弹塑性时程分析法精要.ppt

2 结构的振动计算模型 除了上述模型之外，目前运用较多的还有多串集中质量模型、串并联质点系模型以及对高层建筑钢筋混凝土剪力墙和钢框架组合结构。 3 结构的弹塑性本构模型 弹塑性本构关系模型是时程分析的核心，也是决定时程分析精度的主要因素。在弹塑性本构关系问题上，重点是确定恢复力模型，即提供地震反应计算用的恢复力-变形关系的数学模型。试验表明，构件的轴压比、纵向钢筋配筋率、箍筋的配筋率等因素，对构件的滞回特性、耗能能力都有明显影响。 3 结构的弹塑性本构模型 钢筋混凝土杆件的滞回曲线 （a）弯曲杆；（b）剪切杆 3 结构的弹塑性本构模型 分段直线型恢复力模型 常用的分段直线型模型有双线型和三线型两种干线形式。二线型通过两段斜率不同的直线来描述干线；而对于混凝土结构来说，由于有出现裂缝和逐步形成塑性区（或多个塑性阶段）的过程，一般主张采用三条（或更多的）直线作为干线，即三线型。 3 结构的弹塑性本构模型 二线型模型-不考虑退化的恢复力模型 3 结构的弹塑性本构模型 不同过渡状态转折点的处理 在运动方程的逐步积分过程中，时间步长的分断点一般不会恰好与恢复力模型的转折点相符合。这时就会出现积分时间步长的一部分处在弹性阶段，另一部分已进入弹塑性阶段。因此，在计算时对过渡的转折点要专门加以处理。 3 结构的弹塑性本构模型 由弹性进入弹塑性 在上图中点A、C、E都是由弹性阶段过渡到弹塑性阶段的转折点。例如，对点E的处理，应该采用转折前后不同刚度进行计算，转折点前处于陡线段，用陡线刚度计算恢复力；转折点后，处于缓线段，用缓线刚度计算恢复力。 对于高层建筑，由于构件数量太大，在弹性进入弹塑性的转换点的处理，如果要使各杆在转折点的“冲出”都取得同步，势必要将一步分成若干小步计算，这将增加很大的计算工作量，这时我们也可以采用过渡刚度的方法来解决。 3 结构的弹塑性本构模型 由弹塑性进入弹性 图中B、D两点都是由弹塑性阶段过渡到弹性阶段的转折点。则在图中第i步已求得速度大于0，按正常的时间步长及缓线恢复力计算，算出下一步的速度小于0，表明已越过转折点。 3 结构的弹塑性本构模型 考虑退化的分段直线回归 克拉夫退化型 主要反映第一循环以后的再加载时初始刚度的降低与前一循环的最大变形有关这一特性。 3 结构的弹塑性本构模型 尼尔森退化型 主要反映屈服后的卸载刚度的降低与塑性变形量有关的这一特性。 结构抗震分析与设计 主讲：李彬 * * 1 弹塑性时程分析法概述 2 结构的振动计算模型 3 结构的弹塑性本构模型 4 结构振动模型的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵 5 对选用地震波的要求 6 结构动力平衡方程的求解方法 主要内容 时程分析法：从建筑结构的基本运动方程出发，直接输入对应于建筑物场地的若干条实际地震及速度记录或人工模拟的加速度时程曲线，通过积分运算求得在地面加速度随时间变化期间内结构的各种反应值，这种计算方法称为结构的时程分析法，亦称直接动力法、数值积分法。 1 弹塑性时程分析法概述 1 弹塑性时程分析法概述 高层建筑结构采用时程分析法可以达到以下目的： 能够比较好地描述出结构物在地震时实际的受力和变形状态，能够比较真实的揭露出结构中的薄弱环节，以便有效地改进结构的抗震设计 其计算结果是对振型分解反应谱法的补充，即根据差异的大小和实际可能，对反应谱法计算结果，按照总剪力判断、位移判断，以结构层间剪力和层间变形为主要控制指标，加以比较、分析，适当调整反应谱的计算结果，从而取得较为合理的抗震安全度和经济效果； 能够对已有的重要建筑物做出正确的抗震能力效评，从而从理论上指导现有结构的抗震加固工作； 可以用空间的弹塑性时程分析作为平面的弹塑性时程分析以及弹性时程分析等各种简化计算方法的比较标准。 1 弹塑性时程分析法概述 弹性时程分析法：在第一阶段抗震计算中，建筑抗震设计规范规定了用时程分析法进行补充计算，这时的计算所采用的刚度矩阵[K]和阻尼矩阵[C]保持不变。 弹塑性时程分析法：在第二阶段抗震计算中，建筑抗震规范规定采用时程分析法进行弹塑性变形计算，这时结构的刚度矩阵[K]及阻尼矩阵[C]随结构及其构件所处的变形状态，在不同时刻可能取不同的数值，称为弹塑性时程分析。弹塑性时程分析法是第二阶段抗震计算时估算结构薄弱层弹塑性层间变形的最基本的方法。 1 弹塑性时程分析法概述 弹塑性时程分析法因考虑材料的非线性，是非线性振动问题，叠加原理已不能适用，故不能采用振型分析法。常用的方法是将地面运动时间分割成许多微小的时段，相隔?t，然后在每个时间间隔?t内把结构体系当作线性体系来计算，逐步求出体系在各时刻的反应。 1 弹塑性时程分析法概述 弹塑性时程分析分为平面弹塑性分析以及空间弹塑性分析 平面弹塑性分析：在进行结构