基于ABAQUS程序的结构静力和动力弹塑性分析

在ABAQUS有限元分析软件的基础上,开发了针对钢筋混凝土杆系结构弹塑性分析的混凝土材料子程序。在程序中,建立了基于应力-应变关系层面的材料非线性本构关系及滞回模型。通过分析钢筋混凝土杆件在不同受力和边界情况下的静力和动力往复性能,说明该本构模型能准确模拟杆件的性能。为了验证该程序分析结构的能力,建立了一个高层框架结构,进行了静力推覆和动力弹塑性时程分析,对结构的弹塑性有较准确的模拟,结果能够反应结构在地震时的性能,说明本程序具有良好的分析性能,可以进行钢筋混凝土高层结构的静力和动力弹塑性分析。     

多层、高层建筑结构弹塑性动力、静力分析

应我国高层、超高层建筑发展需要,我们对建筑结构弹塑性动力反应分析软件进行了探索研究,在“高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE”的基础上,开发了一套简单实用的建筑结构弹塑性动力、静力分析软件EPDA。目前的EPDA软件提供了两种弹塑性分析方法,一种是弹塑性动力时程分析法,其力学模型有三种:层模型、平面模型和空间模型;另一种是弹塑性静力分析方法,就是通常所说的静力推覆分析方法。EPDA软件是我国第一套商品化的弹塑性分析软件,可以按任意给定方向计算结构的弹塑性时程响应,适用于各种材料的高层及超高层建筑结构,包括钢筋混凝土结构、钢结构和钢与混凝土混合结构,同时,程序中还考虑了多塔、转换层等结构特性。EPDA软件具有如下特点:(1)前后处理功能强,自动读取SATWE和Sat2000的设计分析结果,对钢筋混凝土构件,给出自动选筋结果,用户可以交互修改成实配钢筋;(2)采用纤维束模型模拟梁、柱、支撑等一维构件,纤维束模型的适用性好,不受截面形式和材料限     

基于侧向力加载方式的Pushover分析方法

静力弹塑性(Pushover)分析方法作为一种评估结构抗震性能的非线性分析方法,具有简便、实用、可靠的优点,近年来在国内外得到了广泛的关注和研究。针对静力弹塑性分析方法的研究热点问题——侧向力加载模式作了详细的介绍和深入的分析,在此基础上对两个混凝土框架高层结构(分别为平面不规则和规则的结构)进行了基于侧向力加载模式的推覆分析。对比分析了不同侧向力加载模式下的基底剪力-顶点位移关系曲线和层间位移角关系曲线,认为基于均匀分布模式和倒三角分布模式的推覆分析对实际工程的弹塑性分析具有指导意义,自适应分布模式的推覆分析方法可以代替弹塑性时程分析方法来评估结构的抗震性能。     

对结构静力弹塑性分析方法的几点改进

探讨了结构静力弹塑性分析方法的基本原理，指出了该方法目前存在的缺陷，基于模态Pushover法（MPA）提出了根据振型参与重量来确定对结构地震反应起主要影响的振型数以及两阶段的侧向力加载模式，并对确定结构目标位移的方法作了一些改进。采用动力时程分析法和改进的静力弹塑性方法，对一个优化钢框架结构的地震反应进行了数值模拟分析，其结果表明，采用本文改进的静力弹塑性分析方法对结构进行推覆分析，能较准确地模拟结构的地震反应，具有易操作、计算精度高的优点。     

静力弹塑性分析方法基于水平位移加载模式的研究

针对基于性能的抗震设计方法,指出了目前基于力分布模式的静力弹塑性分析方法中存在的问题,通过对结构进行不同地震等级的弹塑性时程分析,得出了稳定分布的侧向位移加载方式.采用基于位移加载模式的静力弹塑性分析方法评估结构弹塑性抗震性能,克服了基于水平力加载模式方法的不足.研究表明,结构进入弹塑性后,楼层水平位移的分布相对楼层水平力稳定,并且基于位移加载模式的推覆分析较基于水平力加载模式的推覆分析更接近于弹塑性时程分析结果.同时,基于位移模式的静力弹塑性分析方法也便于确定结构的层间位移.     

广州某高层住宅超限高层结构设计

广州某住宅为高度159 m的超限高层建筑,采用钢筋混凝土剪力墙结构体系。本文采用SATWE、MIDAS进行多遇地震作用风荷载作用下结构的计算分析,并进行了弹性时程分析以及大震下的静力弹塑性推覆分析。     

《建筑抗震设计规范》GB50011-2001问答(9)

97.计算薄弱层变形的方法有几种?使用范围如何? 计算薄弱层变形的主要方法包括:规范简化方法、静力弹塑性分析方法(push-over法)、弹塑性时程分析法等。 适用范围: 1)12层以下且层刚度无突变的框架结构及单层钢筋混凝土厂房可采用规范的简化方法; 除1)之外的结构可以采用静力弹塑性分析方法(push—over法)或弹塑性时程分析法。     

高层钢结构弹塑性抗震分析静动力综合法

现有的高层建筑结构罕遇地震分析方法可以归结为两大类,弹塑性动力时程分析方法和静力弹塑性分析方法。这两类方法各有其优点和不足。将动力和静力弹塑性分析方法结合起来,发挥各自的优势是改进高层建筑结构罕遇地震分析方法的一种思路。本文提出了一种可以应用于高阶振型和扭转效应不可忽略的高层钢结构罕遇地震分析方法———静动力综合法。该方法结合了动力弹塑性时程分析、高层建筑结构等效弹塑性层模型和静力推覆分析方法的优点。通过算例分析验证了静动力综合法的合理性和适用性,以及静力弹塑性分析方法在三维非对称结构中应用的可行性。     

空间结构多维地震反应两阶段推覆分析方法

现有的推覆分析方法在计算空间结构多维地震响应组合值时,采用的"平方根式"组合准则丢弃了响应的正负符号,造成结构响应模式"正向膨胀"的失真现象,且针对响应进行组合的计算方式也丧失了推覆分析能够观察结构弹塑性发展全过程的特有优势.针对此问题,提出空间结构多维地震反应两阶段推覆分析方法,该方法在基于振型刚度的第一阶段非线性推...     

某内筒偏置的框架—筒体结构静力弹塑性分析

以具体工程为例,对工程整体结构进行了静力弹塑性推覆分析,介绍了分析方法、分析模型及参数选取计算方法,通过计算模型对比、地震性能点、能力曲线、结构楼层位移及层间位移角变化,得出了一些有意义的结论。     

Effect of elaborate plastic hinge definition on the pushover analysis of reinforced concrete buildings

Due to its simplicity, lumped plasticity approach is usually used for nonlinear characterization of reinforced concrete (RC) members in pushover analysis. In this approach, the inelastic force deformation of hinges could be defined as either the nonlinear properties suggested in FEMA‐356 and ATC‐40 or defined hinges quantified on the basis of the properties of RC members. However, the nonlinear response of RC structures relies heavily on the inelastic properties of the structural members concentrated in the plastic hinges. To provide a comparative study, this paper attempts to show the results of pushover analyses of RC structures modeled on the basis of the FEMA nonlinear hinges and defined hinges. Following the validation of the adopted models, the force–deformation curves of the defined hinges are determined in a rigorous approach considering the material inelastic behavior, reinforcement details and dimensions of the members. For the case studies, two four‐story and one eight‐story frames are considered in order to represent low‐rise and mid‐rise buildings with different ductility. Nonlinear responses of both models are elaborated in terms of the inter‐story drift, hinging pattern, failure mechanism and the pushover curve. It is confirmed that FEMA hinges underestimate the strength and more importantly the displacement capacity, especially for the frame possessing low ductility. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

Pushover方法的准确性和适用性研究

Pushover方法作为一种建筑结构弹塑性地震响应的简化近似计算方法和抗震性能评价方法已得到广泛应用。但由于其理论基础不严密,其准确性需要给予必要确认,同时其适用性也应受到一定的限制。本文以逐步增量弹塑性时程方法的结果为基准,分别以一个普通6层RC框架结构和一个18层RC框架-剪力墙结构为例,对Pushover方法的准确性和适用性进行了分析研究。结果表明,Pushover方法仅适用于以第一振型为主的高度不大的结构,且应采用两种以上的侧力模式;对于高阶振型影响较大的结构,该方法的准确性较差,承载力预测显著偏低。     

采用逐步增量弹塑性时程方法对RC框架结构推覆分析侧力模式的研究

以两个普通六层和十层钢筋混凝土框架结构为例,采用基于纤维模型的逐步增量弹塑性时程方法得到的层间剪力-位移关系曲线,与不同侧力模式的推覆分析结果进行了对比,研究了推覆分析结果的可靠程度。通过与不同场地的大量地震记录的弹塑性时程计算结果进行比较分析,建议采用多种合理的侧力模式进行推覆分析,对结构不同楼层的抗震性能进行全面的评价,即均布侧力模式适合于底部楼层的评价;考虑高度影响分布力模式适合于结构中部楼层的评价;而对结构上部楼层特别是顶层,可以采用SRSS侧力模式或规范侧力模式进行评价。分析研究表明,采用本文建议的侧力模式进行推覆分析,可在统计意义上可对钢筋混凝土规则框架结构的抗震能力作出偏于安全的估计。     

Target roof displacement of degrading moment-resisting frames

In application of the nonlinear static procedure or static pushover analysis for estimating seismic demands of building components due to an earthquake ground motion, the peak (target) roof displacement needs to be estimated so as to quantify the global seismic demand. Most of the methods for this estimation are based on using the response of an equivalent single-degree-of-freedom (SDF) system that does not explicitly account for degradation behaviour. Hence, these methods may not be suitable for use in reinforced-concrete (RC) buildings. This study proposes that the equivalent SDF system should include the effects of degradation and its degrading properties can be determined from cyclic pushover analyses. The accuracy of the proposed method is investigated by comparing the peak roof displacements of RC moment-resisting frame buildings estimated by the proposed degrading equivalent SDF systems to the ‘reference’ value determined by nonlinear response history analysis of multi-degree-of-freedom (MDF) system building models. It was found that the use of the degrading equivalent SDF systems can predict the peak roof displacement more accurately than using non-degrading, or bilinear, equivalent SDF systems, especially in the case of non-ductile RC frames with significant degradation.     

基于位移的钢筋混凝土框架结构整体等效阻尼比模型

现有针对钢筋混凝土框架结构的等效阻尼比公式大多使用简化的单自由度滞回模型等效推导得出,难以充分反映结构的整体非线性滞回特征。按现行抗震规范设计了66个不同层数和跨度的规则钢筋混凝土框架结构,并对其进行单向推覆分析,选出其中主要通过梁铰变形耗能的51个结构进行往复推覆分析,基于等能量耗散原则建立了适用的整体等效阻尼比模型,分析表明,基于该等效阻尼比的结构位移需求预测值总体偏低。为此,进一步通过动力时程分析对其进行修正,采用修正后的整体等效阻尼比模型进行拟静力非线性分析,所得结果与时程分析得到的平均最大位移基本一致,说明该模型具有较好的适用性,可以更好地反映结构整体耗能特性。     

合理的钢筋混凝土墙数量对砌体墙—钢筋混凝土墙组合结构变形和受力性能的影响

针对砌体墙—钢筋混凝土墙组合结构的受力和变形特点,采用砌体墙—钢筋混凝土墙组合结构非线性地震反应分析程序MRCSA1.0,对组合结构进行非线性动力时程分析及静力非线性分析,探讨了当钢筋混凝土墙的数量合理时对组合结构变形和受力性能的影响.     

某损伤RC框架结构抗震性能分析

为了研究损伤RC框架结构抗震性能,利用SAP2000建立损伤结构和相应原结构的杆单元模型。对原结构和受损结构进行静力弹塑性分析(pushover分析),得到目标性能点,了解在目标性能点下结构的顶点位移、层间位移角、以及塑性铰的发展情况,从而对结构抗震性能进行分析。数值分析结果表明,在性能点状态下,损伤框架中柱子损伤程度高于原框架,所以有必要对损伤框架进行加固使其满足功能使用要求。     

基于能量的模态pushover分析方法

提出了一种基于能量的模态pushover分析方法,解决了高阶模态能力曲线失稳的问题。该方法利用基于结构变形吸收能量的等效位移,计算结构在地震作用下的非线性总体变形,替代模态pushover中基于顶点位移的变形解法,采用基于能量原理的等效单自由度体系,结合等强度谱计算目标位移,以目标位移对应的能量指标求出相应的结构性态反应,采用SRSS方法组合得到结构的最大反应。以9层钢框架结构为例对所提出方法进行了验证,结果表明:该方法可以考虑高阶效应,不会出现能力谱折返的失效情况,而且与时程分析法相比,该方法计算效率高且具有较好的精度。     

The modified dynamic‐based pushover analysis of steel moment resisting frames

A modified dynamic‐based pushover (MDP) analysis is proposed to properly consider the effects of higher modes and the nonlinear behavior of the structural systems. For this purpose, first, a dynamic‐based story force distribution (DSFD) load pattern is constructed using a linear dynamic analysis, either time history (THA) or response spectrum (RSA). Performing an initial pushover analysis with the DSFD load pattern, a nonlinearity modification factor (NMF) is calculated to modify the DSFD load pattern. The envelope of the peak responses of the structure obtained from 2 pushover analyses with the modified DSFD load pattern as well as the code suggested first mode load pattern are considered as the final demand parameters of the structural system. The efficiency of the proposed MDP procedure is investigated using the results of nonlinear THA besides some existing pushover procedures. For this purpose, the 2‐dimensional 9‐, 15‐, and 20‐story, SAC steel frame building models are considered for parametric studies using OpenSees program. The results indicate that the proposed MDP‐THA and MDP‐RSA methods can significantly improve the performance of the pushover analysis. Considering the accuracy and calculation efforts, the MDP‐RSA method is strongly suggested as an efficient and applicable method to estimate the nonlinear response demands of steel moment resisting frames.     

考虑材料劣化的RC剪力墙结构数值建模方法研究

采用结构分析软件SAP2000中的分层壳单元模型对3个剪力墙构件试验进行数值模拟,在考虑不同龄期的影响下进行了Pushover分析,将最终所得Pushover曲线与试验数据进行对比,发现拟合度较高,进而采用同样方法对某12层剪力墙结构建立数值模型并进行非线性动力时程分析,对其层间位移角等相关性能指标进行分析,发现在不同龄期下,其性能退化表现与实际结构的宏观性能退化表现相符。结果表明:利用分层壳单元在基于劣化的情况下对RC剪力墙结构进行数值模拟的方法是可行的。