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复杂高层结构大震弹塑性静力和动力分析对比研究
维普资讯
2007年3月 第4卷 第 1期 深圳土木与建筑 VOL.4 No.1MAR2007
复杂高层结构大震弹塑性静力和动力分析对比研究
滕 军1王兴法2李祚华1 陈 勤z王孝峰
(1哈尔滨工业大学深圳研究生院 2华艺设计顾问有限公司)
【摘要】本文在基于大型通用有限元软件ABAQUS的基础上,利用ABAQUS丰富的单元及材料库、强大的
非线性计算功能,并采用相应的计算模型和数值计算方法,对复杂高层结构罕遏地震作用下进行了弹
塑性动力分析, 并和Pushover分析结果及振动台试验结果进行了初步的对比研究,认为弹塑性动力时
程分析方法更为合理、计算结果更为精确,是在罕遏地震作用下结构验算更为可靠的分析方法。
【关键词】 复杂高层结构 推覆分析 动力弹塑性分析 混凝土弹塑性损伤模型
1.引言 样交替进行下去得到结构的弹塑性地震反应。目前
近年来,结构抗震性能的理论和应用研究在地 常见的静力弹塑性分析方法有Q模型方法 [、能力谱
震工程领域已得到了很大的发展。研究 目的是要掌 方法[、等位移系数法[、适应谱Pushover分析
握在地震作用下特别是罕遇地震作用下结构的性能状 方法[4l、模态PushOVer分析方法[5l。其中前三种
态。以往的弹性分析方法无法确切的掌握结构在大 方法适用于中低层结构,对于高阶振型影响不能忽
震下进入塑性后的实际反应。特别是对于复杂的不 略的结构则不适用。适应谱Pushover分析方法虽然
规则结构,如果存在薄弱部位可能会在地震作用下 考虑了多振型组合对结构的影响,但是荷载仍是基
首先进入塑性阶段 ,大量吸收地震能量并导致破 于弹性反应谱的。模态Pushover分析方法是 目前较
坏,还可能因为局部破坏而造成结构的整体倒塌, 为精确的方法,不但可以考虑结构高振型的影响,
这对于复杂结构设计无法确保安全。那么如何对结 而且还适用于非对称结构,但是性能点的确定仍然
构进行罕遇地震下的结构抗震性能评估,建立定量 很近似,对于横向承载力退化显著的结构不宜采用
的破坏评估指标,就显得尤为重要。目前被工程界 此方法。动力弹塑性分析方法是通过基底输入地震
普遍接受的破坏评估指标是建立在位移首次超越和塑 动,依据结构或者构件的弹塑性恢复力特性,对结
性累积损伤联合效应的基础之上,即认为结构最大 构基本动力方程进行逐步积分,从而获得结构输入
位移与累积损伤的破坏界限将相互影响,随着累积 地震动的弹塑性时程反应,它可 以反映地震动幅
损伤的增大,结构最大位移的控制界限不断降低; 值 、频率、持时对结构反应的影响。
反过来,随着最大位移的增大,结构累积损伤的控 目前技术条件下Pushover已经在一定程度上走
制界限亦不断降低。建筑结构在遭受罕遇地震时会 向实用,动力弹塑性分析近年来也有一定的发展,
进入塑性阶段,因此有必要采用弹塑性分析方法分 目前随着硬件及软件平台技术的不断提高,及全面
析结构进入塑性阶段的真实反应。现有的弹塑性分 掌握混凝土材料的本构关系,结构的动力弹塑性分
析方法通常分为两类:静力弹塑性分析方法和动力 析必将更加准确可行。
弹塑性分析方法。 有限元分析方法作为一个强有力的数值分析工
静力弹塑性分析方法 (Pushover)是一简化的 具,在钢筋混凝土结构的非线性分析中已起到越来
弹塑性分析方法,采用沿高度按一定行式分布的模 越大的作用,目前针对于钢筋混凝土结构弹塑性分
拟地震的等效侧力作用于结构,且逐步增大,得到 析方法可以分为宏观有限元方法和微观有限远方法
每个杆件在地震作用下的内力和变形,若结构某一 [引 。 由于过去计算条件有限、混凝土的本构关系研
个杆件进入塑性状态,则修改其刚度继续加载,这 究成果和实验数据都不很充分,因此在 尚未发展出
更为有效的使用分析方法前,基于构件或者结构的
滕军,男,哈尔滨工业大学深圳研究生院,教授,博士生导师
一 部分作为一个单元的宏观有限元方法得到了广泛地
地址:深圳市南山区西丽深圳
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