abaqus在超高层结构动力弹塑性分析中的应用1 - 震灾防御技术.pdf

第 5 卷 第 1 期 震灾防御技术 Vol. 5, No. 1 2010 年 3 月 Technology for Earthquake Disaster Prevention Mar., 2010 阎红霞，杨庆山，张丽英，2010. ABAQUS 在超高层结构动力弹塑性分析中的应用. 震灾防御技术，5 （1）：108—115. ABAQUS在超高层结构动力弹 塑性分析中的应用1 ， ） ） ） 1 2 2 3 阎红霞 杨庆山 张丽英 1）河北大学建筑工程学院，保定 071002 2 ）北京交通大学土木建筑工程学院，北京 100084 3 ）中交第一公路勘察设计研究院有限公司，西安 710068 摘要 本文概述了现有的弹塑性分析方法即静力和动力弹塑性分析方法，并比较了其优缺点。同 时，应用大型有限元软件ABAQUS对西昌某超高层建筑进行了动力弹塑性时程分析，对动力弹塑性 时程分析方法在高层、特别是在超限高层分析中的推广和应用提供了有益的参考和借鉴。 关键词：静力弹塑性分析 动力弹塑性分析 ABAQUS 超高层 引言 我国《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2001 ）指出，高层建筑以“三水准设防目标，两 阶段设计步骤”进行设计，即在第一设计阶段以结构在“小震”作用下的弹性分析进行结构 截面承载力设计，并用特定配筋以增强截面强度和构件延性，从而达到结构“中震可修”和 “大震不倒”的设防目标；在第二设计阶段要求对结构进行罕遇地震下的弹塑性变形验算，其 中《建筑抗震设计规范》第 3.6.2 条规定：不规则且具有明显薄弱部位可能导致地震时严重破 坏的建筑结构，应按本规范有关规定进行罕遇地震作用下的弹塑性变形分析；《高层建筑混凝 土结构技术规程》（JGJ 3-2002 ）第5.1.13 条规定：对于 B 级高度的高层建筑结构和复杂高层 建筑结构，宜采用弹塑性静力或动力分析方法验算薄弱层的弹塑性变形。但是，目前对于复 杂高层及超高层建筑，如何进行罕遇地震下的弹塑性变形验算以实现“大震不倒”的设防目 标，仍是有待解决的问题。鉴于此，本文基于大型通用有限元软件 ABAQUS ，利用其丰富的 单元及材料库、强大的非线性计算功能，对西昌某超高层结构进行了罕遇地震作用下动力弹 塑性时程分析，为结构在罕遇地震下的弹塑性变形验算提供了有益的参考和借鉴。 1 弹塑性分析方法 目前确定结构在大震作用下的弹塑性变形有2 种方法：静力弹塑性分析方法和动力弹塑 1 基金项目 河北大学校内基金项目（2005Q22 ）资助 [收稿日期] 2010-03-15 [作者简介] 阎红霞，女，生于 1976 年。博士研究生，讲师。主要从事工程抗震方面的研究。E-mail: hongxiayan@126.com 1 期 阎红霞等：ABAQUS 在超高层结构动力弹塑性分析中的应用 109 性时程分析方法（王涛，2006 ）。 1.1 静力弹塑性分析方法 基于美国 FEMA-273 抗震评估方法和 ATC-40 报告的静力弹塑性分析（PUSH-OVER ANALYSIS ）方法，理论核心是“目标位移法”和“承载力谱法”，该方法介于弹性分析和动 力弹塑性分析之间，我国抗震规范也将该方法作为验算在罕遇地震下结构弹塑性变形的方法之 一。其具体步骤为：对结构按照一定的水平加载方式施加单调递增荷载，直到将其推至既定的 目标位移或呈现不稳定状态为止，然后分析结构进入非线性状态时的反应，从而判断结构及其 构件的变形受力是否满足设计要求。相比目前的承载力设计方法，该方法可以估计结构和构件 的非线性变形，更接近实际；而相对于动力弹塑性分析，该方法的概念、所需参数和计算结果 相对明确，构件设