东南大学丁幼亮工程结构抗震分析- 静力弹塑性分析法.pptVIP

§5 静力弹塑性分析法 5.3.2 结构的地震需求谱 通过求得结构的等效单自由度体系的能力谱后，要评估结构的抗震性能，还必须将其与结构的地震需求谱相结合并进行比较，以确定在不同水准地震作用下结构的性能状态。 结构的地震需求谱是指某一地震动对地面上的结构引起的最大加速度反应和最大位移反应的关系曲线，即以位移反应谱Sd 为横坐标，加速度反应谱Sa为纵坐标建立的关系曲线，也称为A-D格式的需求谱图。 结构的地震需求谱可以分为以下两种类型： ①与等效粘滞阻尼比有关的弹性地震需求谱； ②与结构位移延性系数有关的弹塑性地震需求谱。 §5 静力弹塑性分析法 弹性地震需求谱通常以现行建筑抗震设计规范中的设计反应谱为依据，传统的设计反应谱是以加速度-周期为坐标形式定义的，为此只需将其转化为谱位移-谱加速度的形式就可以得到单自由度体系的弹性地震需求谱（如图5.3.2所示），在此基础上进一步按照非线性体系等效线性化的方法，获得不同非线性阶段结构的等效粘滞阻尼比和等效自振周期，并按照等效粘滞阻尼比对弹性地震需求谱进行折减，就得到相应的结构弹性地震需求谱。 ATC-40和FEMA273/274在求得等效单自由度体系的简化双折线能力谱的基础上，确定等效单自由度体系的等效自振周期和等效粘滞阻尼比，然后做出对应于不同阻尼比的结构弹性地震需求谱。 图5.3.2 典型弹性加速度和位移反应谱 弹塑性地震需求谱是利用适当的强度折减系数对弹性地震需求谱进行折减得到的。为了考虑结构的弹塑性，世界许多国家的规范采用对弹性地震作用予以折减的方法，其中一种方法就是引用力的折减系数（即强度折减系数），采用等价线性化方法近似考虑结构的非线性特征。 所谓强度折减系数，是指结构体系在给定地面运动作用下保持弹性要求的侧向屈服强度与在相同地面运动作用下保持位移延性系数小于或等于事先确定的目标位移延性系数时的侧向屈服强度之比值。在确定了强度折减系数之后，分别对Sd、Sa进行折减，则弹性的谱加速度-谱位移曲线转化为弹塑性的谱加速度-谱速度曲线，即结构的弹塑性地震需求谱曲线。 强度折减系数受多种因素影响，不仅与震级、震源机制、地震波传播途径、地震动持时、场地条件、阻尼比、滞回模型、屈服后刚度、体系的初始自振周期等有关，而且各个影响参数并不完全相互独立，因而给确定强度折减系数带来了一定的困难。 §5 静力弹塑性分析法 5.3.3 目标位移与结构性能评估 确定目标位移是Pushover分析中关键的一步，在确定目标位移之后，将结构按选定的水平加载模式推至目标位移，就可以对结构的弹塑性特性进行评估。因此，目标位移是在设计地震动作用下结构整体可达到的最大期望位移（即结构的目标性能要求），由于顶层位移能直接有效地度量结构的整体位移反应，且能与单自由度体系的质点位移相对应，因此通常将设计地震作用下的结构顶层质心处的位移定义为目标位移。 根据前述等效单自由度体系和原多自由度体系的关系，结构目标位移的计算可以转化为计算设计地震作用下的等效单自由度体系的位移需求。等效单自由度体系的位移需求计算，具体有两种基本方法：①如果设计地震是以反应谱的形式给出，等效单自由度体系的位移反应可以通过对弹性地震反应谱进行转换和修正求得，也可以直接通过弹塑性位移反应谱求得；②如果设计地震是以加速度时程记录的形式给出，则等效单自由度体系的位移反应可以直接对单自由度体系进行弹塑性动力时程分析求得。 本节介绍目标位移确定的两种常用方法：能力谱法和等效位移系数法。 §5 静力弹塑性分析法 5.3.3.1 能力谱法 （1） 原理： 能力谱法是将Pushover分析得到的结构能力谱和地震需求谱曲线相结合确定结构在一定地震动下的反应值，采用图形形式来确定结构的目标位移，比较结构在遭受不同准地震作用下的能力和需求，从而评价结构的抗震性能。 （2）种类： 能力谱法可以分为延性系数能力谱法和等效粘滞阻尼能力谱法。 采用延性系数能力谱法的分析步骤如下： 按规范进行结构承载力设计； 采用Pushover分析计算得到结构能力曲线，即基底剪力Vb－顶点位移ut 曲线； 建立能力谱曲线，用等效单自由度体系代替原结构，将Vb－ut 曲线转换为谱加速度Sa－谱位移Sd 曲线，即能力谱曲线； 建立需求谱曲线，可将规范的加速度反应谱转换为Sa－Sd谱曲线，并按不同的延性系数折减成弹塑性Sa－Sd谱曲线； 确定结构的等效延性系数，将能力谱曲线和需求谱曲线画在同一坐标系中，检验结构的