度、刚度突变等）。Fajfar通过7层框剪结构试验结果与Push-over方法分析结果的对比得出结论，Push-over方法能够反映结构的真实强度和整体塑性机制，因此适宜于实际工程的设计和已有结构的抗震鉴定。Peter对9层框剪结构的弹塑性时程分析结果与Push-over方法分析结果进行了对比，认为无论是框架结构还是框剪结构，两种方法计算的结构最大位移和层间位移均很一致。Kelly考察了一幢17层框剪结构和一幢9层框架结构分别在1994年美国Northridge地震和1995年日本神户地震中的震害，并采用Push-over方法对两结构进行分析，发现Push-over方法能够对结构的最大反应和结构损伤进行合理地估计。Lew对一幢7层框架结构进行了非线性静力分析和非线性动力分析，发现非线性静力分析估计的构件的变形与非线性动力分析多条波计算结果的平均值大致相同。笔者曾对6榀框架（层数为3~16，基本周期为0.59~2.22秒）进行了Push-over分析与动力时程分析，发现两种方法计算的结构整体变形（层间位移或顶点位移）及塑性铰分布均较为一致。另外一些研究成果及工程应用也都表明，对于层数不太多或者自振周期不太长的结构，Push-over方法不失为一种可行的弹塑性简化分析方法。 (2)?????水平加载模式 水平加载模式指侧向力沿结构高度的分布，如FEMA-274给出的三种模式分别为均匀分布、倒三角形分布和抛物线分布。从理论上讲，加载模式应能代表在设计地震作用下结构层惯性力的分布，因此不同的加载模式将影响Push-over方法对结构抗震性能的评估。显然，惯性力的分布随着地震动的强度不同而不同，而且随地震的不同时刻、结构进入非线性程度的不同而不同。大多数工程应用采用倒三角形分布的加载模式，并且认为分布模式在加载过程中恒定不变。Krawinkler认