静力弹塑性分析方法在结构抗震分析中的探讨.docVIP

武汉理工大学 《弹塑性力学》课程论文 题 名：静力弹塑性分析方法在结构抗震分析中的探讨 学院（系）： 土木工程与建筑学院 专业班级： 土建研103班 学生姓名： 邹 杰 学 号： 104972102290 指导教师： 李 波 静力弹塑性分析方法在结构抗震分析中的探讨 摘要：在介绍静力弹塑性分析方法的基本原理和实施过程的基础上，阐述了其发展概况，并通过分析其中个别有代表性的Push-over分析方法，以及这种方法在目前建筑结构抗震过程中的应用，简要评述了push-over分析方法的优点以及存在的不足，指出了进一步研究发展的方向。 关键词：静力弹塑性，抗震性能，反应谱，能力谱，push-over 1前言 建筑结构抗震反应分析一般采用底部剪力法、振型分解反应谱法、弹塑性时程分析法等几种计算方法。前两者属于弹性分析方法，计算简便，求解效率高，但是它们不能真实地反映建筑结构在强震过程中的非线性响应。弹塑性时程法虽被认为是目前结构弹塑性分析方法中最可靠的方法，但是由于其分析技术复杂，计算工作量大，并且许多问题在理论上还有待进一步地改进，因此弹塑性时程法通常仅限于理论分析和研究，应用尚不普及。静力弹塑性分析方法既考虑了计算的简便性，又考虑结构在地震作用下的非线性响应特性，是目前一种比较经济可行的结构非线性分析方法。静力塑性分析方法分为两步:其一是对结构进行推覆分析，其二是根据结构推覆分析的结果评估结构的抗震性能。结构推覆分析的关键是能够比较真实地模拟地震作用下结构的弹塑性性能和变形特征;结构抗震性能的评估多采用能力谱方法和结构性能指标。能力谱方法实质上是通过地震反应谱曲线和结构能力谱曲线的叠加来评估结构在给定地震作用下的结构的反应特征。抗震性能评估是在结构推覆分析的基础之上评估结构在给定地震作用下的响应特征，是静力弹塑性分析的重要组成部分。结构的性能评估一般有结构性能指标(应力、位移和能量等)和能力谱设计方法两种评估形式。结构性能指标也可以应用于结构弹塑性动力时程分析结果的评估。接下来将简要的介绍静力弹塑性分析方法的基本原理和分析过程，并指出其分析过程中的优点和不足之处。 2 静力弹塑性分析的基本假定 随着人们对结构弹塑性行为的认识加深和出于经济因素的考虑，广大学者和设计人员希望利用结构的弹塑性行为来抵御强震作用，确保结构“大震不倒”，以及针对不同的地震强度结构处于不同的弹塑性阶段时，保证结构“中震可修”，这些都要求设计者对结构进行弹塑性分析。简便易行的结构静力弹塑性分析法被一些国家抗震规范所接受和采纳，如:ATC-40，FEMA-273274、日本、韩国等国家的抗震规范，我国抗震规范也采用静力弹塑性分析或者弹塑性动力时程分析对不规则结构，有明显薄弱层的结构或者重要结构进行弹塑性变形验算。国外一些商业设计软件也已经开发和增加静力弹塑性分析功能，如Sap2000Nolinear，ETABS等。 结构静力弹塑性分析法由Freeman等于1975年提出，它是采用结构推覆分析法对结构进行静力弹塑性分析，并且在静力弹塑性分析的结果基础之上应用能力需求谱对结构的抗震性能作出评估。结构推覆分析和抗震性能评估是静力弹塑性分析方法相互关联的两个重要过程。静力弹塑性分析方法基本原理是首先以某种方法得到结构在可能遭遇地震作用下所对应的位移限值，然后对结构施加竖向荷载的同时，将表征地震作用的一组侧向荷载以单调递增的形式作用到结构上，在达到位移限值时停止荷载递增，最后在荷载终止状态对结构进行抗震性能评估，判断是否可以保证结构在该水平地震作用下满足功能要求。 这种方法从本质上说是一种静力非线性计算方法，其最根本的特征是用静力荷载描述地震作用，在地震作用下考虑结构的弹塑性性能。结构推覆分析可以对关键单元或重要构件的变形做近似估计，发现一些设计中潜在的不利因素，如强度或刚度突变等;找到结构可能发生大变形的部位，以及结构的传力途径、构件塑性铰的发展和屈服次序等。静力弹塑性分析是以以下两个基本假定为基础的: 1)、假定结构的地震反应与某一等效的单自由度体系相关，这就意味着结构的地震反应仅由第一阶振型控制; 2)、结构沿高度的变形形状可由形状向量表示，即变形形状保持不变。以上两个基本假定条件下的多自由度结构，用静力弹塑性分析方法可以很准确的预测其最大地震反应。 3 结构推覆分析(pushover)过程 1、建立结构构件的弹塑性模型，本文中梁、柱单元均采用杆系模型，认为构件的塑性变形全部集中于预先设定的“塑性铰”(具体见第三章)，其余部分只有弹性变形。 2、对结构施加竖向重力荷载，以考虑结构自重和结