弹性 弹塑性动力时程分析 PKPM新天地 小集锦
动力弹塑性时程分析技术抗震应用阐述
动力弹塑性时程分析技术抗震应用阐述高层建筑是当前建筑的主要形式，新材料、新技术的应用使得建筑质量提高，功能越来越齐全。
但其结构设计也更复杂，施工难度加大，因此对其抗震施工技术提出了更高的要求。
高层建筑的投资数额较大，周期也相对较长，而动力弹性时程分析技术是一项综合性较强的技术工作，涉及每一个环节，一旦出现问题，必将影响到施工质量。
从而延误工期，甚至引发安全事故，带来严重的损失。
所以，在施工过程中，必须加强建筑结构抗震设计中对动力弹塑性时程分析技术的应用，进而保证及时解决潜在的隐患。
1.动力弹塑性时程分析技术概述弹塑性时程分析方法可以有效的将结构作为弹塑性振动体系进行相应的分析，并通过对地震波数据在地面运动中的输入应用，可以有效的进行下一步的积分运算，进而可以得出地面加速度随着时间的变化而发生的变化，同时，还可以得出结构的内力与变形随着时间的变化而变化的整个过程。
动力弹塑性时程分析技术的应用通常有以下几个步骤：第一，通过对几何模型的建立，进而实现网格的划分工作；第二，对材料的本构关系进行确定，并根据各个构件自身的单元类型及材料类型的确定，进而对结构的质量、刚度及阻尼矩阵进行确定；第三，根据本场地的地震波，并对模型的边界条件进行定义，进而得出相应的计算结果；第四，根据计算所得出的结果进行进一步的处理工作，并根据处理的结果进行结构整体性可靠度的评估。
2 高层建筑动力弹塑性时程分析技术管理现状2.1材料设备管理中的问题材料是建筑的基础，现代化高层建筑用途不同，所用的材料也千差万别，加上各种新型材料日新月异，种类繁多，管理十分复杂。
如果购置时质检把关不严、储存方式不合理，很容易出现材料不能及时供应等情况，或导致材料性能下降，或与工程技术要求不相符。
各项机械设备、电气设备也是施工中不可或缺的元素，由于制度不健全、监督不严，存在着违规操作等不规范行为，这就导致动力弹塑性时程分析技术在实际的工程施工过程中不能得到有效的反应。
[精品文档]静力弹塑性分析方法（Pushover方法）与动力弹塑性分析方..
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静力弹塑性分析方法（Pushover方法）与动力弹塑性分析方法的优缺点比较一、Pushover分析法1、Pushover分析法优点：（1）作为一种简化的非线性分析方法，Pushover方法能够从整体上把握结构的抗侧力性能，可以对结构关键机构及单元进行评估，找到结构的薄弱环节，从而为设计改进提供参考。
（2）非线性静力分析可以获得较为稳定的分析结果，减小分析结果的偶然性，同时花费较少的时间和劳力，较之时程分析方法有较强的实际应用价值。
2、Pushover分析法缺点：（1）它假定所有的多自由度体系均可简化为等效单自由度体系，这一理论假定没有十分严密的理论基础。
（2）对建筑物进行Pushover分析时首先要确定一个合理的目标位移和水平加载方式，其分析结果的精确度很大程度上依赖于这两者的选择。
（3）只能从整体上考察结构的性能，得到的结果较为粗糙。
且在过程中未考虑结构在反复加载过程中损伤的累积及刚度的变化。
不能完全真实反应结构在地震作用下性状。
二、弹塑性时程分析法1、时程分析法优点：（1）采用地震动加速度时程曲线作为输入，进行结构地震反应分析，从而全面考虑了强震三要素，也自然地考虑了地震动丰富的长周期分量对高层建筑的不利影响。
（2）采用结构弹塑性全过程恢复力特性曲线来表征结构的力学性质，从而比较确切地、具体地和细致地给出结构的弹塑性地震反应。
（3）能给出结构中各构件和杆件出现塑性铰的时刻和顺序，从而可以判明结构的屈服机制。
（4）对于非等强结构，能找出结构的薄弱环节，并能计算出柔弱楼层的塑性变形集中效应。
2、时程分析法缺点：（1）时程分析的最大缺点在于时程分析的结果与所选取的地震动输入有关，地震动时称所含频频成分对结构的模态n向应有选择放大作用，所以不同时称输入结果差异很大。
（2）时程分析法采用逐步积分的方法对动力方程进行直接积分，从而求得结构在地震过程中每一瞬时的位移、速度和加速度反应。
所以此法的计算工作十分繁重，必须借助于计算机才能完成。
弹塑性动力时程分析若干问题的分析与探讨
e
（2）
式中：[B]为几何矩阵，通过几何矩阵，由位移可求得应变。[D]为本构矩阵，通过本构矩阵，由应变可 求得应力。由于非线性效应，[B]、[D]矩阵是不断变化的。对弹塑性问题而言，一旦知道任何时刻的几 何矩阵、本构矩阵，通过积分点的数值积分，即可得到单元刚度矩阵。也就是说，各积分点无论是处于 弹性或塑性状态，我们可以都得到对应时刻的单元刚度矩阵。再通过边界条件，即可逐步求解得到节点 位移向量，进一步可求得任意一处的位移、应变及应力，实现分析的目标。在上述离散化的过程，最一 般的单元是三维实体单元，其位移模式可以是线性的或者是二次的，视精度与效率的要求而定。在具体 问题中，由于受力与变形机制的特殊性，导致位移场与应力场具有一些特殊性，合理利用这些特殊性， 并作出相应的假定，可大大提高计算效率和精度。如采用直法线等假定形成板单元，采用平截面等假定 形成梁单元等。 对弹塑性动力方程的求解，一般可分为两种求解算法：即隐式与显式。隐式算法常采用 Newmark 法，但它需要求解全区域的联立方程，因此，它不但求解过程复杂，而且容易导致结果不收敛的情况。 显式算法采用中心差分法， 对动力学方程进行时间积分， 由一个时间增量步的动力学条件下求解下一时 间增量步的动力学条件，当时间增量充分小时，不会产生结果不收敛的情况，可获得问题的解答，因此 显式算法特别适合弹塑性动力时程分析，它的基本过程如下： 先将弹塑性动力方程改写如下：
4．ABAQUS 弹塑性动力时程分析
ABAQUS 是国际上最先进的大型通用有限元分析软件之一，它的非线性功能达到世界领先水平，从 而使其具有力学系统仿真的功能，它广泛应用于工程和科研各个领域。近年来，我国工程界将它成功应 用于弹塑性动力时程分析，其分析结果得到业内专家们广泛认可。 4.1 材料本构关系 ABAQUS 自带丰富的本构关系模型，可描述混凝土、钢材、岩土、高分子材料等物质的应力与应变 关系。另外，ABAQUS 还提供用户材料接口程序 UMAT 及 UVMAT，因此可使用户自定义材料本构关系。 对建筑结构来说， 主要涉及混凝土与钢材两种材料， 钢材本构关系可采用二折线或三折线弹塑性本 构关系，由于钢材质地均匀、性能稳定，其动力滞回模型也较为简单,下面重点描述混凝土的本构关系。 ABAQUS 软件中，混凝土本构关系模型有混凝土弥散开裂模型、混凝土开裂模型及混凝土塑性损伤模型。 其中混凝土塑性损伤模型（Concrete Damaged Plasticity）可描述混凝土受动力往返作用下的力学行 为， 故而广泛用于地震作用下的弹塑性动力时程分析。 下面通过考察单轴特征荷载作用下的应力与应变 关系曲线来把握混凝土塑性损伤模型的主要概念。
pkpm12
需要重点理解的概念：
“平均值、较大值” “统计意义上相符” “两组天然、一组人工波” “基底剪力” “层间位移角”
1.2 弹性时程分析具体实现
• 1.2.1 SATWE • 1.2.2 TAT • 1.2.3 PMSAP
三向地震波的合理选取和人工定义
• 时程分析与三向地震波 • 三向地震波的合理选取 • 如何人工定义地震波
在当前的工程目录下建立相应的地震波文件。
文件名采用“USER”加上“1”、“2”或其他数字 。
使用“.X”、“.Y”和“.Z”文件后缀给出主方向、次方 向和竖向所对应的地震波波形。如果用户给出了无后 缀文件，则认为该文件中的内容为主方向地震波波形 。 例如“USER1”、“USER2.X”、“USER2.Y”、
《高层混凝土结构技术规程》JGJ3-2002
第3.3.4条 第3点 7～9度抗震设防的高层建筑，下列情况应采用弹性时程分 析法进行多遇地震下的补充计算： 1）甲类高层建筑结构； 2）表3.3.4 所列的乙、丙类高层建筑结构； 3）不满足本规程第4.4.2～4.4.5条规定的高层建筑结构； 4）本规程第10章规定的复杂高层建筑结构； 5）质量沿竖向分布特别不均匀的高层建3-2002
第3.3.5条 按本规程第3.3.4 条规定进行动力时程分析时， 应符合下列要求： 1 应按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于二组实际地震 记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，其平均地震影响系 数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在 统计意义上相符，且弹性时程分析时，每条时程曲线计算所 得的结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪 力的65％，多条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值 不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的80％； 2 地震波的持续时间不宜小于建筑结构基本自振周期3～4倍， 也不宜少于12s，地震波的时间间距可取0.01s或0.02s； 4 结构地震作用效应可取多条时程曲线计算结果的平均值与振 型分解反应谱法计算结果的较大值。
PKPM软件说明书-弹塑性静力动力分&析软件EPDAPUSH破解版
第一章 PUSH&EPDA软件基本功能和运行环境 ................................................ 4
1.1 PUSH&EPDA程序基本功能 .......................................................................... 4 1.2 PUSH&EPDA程序的运行环境 ...................................................................... 5 1.2.1 PUSH&EPDA程序硬件要求..................................................................... 5 1.2.2 PUSH&EPDA程序管理............................................................................. 6 1.2.3 PUSH&EPDA程序数据文件管理 ............................................................ 6 1.3 如何有效地使用弹塑性分析软件PUSH&EPDA ......................................... 7 1.3.1 如何利用PUSH&EPDA程序指导设计 ................................................... 7 1.3.2 如何高效使用PUSH&EPDA程序 ........................................................... 8
132-曹永超、王欣-基于PKPM-SAUSAGE某综合体罕遇地震弹塑性时程分析
基于PKPM-SAUSAGE某综合体罕遇地震弹塑性时程分析曹永超1，王欣2（1．中国建筑设计研究院，北京100044；2.广州容柏生建筑结构设计事务所，广州510170）提要太原市政务中心地上7层，总高度34.2m，平面尺寸166m×154m。
将SATWE分析模型转换成PKPM-SAUSAGE 分析模型，二者模态分析结果相近。
选取2组天然波、1组人工波，以研究结构的动力弹塑性响应，得到结构在罕遇地震作用下的变形、内力和损伤情况。
分析结果反映了结构在罕遇地震作用下构件塑性损伤发展过程，以及由此引起的结构刚度退化和塑性损伤耗能。
剪力墙连梁出现不同程度的损伤，大部分剪力墙墙肢受压损伤因子较小，钢桁架未出现屈服。
考虑材料非线性的结构最大弹塑性层间位移角均满足1/100的规范限值要求，结构满足大震不倒的设防要求。
关键词弹塑性时程分析；罕遇地震；超限高层结构；PKPM-SAUSAGE；1.工程概况太原政务服务中心位于太原市长风商务区西北侧，是一幢综合性行政办公高层建筑。
地上7层，地下2层，建筑总高度34.2m，东西宽约166m，南北长约154m。
整体分内外两层“回”字形布置(见图1)。
主体结构为框架-剪力墙。
“回”字形内外环间连接体及大悬挑部分为钢桁架。
基础采用后压浆钢筋混凝土灌注桩，部分区域兼做抗拔桩。
标准层结构平面布置图见图1。
a)建筑效果图b)PKPM-SAUSAGE模型示意图图1建筑效果图与PKPM-SAUSAGE模型示意图本工程所在地区的抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.2g，地震设计分组为第一组，场地土类别为Ⅲ类，特征周期值为0.45s。
本结构主要特点如下：1)楼板开洞面积大于盖楼层面积的30％。
2)结构设有多个大跨度桁架。
3)本工程位于8度区，其地震响应较为激烈，对结构抗震性能要求较为严格。
鉴于如此，采用弹塑性时程分析，验算弹塑性变形相关要求[1]，计算关键构件的抗震性能指标，可作为保证结构抗震安全的重要手段。
弹性、弹塑性时程分析
PKPM软件园地 建筑结构.技术通讯 2007年1月弹性、弹塑性时程分析法在结构设计中的应用杨志勇 黄吉锋（中国建筑科学研究院 北京 100013）0 前言地震作用是建筑结构可能遭遇的最主要灾害作用之一。
几十年来，人们积累了大量的实测地震资料，这些资料多以位移、速度或者加速度时程的形式体现。
与此相对应，时程分析方法也被认为是最直接的一种计算建筑结构地震响应的方法。
但是，由于地震作用随机性导致计算结果的不确定性，弹性时程分析方法只是结构设计的一种辅助计算方法；虽然如此，抗震规范为了增强重要结构的抗震安全性，还是将弹性时程分析方法规定为常遇地震作用下振型分解反应谱法的一种补充计算方法；尤其是考虑了结构的弹塑性性能后，弹塑性时程分析方法更是被普遍认为是一种仿真的罕遇地震作用响应计算方法。
《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）第3.6.2，5.1.2，5.5.1，5.5.2，5.5.3等条文规定了时程分析相关的内容。
下面结合TAT ，SATWE ，PMSAP 和EPDA 等软件应用，探讨如何将弹性、弹塑性时程分析正确应用到结构设计中去。
1 弹性时程分析的正确应用11正确地在软件中应用弹性时程分析方法需要对规范的相关条文规定有正确的认识。
以下几点是需要特别明确的：（1）抗震规范第5.1.2条第3点规定，“可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值”。
在设计过程中，如何实现“较大值”有不同的做法：1)设计采用弹性时程分析的构件内力响应包络值的多波平均值与振型分解反应谱法计算结果二者的较大值直接进行构件设计；2)在实现振型分解反应谱方法时，放大地震力使得到的楼层响应曲线包住时程分析楼层响应曲线的平均值。
图1 SATWE 地震作用放大系数前一种做法可能使得构件配筋较大，因为在时程分析过程中，构件内力的最大响应具有不同时性，采用包络值进行设计会使得构件内力，尤其是压弯构件内力偏于保守。
《弹塑性时程分析法》PPT课件
(U i1
U8 )
（4.1.13）
需要指出，式（4.1.8）～式（4.1.13）中，U3 、P(U3) 、U 4 、U7 、P(U7 )
和U8 分别表示与点 3、4、7、8 对应的恢复力与变形的绝对值。
§4 弹塑性时程分析法
4.1.1.3 曲线型模型
钢筋混凝土结构典型的曲线型模型有谷资信提出的标准特征滞 回曲线（Normalized Characteristic Loop, NCL）模型。NCL模型由骨 架曲线和标准滞回曲线组成。
§4 弹塑性时程分析法
多自由度体系在地震作用下的运动方程为 Mx(t) Cx (t) Kx(t) MIxg (t)
式中，M、C 和 K 分别为结构体系的质量、阻尼和刚度矩阵； x(t) 、 x (t) 和
x(t) 分别为体系的加速度、速度和位移向量。 对刚度矩阵 K 的讨论:
(1) 在弹性阶段,K 是定值,不随变形而变化. (2) 在弹塑性阶段,K 值随结构变形状态不同而改变。 (3) 由于地震下结构变形为一个循环往复的过程，因此 K 值随着变形也是
初始条件为 U i U y ， P(U i ) Py
刚度降低系数为
k2 k1
1
故 P(Ui1) Py k1(Ui1 U y ) （4.1.3）
（3）正向硬化阶段卸载（23 段）
此阶段有U 0 ，U U 2
初始条件为U i U 2 ， P(U i ) P(U 2 ) 刚度降低系数为 1
§4 弹塑性时程分析法
4.2.1 层模型
层模型以一个楼层为基本单元，用每层 的刚度（层刚度）表示结构的刚度。层模型假定 建筑各层楼板在其自身平面内刚度无穷大，因此 可将整个结构合并为一根竖杆，并将全部建筑质 量就近分别集中于各楼层楼盖处作为一个质点， 考虑两个方向的水平振动，从而形成“串联质点 系”振动模型，如图4.2.1（a）所示。对质量与 刚度明显不对称、不均匀的结构，应考虑双向水 平振动和楼盖扭转的影响，此时采用“串联刚片 系”振动模型考虑转动惯量I对振动的影响，如 图4.2.1（b）所示。层模型一般把位移参考点设 在每层的质心，其本构关系是层总体位移与层总 体内力之间的关系，可以采用静力弹塑性分析法 确定结构层刚度及其恢复力模型，此时一般应考 虑各类杆件的弯曲、剪切和轴向变形。层模型的 优点是简单、计算量较小；缺点是模型比较粗糙， 不能描述结构各构件的弹塑性变形过程，不能完 全满足结构抗震设计的要求。