弹塑性动力时程分析概述_张剑.pdf

2009年9月  第6卷  第3期                   深圳土木与建筑                  VOL.6 NO.3 SEP2009    弹塑性动力时程分析概述    张剑  （深圳大学建筑设计研究院）    【摘要】本文简要介绍了弹塑性动力时程分析的目的、原理和方法，对目前弹塑性动力时程分析软件的基 本假定、模型、算法等方面作了扼要的描述和比较，并对上述软件的使用作出了建议。  【关键词】弹塑性动力时程分析,  混凝土塑性损伤模型，显式算法。    1引言  结构分析的主要目标是获取结构的位移场、应  随着人们对建筑功能与美观等方面的要求不 变场及应力场，三者之间具有密切的关系，故我们 断增加及建筑师的创作水平日益提高，建筑结构的 仅需获得结构位移场即可。通过离散化的方法，可 形态日趋复杂。另一方面，人们对结构的安全性与 将结构的弹塑性动力学方程表达如下：  经济性的要求越来越高，导致结构设计难度越来越    1  大，传统的一些简化分析计算手段已难以满足复杂 式中：为节点位移向量，结构连续体的位移 结构的设计要求。此外，结构受力变形过程本来就 场可通过节点位移向量求得；为质量矩阵；为 是一个非线性动态过程，要实现结构的设计目标， 阻尼矩阵；为刚度矩阵；为外力向量函数；为 就要正确把握结构的真实行为，也就必须依据结构 时间变量。地震作用时， ，其中 为地 真实受力变形机制进行分析。基于上述原因，人们 面运动加速度，即地震波。  致力发展结构非线性动力分析方法，弹塑性动力时 由于在外力作用下，结构可能具有几何非线性 程分析属其中的一类分析方法。  与本构非线性（弹塑性本构是非线性本构中的一 2弹塑性动力时程分析的目的  种），结构的形态、刚度矩阵及阻尼矩阵不断变化， 结构的抗震设计是结构设计的一项基本内容， 使得上述方程的求解非常复杂。就刚度矩阵而言， 抗震设计的基本目标是“小震不坏，中震可修，大 它是由单元刚度矩阵 Ke 组装而成。根据弹塑性力 震不倒”。另外，根据不同建筑的安全需求与经济 学，单元刚度矩阵可表达为：  方面的许可程度，按照性能化目标的思想，抗震设 计目标可在基本目标下进一步细化与提高。一般来    2   说，在安全与经济双重目标要求下，结构在小震状 态下，它处于弹性状态，变形也较小，此时采用线 式中：为几何矩阵，通过几何矩阵，由 弹性方法分析内力与变形是可行的。结构在中震状 位移可求得应变；为本构矩阵，通过本构矩阵， 态下，少部分构件已进入塑性状态且变形加大。此 由应变可求得应力。由于非线性效应，、矩 时，若仍然采用线弹性的方法来分析，则存在较大 阵是不断变化的。对弹塑性问题而言，一旦知道