静力弹塑性和动力弹塑性几个热点问题
结构静力弹塑性分析方法的研究和改进
结构静力弹塑性分析方法的研究和改进一、本文概述随着建筑行业的不断发展，对建筑结构的安全性和稳定性的要求也越来越高。
结构静力弹塑性分析方法作为一种重要的结构分析方法，能够更准确地模拟结构在静力作用下的弹塑性行为，因此在工程实践中得到了广泛应用。
然而，现有的结构静力弹塑性分析方法仍存在一些问题和不足，如计算精度不高、计算效率低等，这些问题限制了其在大型复杂结构分析中的应用。
因此，本文旨在深入研究结构静力弹塑性分析方法，探索其改进策略，以提高计算精度和效率，为工程实践提供更为准确和高效的结构分析方法。
本文首先介绍了结构静力弹塑性分析方法的基本原理和计算流程，分析了现有方法的不足和局限性。
在此基础上，本文提出了一种改进的结构静力弹塑性分析方法，通过引入新的算法和优化计算流程，提高了计算精度和效率。
本文还通过实际工程案例的对比分析，验证了改进方法的可行性和有效性。
本文的研究不仅有助于推动结构静力弹塑性分析方法的发展，提高其在工程实践中的应用水平，同时也为相关领域的研究提供了有益的参考和借鉴。
二、结构静力弹塑性分析方法的理论基础结构静力弹塑性分析方法（Pushover Analysis）是一种在结构工程领域广泛应用的非线性静力分析方法，旨在评估结构在地震等极端荷载作用下的性能。
该方法基于结构在地震作用下的弹塑性反应特点，通过模拟结构的静力加载过程，分析结构的弹塑性变形、内力分布和破坏机制，为结构抗震设计和性能评估提供重要依据。
静力弹塑性分析方法的理论基础主要建立在塑性力学、结构力学和地震工程学等多个学科领域。
其中，塑性力学提供了描述材料在弹塑性阶段的应力-应变关系的本构模型，包括理想弹塑性模型、随动硬化模型等多种模型，这些模型能够反映材料在受力过程中的非线性行为和塑性变形累积。
结构力学则为静力弹塑性分析提供了结构整体和局部的力学分析方法，包括静力平衡方程、变形协调条件等，这些方程和条件构成了静力弹塑性分析的数学模型。
静力弹塑性分析(Pushover分析)两种方法剖析
静力弹塑性分析(Pushover 分析)■ 简介Pushover 分析是考虑构件的材料非线性特点，分析构件进入弹塑性状态直至到达极限状态时结构响应的方法。
Pushover 分析是最近在地震研究及耐震设计中经常采用的基于性能的耐震设计(Performance-Based Seismic Design, PBSD)方法中最具代表性的分析方法。
所谓基于性能的耐震设计就是由用户及设计人员设定结构的目标性能(target performance)，并使结构设计能满足该目标性能的方法。
Pushover 分析前要经过一般设计方法先进行耐震设计使结构满足小震不坏、中震可修的规X 要求，然后再通过pushover 分析评价结构在大震作用下是否能满足预先设定的目标性能。
计算等效地震静力荷载一般采用如图2.24所示的方法。
该方法是通过反应修正系数(R)将设计荷载降低并使结构能承受该荷载的方法。
在这里使用反应修正系数的原因是为了考虑结构进入弹塑性阶段时吸收地震能量的能力，即考虑结构具有的延性使结构超过弹性极限后还可以承受较大的塑性变形，所以设计时的地震作用就可以比对应的弹性结构折减很多，设计将会更经济。
目前我国的抗震规X 中的反应谱分析方法中的小震影响系数曲线就是反应了这种设计思想。
这样的设计方法可以说是基于荷载的设计(force-based design)方法。
一般来说结构刚度越大采用的修正系数R 越大，一般在1~10之间。
但是这种基于荷载与抗力的比较进行的设计无法预测结构实际的地震响应，也无法从各构件的抗力推测出整体结构的耐震能力，设计人员在设计完成后对结构的耐震性能的把握也是模糊的。
基于性能的耐震设计中可由开发商或设计人员预先设定目标性能，即在预想的地震作用下事先设定结构的破坏程度或者耗能能力，并使结构设计满足该性能目标。
结构的耗能能力与结构的变形能力相关，所以要预测到结构的变形发展情况。
所以基于性能的耐震设计经常通过评价结构的变形来实现，所以也可称为基于位移的设计(displacement-based design)。
静力与动力弹塑性分析在超限高层建筑结构抗震设计应用的研究
静力与动力弹塑性分析在超限高层建筑结构抗震设计应用的研究作者：朱晖来源：《城市建设理论研究》2014年第03期【摘要】：近些年来，我国经济得到了较为快速的发展，对于超限高层建筑的发展起到了较大的促进作用。
怎样才能做到对高层建筑的抗震性进行保证，这将是我们在超限高层建筑实施过程中需要注意的问题。
本文使用静态与动态弹塑性的方法来对高层办公楼的抗震设计进行分析与研究。
并将这种研究方法在对超限高层建筑结构抗震设计的分析过程中进行总结。
【关键词】：静力弹塑性分析；动力弹塑性分析；超限高层建筑结构；抗震设计中图分类号：TU97 文献标识码：A【前言】近些年来，社会经济实力的上升，促使我国高层建筑的规模得到了较大幅度的提升，使得房屋的数量不断的增加，不少较为复杂的结构及形体得以出现。
对于这些高层建筑结构来说，其中有一部分都超出了抗震设计的规范范围及相关的抗震设计的规定之外。
怎样能够对这些建筑在地震中产生的可靠性进行分析与评估，受到研究者们的关注。
静力弹塑性分析方法能够有效的来对结构弹塑性下的强度、变形需求及探测结构的设计进行分析。
特别是在对一些不规则结构进行分析时，其可以弥除弹性分析过程中不能做到的一些环节，动力弹塑性分析方法能够有效的来对结构的屈服机制及相关的薄弱环节进行判断，这是结构弹塑性分析过程中一种最为有效的方法。
一、工程概况的反应1、对外框筒具有情况的分析外框筒在工程实施的过程中是依据建筑的外形来进行设置进行。
在本座大楼中，其存在的四个面均是呈现出外凸弧形，四个角的局部具有凹进部分。
其存在的外框筒的基本柱的距离为5.5m左右，这是为了底部出入口大门净空的设置。
并且因为大柱距处于外框筒的中部，进行对外框筒造成的影响比较小，为了对结构的延性做到提高，就需要对构建的截面进行减小，在大楼的14层之下的距离使用型钢混凝土柱来进行实施。
2、对内筒具有情况的分析在研究的大楼中，其主塔楼的内筒是经过四个相关的小筒来进行联系在一起的。
浅谈静力弹塑性分析(Pushover)的理解与应用
浅谈静力弹塑性分析（Pushover ）的理解与应用摘要：本文首先介绍采用静力弹塑性分析（Pushover ）的主要理论基础和分析方法，以Midas/Gen 程序为例，采用计算实例进行具体说明弹塑性分析的步骤和过程，表明Pushover 是罕遇地震作用下结构分析的有效方法。
关键词：静力弹塑性 Pushover Midas/Gen 能力谱 需求谱 性能点一、基本理论静力弹塑性分析方法，也称Pushover 分析法，是基于性能评估现有结构和设计新结构的一种静力分析方法，在一定精度范围内对结构在罕遇地震作用下进行弹塑性变形分析。
简要地说，在结构计算模型上施加按某种规则分布的水平侧向力或侧向位移，单调加荷载（或位移）并逐级加大；一旦有构件开裂（或屈服）即修改其刚度（或使其退出工作），进而修改结构总刚度矩阵，进行下一步计算，依次循环直到控制点达到目标位移或建筑物倾覆为止，得到结构能力曲线，之后对照确定条件下的需求谱，并判断是否出现性能点，从而评价结构是否能满足目标性能要求。
Pushover 分析的基本要素是能力谱曲线和需求谱曲线，将两条曲线放在同一张图上，得出交会点的位移值，同位移容许值比较，检验是否满足特定地震作用下的弹塑性变形要求。
能力谱曲线由能力曲线（基底剪力-顶点位移曲线）转化而来（图1）。
与地震作用相应的结构基底剪力与结构加速度为正相关关系，顶点位移与谱位移为正相关关系，两种曲线形状一致。
其对应关系为：1/αG V S a =roofroof d X S ,11γ∆=，图1 基底剪力-顶点位移曲线转换为能力谱曲线其中1α、1γ、roof X ,1分别为第一阵型的质量系数，参与系数、顶点位移。
该曲线与主要建筑材料的本构关系曲线具有相似性，其实其物理意义亦有对应，在初始阶段作用力与变形为线性关系，随着作用力的增大，逐渐进入弹塑性阶段，变形显著增长，不论对于构件，还是结构整体，都是这个规律。
需求谱曲线由标准的加速度响应谱曲线转化而来。
Midas Gen常见问题解答
C、菜单：模型》结构建模助手，快速建立框架，桁架，楼板开洞以
及各种空间结构； D、打开点网格，建立点——构件——结构。
建模问题
2、如何实现两个模型的合并？合并后的荷载会不会丢失？ A、可以合并 ，执行“文件——数据合并”即可 B、保留原来模型 荷载的操作方法详见2012年结构帮第四期
建模问题
3、想在程序中通过修改数据库中的材料特性值来定义一种材料，能 否实现？ A、先选择一个规范，再选择C30，然后将规范改为“无”，就可以 对C30混凝土的参数进行修改，而不用用户自己输入材料的每一 个特性值参数。
15、在建立层数据时如何使中间层节点不形成层数据？ 程序默认根据竖向节点的坐标生成各层及名称，
对于层概念不明显的空间结构，你可以
将不真实的层(层间节点生成的) 通过菜单：模型》建筑物数据》定义层 数据》，将不需要的节点所在的层移到 左面去除，然后再形成层数据即可。
建模问题
16、在定义层数据时，输入的地面标高是起什么作用的？
C 、工 具》一般截面设计 画出真实截面形状，考虑截面的配筋，并联动到程序。
建模问题
5、中边梁刚度放大、连梁刚度折减等如何设定？ 菜单“模型》材料和截面特性》截面特性值系数” 设定梁刚度放大或折减系数，需对这类梁单元独立定义一个截面号， 然后设置Iyy、Ixx等放大或折减系数，因为目前这项功能是针对截 面属性的，不是针对单元或构件的。
导入问题
D、菜单 模型》检查结构数据》检查并删除重复输入的单元； E、 菜单模型》节点》合并/删除：合并节点并删除可能存在的自由 节点； F、导入到midas Gen后，线条默认为梁单元，面默认为板单元， 如果为其他单元类型，可重新编辑。
MIDAS/Gen常见问题解答
抗震设计中的常见问题
二、弹性分析
计算模型准确:板计算单元有刚板、 1. 计算模型准确:板计算单元有刚板、膜单元和板壳 单元， 单元，板的刚度在有些结构中影响地震计算的准 确性 1）按实际模型计算，小心采用无限刚假定 ，膜单元 在如下结构中应广泛应用。 无板结构 存在的问题：在建模时应让 存在的问题： 弱连接结构 设计人员了解楼板和周边构 开大洞结构 件的关系， 件的关系，若计算时关系不 狭长结构 对则计算有问题。 对则计算有问题。 连体结构 错层结构 有缝结构 多塔结构 斜柱斜梁结构
6.刚度比计算 刚度比计算
1）剪弯刚度K=F/∆与抗规的K=V/∆计算的刚度比 有较大差别，不同的规范条文采用不同的刚度比计 算方法； 2）转换层刚度比应采用剪弯刚度，采用弹簧串联 用层刚度求有较大差别（1/k=1/k1+1/k2） ； 3）竖向不规则判定采用抗规的方法 ；
7.指定有侧约束的地下室 7.指定有侧约束的地下室 四川地震灾害表明，有效控制首层构件损伤程度对“大震不 倒”起关键作用 。 1）基础回填土对结构的约束作用 ； 2）结构主体高度扣除了带侧约束地下室部分和小 塔楼部分 ； 3）内力调整时带侧约束地下室的上一层为底层 ； 4）剪力墙底部加强区判定时，带侧约束地下室的 上一层为首层； 5）带侧约束地下室柱长度系数自动计算为1.0。
3.多方向地震计算 3.多方向地震计算
其它计算只算了地震内力，没有如下考虑， 存在重大的安全隐患
1）多方向的刚度比、承载力比、剪重比、倾覆弯矩、框架 剪力调整、重力二阶效应及结构稳定。 2）多方向的偶然偏心和双向地震 。 大底盘3塔楼结构的地震方向:0,90,65,155,111,21。考虑偶然偏心和 双向地震时总地震工况数：6*4*2=48个。 （1）6个方向规范验算； （2）分段框剪调整；有专家提议提高2.0限值，加强二道防线；去掉 斜拄对框剪调整的影响(GSSAP已去掉)。
高层建筑结构抗震弹塑性分析方法及抗震性能评估的研究
高层建筑结构抗震弹塑性分析方法及抗震性能评估的研究一、本文概述本文旨在探讨高层建筑结构在地震作用下的弹塑性分析方法及其抗震性能评估。
地震是自然界中常见的灾害性事件，对人类社会和建筑结构产生深远影响。
高层建筑由于其特殊的结构特点和高度，使其在地震中更容易受到破坏。
因此，研究高层建筑结构的抗震性能，特别是在弹塑性阶段的分析和评估，对于提高建筑结构的抗震能力，减少地震灾害损失具有重要意义。
本文将首先介绍高层建筑结构抗震弹塑性分析的基本理论和方法，包括弹塑性力学基础、结构分析模型、地震动输入等。
在此基础上，探讨高层建筑结构在地震作用下的弹塑性响应特点，包括结构变形、内力分布、能量耗散等。
然后，本文将重点介绍高层建筑结构抗震性能评估的方法和技术，包括静力弹塑性分析、动力弹塑性分析、易损性分析等。
这些方法和技术可以用于评估高层建筑结构在地震中的安全性能和抗震能力。
本文还将对高层建筑结构抗震弹塑性分析方法和抗震性能评估的应用进行案例研究。
通过实际工程案例的分析，探讨不同分析方法和技术在实际工程中的应用效果，为高层建筑结构的抗震设计和评估提供参考和借鉴。
本文将对高层建筑结构抗震弹塑性分析方法和抗震性能评估的未来发展趋势进行展望，提出相关的研究建议和展望。
通过本文的研究，可以为高层建筑结构的抗震设计和评估提供更为科学、合理的方法和技术支持，有助于提高高层建筑结构的抗震能力，减少地震灾害损失。
二、高层建筑结构抗震弹塑性分析方法的研究高层建筑结构的抗震弹塑性分析是评估建筑在地震作用下的响应和性能的重要手段。
随着建筑高度的增加，结构的柔性和非线性特性愈发显著，因此，采用弹塑性分析方法可以更准确地模拟结构在地震中的实际行为。
材料本构关系的研究：高层建筑的抗震性能与其组成材料的力学特性密切相关。
研究材料在循环加载下的应力-应变关系、滞回特性以及损伤演化规律，是弹塑性分析的基础。
通过试验和数值模拟，可以建立更精确的材料本构模型，为结构分析提供数据支持。
高层建筑结构静力弹塑性分析的理论与应用研究
基本内容
摘要：
随着社会的快速发展和城市化进程的加速，高层建筑结构的设计与安全性显 得尤为重要。静力弹塑性分析方法作为一种评估结构在静力荷载作用下的弹塑性 响应的重要工具，在高层建筑结构设计中具有重要意义。本次演示阐述了静力弹 塑性分析的基本原理和流程，并通过实际工程案例，探讨了静力弹塑性分析在高 层建筑结构中的应用及其优越性。
为了帮助读者更好地理解和应用MIDASGEN进行高层建筑结构的静力弹塑性分 析，建议参考MIDASGEN用户手册和其他相关文献资料。这些资料将提供更详细的 信息和指导，帮助读者掌握MIDASGEN的分析功能和操作方法。
在实际工程实践中，还需要结合实际情况和专业知识进行具体决策。静力弹 塑性分析只是评估高层建筑结构安全性的一种手段，还需要综合考虑其他因素 （如结构设计、施工工艺、维护保养等）来确保建筑结构的长期稳定性和安全性。
在进行静力弹塑性分析时，需要考虑多种荷载工况，例如自重、风载、地震 作用等。通过在MIDASGEN中设置相应的荷载工况，可以模拟高层建筑结构在不同 荷载作用下的响应。同时，还需要根据建筑结构的特点，选择合适的分析方法和 计算参数，例如静力弹塑性分析方法、屈服准则等。
在MIDASGEN中，可以通过输出位移、应力、应变等结果，对高层建筑结构的 静力弹塑性进行分析。通过与其他方法（如有限元方法、实验方法等）的比较， 可以发现MIDASGEN在分析高层建筑结构的静力弹塑性方面具有较高的精度和可靠 性。
研究目的
本次演示的研究目的是对比研究高层建筑结构的静力与动力弹塑性抗震分析 方法，分析各自的优势和不足，并提出改进建议。通过对比两种方法的计算结果， 希望能够为高层建筑结构的抗震设计提供更为准确可靠的分析手段。
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①
动力弹塑性结果
查看最大、最小值（中震、大震） • • • 弹塑性层间位移角：看附录M规定 基底剪力：大震下位反应谱结果的约3倍 构件承载力：验算方法看附录M规定
出铰顺序、出铰类型 • 符合强柱弱梁、强剪弱弯要求
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3. 多样的非线性分析结果
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静力弹塑性与动力弹塑性分析结果比较
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8. 看什么结果？如何整理结果？ 9. 我能学会吗？需要多久能学会？ 10. 其它几个问题 动力弹塑性分析采用显式积分还是隐式积分 计算铰特性值时用材料的设计值？标准值？极限值？
-
泊松比对墙单元非线性分析的影响？
墙单元在非线性分析时的剪切模量取值？ 如何判断墙是否发生了剪切破坏？
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6. 如何选取动力弹塑性分析地震波？
合理选波的三个方面 ① 选取频谱特性Tg、持续时间满足要求的波 ② 选取满足抗规5.1.2要求的三条波(两条实际，一条人工) - 三条波平均影响系数的要求 - 三条波基底剪力的要求 ③ 合理调幅 - 用有效峰值加速度调幅
理论上需要
① 楼板钢筋的影响 ② 楼板刚度的变化对横向分析结果的影响 ③ 可能会影响梁、柱、墙的出铰顺序 实现起来有难度
① 如何考虑楼板配筋 - 板的单元划分很不规则，如何找到对应位置的配筋
② 应力集中的影响 - 楼板与墙、连梁等连接位置在横向荷载作用下会产 生应力集中 - 应力集中位置很容易过早进入塑性，这是不真实的 - 这会影响分析结果的准确性和分析的收敛性
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2. 是做静力弹塑性还是做动力弹塑性分析？
新高规3.11.4条、规定：
1. 2. 3. 4. 高度< =150m时，5.5.1可采用静力弹塑性分析方法； 高度>200m 时，应采用弹塑性时程分析法； 高度在150～200m 时，可视结构不规则程度选择静力或时程分析法。 高度超过>300m 的结构，应由两个独立的计算，进行核；
Vbase (kN)
RS (Linear) Linear THA 小震 Pushover 性能点 中震 60965 68642 51570 63910
µ
1 1.13 0.85 1.04
层间位移角 (rad.)
Check (Allowable = 1/100)
µ
1 1 0.55 0.68
0.00165 0.00165 0.00091 0.00113
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目录
9. 看什么结果？如何整理结果？
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新流程、新技术、新设计：第三代结构设计解决方案
① 静力弹塑性结果 ② 动力弹塑性结果 ③ 结果比较
结构大师差别化功能
新流程、新技术、新设计：第三代结构设计解决方案
- 连梁的滞回曲线
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3. 多样的非线性分析结果
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动力弹塑性分析结果
- 混凝土墙的应力-应变曲线 - 试验数据
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3. 多样的非线性分析结果
第三代结构设计解决方案
动力弹塑性分析结果
－ 延性系数(D/D1)
3. 多样的非线性分析结果
第三代结构设计解决方案
静力弹塑性分析结果
- 墙铰状态(砼抗压破坏)
砼抗压破坏等级
1st Story
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1st Story 211 step
29
191 step
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3. 多样的非线性分析结果
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静力弹塑性分析结果
- 墙铰状态（混凝土剪切破坏)
砼剪切破坏等级
1st Story
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52 step (屈服)
1st Story 191 step (性能点)
1st Story
30 211 step (最终 )
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3. 多样的非线性分析结果
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静力弹塑性分析结果
- 墙铰状态（钢筋破坏)
钢筋破坏等级
② 原则：应反映实际的地震力分布 ③ 一般选择：第一振型 - 原因：多层结构的地震力接近倒三角形，与第一振型接 近 ④ 推荐：层剪力模式，对高层或不规则结构更接近实际的 地震力分布
⑤ 固定加载模式的理论缺陷：加载模式在分析过程中不变
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6. 如何选取动力弹塑性的地震波？
－ － － －
大震
Pushover (极限状态) Nonlinear THA
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149285
162435 211333
2.45
2.66 3.47
0.00885
0.00986 0.00339
OK
OK OK
5.36
5.98 2.05
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3. 多样的非线性分析结果
第三代结构设计解决方案
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第三代结构设计解决方案
2. 是做静力弹塑性还是做动力弹塑性分析？
动力弹塑性的优点： ① 能够反映结构的动力特性 ② 正确反映出铰顺序 ③ 相对准确的反映结构的实际受力状态 动力弹塑性的弱点： ① 理论较为复杂，难于学习掌握 ② 分析结果受地震波等参数影响较大
③ 计算时间较长且整理结果较为繁琐
4. 初始荷载要使用施工阶段结果吗？
① 选择初始荷载的目的 - 实际上要选择的是初始内力状态 - 计算初始状态基础上的地震作用效应 ② 理论上应使用施工阶段分析的内力结果 - 考虑和不考虑施工阶段分析，内力结果相差较大 ③ 准确的施工阶段分析 - 要考虑实际的结构、荷载、边界的变化 ④ 目前一般采用DL+0.5*LL （FEMA建议 0.25*LL)
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3. 影响分析结果的因素？
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3. 影响分析结果的因素？
① 线性设计结果 - 不能有超筋超限的构件 ② 荷载 - 初始荷载作用下不要有屈服的构件 - Pushover：加载模式(层剪力模式) - 动力弹塑性：地震波
1st Story
10 Seconds
El Centro Earthquake Wave
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10. 我能学会吗？需要学多久？
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1. 为什么要做静力或动力弹塑性分析？ 2. 是做静力弹塑性还是做动力弹塑性？
3. 影响分析结果的因素？
4. 初始荷载要用施工阶段分析结果吗？ 5. Pushover分析应选择什么样的加载模式？ 6. 如何选取动力弹塑性的地震波？ 7. 用铰模型还是纤维模型？ 8. 要考虑楼板的弹塑性吗？
100 step
211 step
150 step
191 step
主要特色：
用户利益：
12th Story 100 step
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12th Story
150 step
12th Story 191 step (性能点步骤)
12th Story
211 step (极限)
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5. 复杂结构应进行施工模拟分析，应以施工全过程完成后的内力为初始 状态 6. 弹塑性时程分析宜采用双向或三向地震输入 7. 构件的几何尺寸、混凝土构件所配的钢筋和型钢、混合结构的钢构件 应按实际情况参与计算。 8. 钢筋和混凝土材料的本构关系可按现行国家标准《混凝土结构设计规 范》GB50010 的有关规定采用。 9. 应考虑几何非线性影响
①
静力弹塑性结果
性能点位置（中震、大震） • • • 弹塑性层间位移角：看附录M规定 基底剪力：大震/反应谱结果的约3倍 构件承载力：验算方法看附录M规定
出铰类型 • 符合强柱弱梁、强剪弱弯要求
•
注意：Pushover分析不能准确获得出铰顺序
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9th Story
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9th Story 211 step
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191 step
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3. 多样的非线性分析结果
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动力弹塑性分析结果
- 层剪力、层间位移角
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3. 多样的非线性分析结果
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动力弹塑性分析结果
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7. 用铰模型还是纤维模型？
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7. 铰模型和纤维模型的优缺点？
铰模型的优点 ① 容易判断构件层面的损伤 ② 可以考虑剪切破坏 ③ 计算效率相比纤维模型要高 铰模型的缺点 ① 不能判断截面局部的损伤 - 什么地方开裂、压碎，哪些钢筋屈服等