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PUSHOVER与SAP2000

专业软件讲座建筑结构.技术通讯 2007年3月通用结构分析与设计软件SAP2000中文版知识选讲(二)

Pushover分析与SAP2000

李胜林邓映捷

(北京金土木软件技术有限公司 100044)

1概述

抗震规范、高层混凝土规范和高钢规都规定了某些结构在特定水平的地震作用下,需进行结构弹塑性变形的验算。弹塑性计算可以采用两种方法:1)静力非线性(Pushover 分析)方法;2)动力弹塑性时程分析方法。

Pushover分析方法是一种将静力弹塑性分析与反应谱相结合、进行图解的快捷计算方法,结果具有直观、信息丰富的特点,且解相对稳定,求解时间较短。该方法既能对结构在多遇地震下的弹性设计结果进行校核,如校核总侧移和层间位移角、各杆件是否满足弹性极限要求,各杆件是否处于弹性状态等;也能够确定结构在罕遇地震下潜在的破坏机制,找到最先破坏的薄弱环节,这样设计者可仅针对局部薄弱环节进行加强,还可以检验总侧移和层间位移角、各个杆件是否超过弹塑性极限状态,是否满足大震不倒的要求。

国内外的工程在进行弹塑性计算时,绝大多数还是首选Pushover法。下面结合SAP2000程序对Pushover方法进行讲解,对用户常遇到的问题做一些总结。

2Pushover分析基本过程

Pushover分析基本过程是:在某种分布形式的侧向力或侧向位移的逐步增大作用下,结构模型控制点达到目标位移或结构倾覆。将表示结构抗侧能力的基底剪力-顶点位移曲线转换为谱位移-谱加速度曲线,与需求谱曲线相结合得到性能点。通过比较结构在性能点的行为与预先定义的容许准则,确定设计目标是否满足。Pushover计算分成两个阶段:第一阶段为以位移为基本量,不断增大侧向作用,得到结构的抗侧能力;第二阶段将多自由度体系转换为单自由度体系,与反应谱曲线相结合,确定结构在预定地震水平下的反应。

一般第一阶段需根据工程情况考虑侧向加载模式、在一个加载模式中荷载的比例关系、是否考虑重力p-Δ效应等。侧向加载方式主要是为了模拟地震作用在结构上的分布。

由于在地震分析中,重力造成的p-Δ效应明显,故在Pushover分析之前先要进行重力荷载的非线性分析,荷载的大小一般取为重力荷载代表值,由于荷载大小已知,故采用荷载控制方法。在Pushover分析工况,从重力非线性工况开始算起,捕捉应力与刚度的变化。

第二阶段主要输入地震水平,确定初始的结构阻尼比及结构类型。用户应依据评价结构在预定地震水平反应的不同方法输入不同的参数。在SAP2000 V10以上的版本中,性能点或目标位移的求解方法有4种:ATC-40能力谱方法、FEMA356系数法、FEMA440等效线性法、FEMA440位移修正法。用户可自行选择,几种方法的求解结果应趋于一致。

将顶点位移-基底剪力曲线转换为Pushover曲线需要很多的假设,如:1)结构在地震下的反应由单一模态控制;2)在推覆过程中,虽然铰的出现造成刚度的改变,但加载模式不变;3)在地震作用过程中,结构的固有阻尼和滞回阻尼将产生消能作用,这在Pushover分析中使用等效粘滞阻尼来评估。假设1)和2)主要是和反应谱方法计算相关,而假设3)主要是将动力问题静力化。这些假设使得Pushover 分析的应用范围受到一些限制。

3SAP2000中的铰

铰主要用于框架单元,体现材料的塑性行为,可被指定到框架单元的任意位置。可选择非耦合弯矩、扭矩、轴力和剪力铰;还有耦合的P-M2-M3铰,出铰处在轴力和双弯矩相互作用下屈服,其子集包括P-M2,P-M3,M2-M3铰。在同一位置可有不只一个类型的铰,例如用户可指定一个M3(弯矩)和一个V2(剪力)铰给一个框架单元的同一端。

SAP2000中使用三种类型的铰属性:自动铰属性、用户自定义铰属性、生成铰属性。只有前两种铰属性能被指定给框架单元。当他们被指定给框架单元后,程序会自动为每一个铰创建生成铰属性。

对于钢构件,程序基于FEMA-356表5-6计算铰属性。对于混凝土构件,程序基于FEMA-356的表6-7和6-8,或者基于Caltrans的混凝土柱的规定。在将自动铰属性指定给框架单元时,程序基于截面几何、材料、单元长度自动产生铰属性。用户应该再次查看指定项目的生成铰属性。

用户自定义铰属性可以基于自动铰属性,也可以完全由用户自定义。生成的铰属性可以转换为用户自定义,然后进行修正,重新指定给框架单元。使用自动铰属性可以让程序做大部分工作,用户也可以根据需要修改此铰属性,变成自定义铰属性。然而一旦将生成的铰属性转换为用户自定义铰属性,铰属性不会根据截面、材料、单元的修改而发生改变。

铰的力学属性是刚塑性,即没有弹性阶段,出现铰即意味着框架进入塑性阶段。带铰框架对象的弹性属性来自于框架单元本身。铰加上框架后体现为弹塑性。由于该方法决定

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作者联系电话:010-********,Email:support@http://www.wendangku.net/doc/68b76e0790c69ec3d5bb7508.html 。SAP2000常见问题详见金土木公司网站:http://www.wendangku.net/doc/68b76e0790c69ec3d5bb7508.html /Software /software_QA1.asp?soft_serial=8&classtypeid=6。教学录像详见:http://www.wendangku.net/doc/68b76e0790c69ec3d5bb7508.html /Training/TrainingRemote.asp?C_type=教学光盘。

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