结构静力非线性分析的研究进展[1]
青岛理工大学毕业设计模板
I摘特别是混凝土结构的非线性反应具有不可精确预测的性质。
因此，从概率密度演化的角度考察工程结构的非线性性状是准确把握结构非线性性能的必由之路。
本文基于随机结构反应概率密度演化的思想对于随机结构分析理论进行了深入的探讨，初步建立了随机结构反应概率密度演化的基本图景。
结构静力非线性分析是评价结构抗震性能的重要手段。
对于具有双线型广义随机本构关系材料的结构，其塑性截面分布状态的演化过程即非线性损伤构形状态转移过程反映了结构内力演化的性质。
无记忆特性结构的非线性损伤构形状态转移过程具有马尔可夫性，通过结构的力学分析可建立风险率函数与状态转移速率之间的关系，进一步考虑状态之间的逻辑关系，即可得到概率转移速率矩阵。
对于有记忆特性结构及力-状态联合演化过程，可通过引入相应的记忆变量构造向量马尔可夫过程，并采用次序分析方法建立其确定性的概率密度演化方程。
关于简单结构的情况进行了解析求解，并据以探讨了结构非线性构形状态演化的若干特征，发现了在实际应用中可能具有重要意义的稳定构形现象。
讨论了力-状态的解耦问题。
基于非线性构形状态本身的性质以及演化过程的规律，初步研究了可能的简化与近似方法。
……最后，关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。
关键词：随机结构，马尔可夫过程，非线性构形状态，差分方法青岛理工大学毕业论文（设计）II第1章 前言 (1)1.1 概述 (1)1.2 随机结构分析现状 (2)1.2.1 线性随机结构分析 (2)………第3章 结构非线性损伤构形状态的随机演化分析 (3)………3 ……… 3.3.1 3………第7章 结论与展望 ................................ 错误！未定义书签。
7.1 结论 ...................................... 错误！未定义书签。
青岛理工大学毕业论文（设计）7.2 进一步工作的方向.......................... 错误！未定义书签。
桥梁抗震的研究进展
桥梁抗震的研究进展一、本文概述随着全球气候变化的加剧，地震等自然灾害频发，桥梁作为交通网络的重要组成部分，其抗震性能越来越受到人们的关注。
近年来，桥梁抗震研究取得了显著的进展，不仅提高了桥梁的抗震设计水平，也为保障交通畅通和人民生命财产安全提供了有力支持。
本文旨在综述桥梁抗震研究的最新进展，探讨当前研究热点和未来发展趋势，为桥梁抗震设计与实践提供参考。
本文将首先回顾桥梁抗震研究的历程，分析地震对桥梁结构的影响及破坏机理。
在此基础上，重点介绍近年来桥梁抗震设计理论、实验技术、数值模拟等方面的研究进展，包括抗震设计理念的更新、新型抗震材料的研发、智能抗震技术的应用等。
还将对桥梁抗震加固与修复技术、震后桥梁快速评估与恢复等方面进行讨论。
本文还将关注桥梁抗震研究的前沿动态，包括抗震设计规范的更新、新型抗震结构体系的探索、多学科交叉融合在桥梁抗震研究中的应用等。
通过对这些内容的梳理与分析，本文旨在为桥梁抗震研究与实践提供新的思路和方法，推动桥梁抗震技术的持续发展与进步。
二、桥梁抗震设计理论桥梁抗震设计理论是确保桥梁在地震中安全稳定运行的关键。
随着科技的不断进步和研究的深入，桥梁抗震设计理论也得到了显著的发展。
传统的抗震设计主要依赖于静态的力学分析和结构强度评估，但地震是一个高度动态的过程，因此，现代的抗震设计更加注重动态分析，包括时程分析、反应谱分析等方法，以更准确地模拟地震对桥梁的影响。
近年来，基于性能的抗震设计（Performance-Based Earthquake Engineering, PBEE）成为研究的热点。
PBEE强调根据桥梁的特定性能目标来进行设计，而不仅仅是满足某种静态的强度要求。
这种设计方法允许设计师根据桥梁的重要性、使用功能、维护成本等因素，为其设定不同的性能水平，从而在地震中达到预期的抗震效果。
随着计算机科学和人工智能的发展，数值模拟和智能算法在桥梁抗震设计中的应用也越来越广泛。
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。
框架混凝土结构静力弹塑性分析方法与非线性动力分析方法的对比
谢谢观看
常用方法
常用方法
非线性动力分析的常用方法包括有限元法、有限差分法、边界元法等。其中， 有限元法在非线性动力分析中同样得到广泛应用。
分析步骤
分析步骤
非线性动力分析的一般步骤如下： 1、对结构进行几何建模和材料属性赋值； 2、确定初始状态和边界条件；
分析步骤
3、对结构进行有限元离散化，并进行单元划分； 4、建立整体刚度矩阵和质量矩阵； 5、对整体刚度矩阵和质量矩阵进行集成，得到动力学方程；
目录
014 对比分析 016 适用范围对比
引言
引言
框架混凝土结构在建筑领域广泛应用，其安全性与稳定性是工程界的重点。 为了确保框架混凝土结构的可靠性，研究人员采用了多种分析方法，其中静力弹 塑性分析和非线性动力分析是两种常用的方法。本次演示将对这两种分析方法进 行介绍和对比。
静力弹塑性分析方法
结果与讨论
结果与讨论
在相同地震工况下，静力弹塑性分析与动力弹塑性分析的结果存在显著差异。 在大多数情况下，动力弹塑性分析的结果更为精确，尤其在低烈度区。然而，在 高烈度区，由于地震动力的复杂性和结构的非线性响应增加，两种分析方法的预 测结果差距加大。这表明动力弹塑性分析在处理复杂地震动力的能力上要优于静 力弹，并进行单元划分； 4、对每个单元进行力学分析，得到节点位移和应力；
分析步骤
5、根据应力-应变关系判断结构是否进入塑性状态，并计算塑性变形；
6、迭代计算，直到结构达到最 大承载能力。
实例分析
实例分析
采用有限元法对一榀框架混凝土梁进行静力弹塑性分析。在分析过程中，考 虑了混凝土材料的弹塑性特性，通过逐步增加荷载，得到了梁的承载能力、位移 和应力分布。结果表明，该梁在达到最大承载能力时发生塑性失稳。
桥梁结构中的非线性分析方法研究
桥梁结构中的非线性分析方法研究在现代建筑领域，桥梁结构的设计是一个非常重要和复杂的任务。
桥梁的结构需要承受来自不同方向的力，例如道路交通和路面负荷，风力和地震等。
在高科技的帮助下，以往的桥梁结构设计已经得到了很大的提升，然而，需要解决的问题仍旧很多。
桥梁结构的非线性分析方法是研究桥梁结构问题的重要手段之一。
桥梁结构的非线性分析方法是指在考虑结构在受到极限荷载时具有非线性现象，并通过逐步分析反应和改善结构性能的分析方法。
这种分析方法被广泛应用于桥梁结构的设计和调整中。
在非线性分析方法方面，有很多研究，其中基本的非线性分析方法包括非线性静力分析（NLSTA）和非线性动力分析（NLDA）。
非线性静力分析（NLSTA）是桥梁结构中常见的一种非线性分析方法。
它是指根据材料和结构的非线性性质，根据结构受荷载时的非线性反应和承载能力进行结构分析。
这种分析方法的优势在于能够确定结构受荷加载荷和荷载水平之间的关系，并帮助设计师识别结构在承受荷载时的可能失效模式。
然而，该方法的缺点是不能描述动态荷载对结构的影响，因此很难预测结构在地震或强风等灾害发生时所承受的载荷。
非线性动力分析（NLDA）是基于结构非线性性质、地震和风等荷载产生的动态荷载对结构的影响进行分析的一种方法。
它能够模拟结构在地震条件下的反应，特别是在近场地震下，可以评估结构在地震中的应力和变形。
这种分析方法可以提供结构受震后的性能评估，以帮助设计师采取必要的预防措施。
然而，该方法的缺点是计算复杂，并且需要大量的输入数据的测量和分析。
针对上述非线性分析方法的优缺点，科学家们正在开发一种新的混合分析方法，称为非线性混合分析（NLHA）。
非线性混合分析结合了非线性静力分析（NLSTA）和非线性动力分析（NLDA）的相关特点，并在这些方法的基础上提供更具体的结构评估和修补方案。
该方法克服了NLSTA和NLDA分析缺点，在保留分析优点的同时，提高了预测能力。
在桥梁结构的设计和加固过程中，非线性分析方法是十分重要的。
混凝土结构中的非线性分析方法研究
混凝土结构中的非线性分析方法研究一、引言混凝土结构是现代建筑中常用的结构形式之一，其特点是具有较好的强度和耐久性。
随着建筑设计和建造技术的不断发展，建筑结构也越来越复杂，因此需要更加精确的分析方法来对结构进行评估和优化。
非线性分析方法就是一种能够模拟混凝土结构在高负荷下的行为的方法，本文将对混凝土结构中的非线性分析方法进行详细研究。
二、混凝土结构的非线性行为混凝土结构在高负荷下会出现非线性行为，主要表现为以下几个方面：1. 材料非线性混凝土材料的本构关系是非线性的，其强度随着应力增加而不断增加，但增长速度逐渐减缓。
此外，混凝土还存在着裂缝和损伤等问题，这些都会影响其力学性能。
2. 几何非线性混凝土结构的变形过程中，结构的几何形状也会发生变化，这种变化会引起应力的变化，从而导致结构的非线性行为。
3. 边界条件非线性混凝土结构的边界条件也会影响其力学性能，例如支座的变形和约束条件的变化等都会引起结构的非线性行为。
三、混凝土结构的非线性分析方法混凝土结构的非线性分析方法主要包括以下几种：1. 静力分析静力分析是一种利用力学理论和数值计算方法对结构进行力学分析的方法。
静力分析中通常假设结构的变形是线性的，因此只能用于分析一些较为简单的结构。
2. 动力分析动力分析是一种利用结构在地震或其他动力载荷下的响应来评估结构稳定性的方法。
动力分析通常使用有限元法或其他数值计算方法来模拟结构的响应。
3. 非线性分析非线性分析是一种能够模拟结构在高负荷下的行为的方法，它能够考虑结构的材料非线性、几何非线性和边界条件非线性等因素。
非线性分析通常包括弹塑性分析、弹性-完全塑性分析和弹性-损伤分析等方法。
四、非线性分析方法的应用非线性分析方法在混凝土结构中的应用主要包括以下几个方面：1. 结构设计非线性分析方法能够模拟结构在高负荷下的行为，因此能够更加精确地评估结构的稳定性和安全性，从而为结构设计提供更加可靠的依据。
2. 结构检测非线性分析方法能够对结构的变形、裂缝和损伤等问题进行评估，从而为结构检测和维修提供依据。
钢桁架建筑结构非线性分析的数值模拟研究
钢桁架建筑结构非线性分析的数值模拟研究钢桁架建筑是现代建筑中的一种重要类型，其结构特点是轻巧、美观、稳定。
在设计钢桁架建筑时，结构非线性分析是必不可少的一项工作。
结构非线性分析是指在考虑所有可能载荷作用下结构变形时，结构的应力、应变等力学性能数据可能受到非线性影响的计算方法。
本文将通过数值模拟的方式探讨钢桁架建筑结构的非线性分析。
一、钢桁架建筑结构的非线性特性钢桁架建筑结构的非线性特性主要来源于材料非线性、几何非线性和边界条件非线性三个方面。
材料非线性是由于钢材的应力与应变之间并不是线性关系，其应力-应变曲线可以是一条曲线，在工程应用中使用的通常是广义胴极材料本构模型。
钢材的应变硬化性能也是一个研究焦点，应变硬化的本质是一种能量耗散过程，可以通过现场钢材的拉伸试验数据进行参数辨识，得到有效的参数后，就可以对钢材作出正确的相应性能。
几何非线性是指结构变形过程不是线性过程。
比如说，钢桁架建筑可能由于受到不同的载荷而发生桥架、支撑架的弯曲变形，这时梁端部的偏转极限就可能出现非线性。
边界条件非线性是指结构的支承点的边界条件(如铰支承、弹簧支承等)不是线性约束关系。
因此，它可能会导致建筑结构的非线性响应。
二、钢桁架建筑结构的数值模拟钢桁架建筑结构的非线性分析需要使用相应的数值方法，其中常用的方法有有限元法、有限差分法和边界元法。
有限元法是钢桁架建筑结构分析中最常用的方法，是指将结构划分为n个元件(如梁、板、支座等)，再根据确定的应变单元模型、接触约束和材料力学性能进行计算分析的一种数值方法。
有限差分法则是以差分方程作为数值分析的基本思路，利用差分方程描述了钢桁架建筑结构的变形和力学特性，并通过离散化求解差分方程，得出基于差分方程的数值模拟结果。
边界元法是以边界上的相邻点之间的物理关系作为计算结果的数值模拟分析方法。
它不需要把研究对象划分成小的元件，因此对于那些形状复杂或者非均匀性强的物体分析可以取得优秀的效果。
钢框架的静力非线性分析
静力非线性分析一、静力非线性分析方法静力非线性分析方法（Nonlinear Static Procedure）即静力弹塑性分析方法，又被称为推覆分析（Pushover Analysis)，是基于性能来评估已有结构和设计新结构的一种方法。
该方法是一种结构非线性响应的简化计算方法，将其与地震反应谱结合使用，可对结构进行抗震评估，又因其操作简便和实用性强等优点，在近二十年来该方法获得了很大的发展。
目前在许多国家的规范、标准中都引入了该方法。
1、静力非线性分析方法的原理静力非线性分析方法不仅考虑结构的弹塑性性能，而且将设计反应谱引入了分析过程[45]。
该方法首先在结构上加载竖向荷载，然后沿高度加载侧向力分布的水平荷载，再加载模拟地震水平惯性力，并逐步增大，随荷载的持续增大，结构构件将会进入塑性状态，结构的梁柱等构件也会出现塑性铰，最终结构达到预期的目标位移或形成机构。
这一过程反应了结构抗侧力弹塑性性能，可通过这一过程评估结构在地震作用下的内力、变形、塑性铰出现位置和先后顺序等，从而判断结构是否能够承受地震作用。
该方法主要用于计算结构的抗侧能力，并对其抗震性能进行评估。
它能够大致预测结构在水平荷载作用下的性能，而且可以获得构件塑性铰出现的位置、先后顺序以及倒塌模式。
2、静力非线性分析方法的基本假定及基本步骤静力非线性分析方法无较为严密的理论基础，它是基于三个基本假定：（1）结构的地震反应和等效的单自由度体系相关，也就是说结构的地震反应是由结构的第一振型来控制；（2）结构沿高度的变形由形状向量来表示，且不管变形多大，形状向量都维持不变；（3）楼板在平面内的刚度无限大，可以不考虑平面外刚度。
上面三个假定都不是很完美，侧向荷载的分布仅与结构的基本自振周期以及振型有关，但却忽略了结构高振型的影响。
目前并没有很好的方法来计算振型向量，一般只是凭经验假定，而振型向量的选择对确定结构特征参数有很大影响。
大量实验表明，对于地震反应由第一振型控制的多自由度体系，静力非线性分析还是能够很好的预测结构的最大地震反应[46]。
交错桁架结构体系的静力非线性分析
１ 静 力非 线 性 分 析 方 法
１０ ｍ， ６ｍ 混凝 土 强 度等 级 Ｃ０ 各 杆件 的截 面 见 表 １ ３， 。 楼面附加恒荷载取 １ＳＮ ｍ ， ． ／２ 活荷载按 ３０ ／ ２ ｋ ．￣ ｍ 。
２ ２ 计算结果分析 。
考虑抗震设防烈度为 ８ ， 度 二类场地土 ， 通过静 力
非线性分析得 出各 方案交 错桁 架体 系在 罕 遇地 震 作 用下 的推覆 曲线 （ 见图 ２ 图 ３ 。显然 ， 、 ） 方案 Ａ和 Ｂ的 承载力 接近 ， 当在纵 向设置 十字 交叉 形 支撑 后 ， 但 改 进型交错桁架的纵 向刚度 明显加强 ， 其纵 向承载力 显
（） 绘 出各个加 载阶段的控制 点位移 与底 部剪 ４ 力 的关 系曲线 ， 以反映结构 的非线性 反应 。 （） 通过检验结构 承载力 曲线 上对应 于层剪 力 ５
的位移角 ， 结构抗 震能 力进 行评估 ， 而确 定其 是 对 从 否符合规范规定 的要求 。
（ ． ｏｈ ｔ ｏａｏ ｏ ｅｅ Ｈ ｈｏ １０ １ Ｃ ｉ ； １ Ｈ ｈｏ Ｖ ｃｔ ｎＣ ｌ ｇ ， ｏｈｔ ０５ ， ｈ ａ ｉ ｌ ０ ｎ
２ Ｈ ｈ ｏ Ｊ ｇ ￣Ｒ ａ Ｅ ｔ ｅＤ ｖｌ ｍ ｎ ｏ ， ｔ，Ｈ ｈｏ ００ １ ， ｈｎ ） ． ｏｈｔ ｉ ｋ ｅｌ ｓ ｔ ｅｅ ｐ ｅｔ ．Ｌｄ ｏｈ ｔ １０ ０ Ｃ ｉ ｎ ａ ｏ Ｃ ａ
表１
构件 类 型
立柱
各 杆 件 的截 面 特 征
规 格
非线性结构方程模型的研究进展
用 ， 得学者 们探讨 其 他 的 潜 变量 非 线 性效 应 和交 互 使 作 用 的分析 方法 。虽 然这 样 ， 们 的 工作 仍应 的研究 。 ２Ｊｒｓｏ — ｎ 型及 衍生模 型 ．ｏｅｋｇＹａｇ模 鉴 于 Ｋ ｎ ｙＪｄ ｄｅ 中计 算非 线性 项 的方 差 、 ｅｎ － ｄＭｏ ｌ ｕ 协 方差 常 是 繁 琐 的 ，９６年 Ｊｒｓｏ １９ ｏｅｋｇ和 Ｙ ｇ 提 出 ｎ ａ 可用 单个乘 积指 示 变量 来 模 拟非 线 性 项 的交 互效 应 ，
测变量 来表征 非线 性项 。该法 也可被 称为指 示变 量交 叉乘积法或连续变量技术 ， 它要求对各矩阵都进行非 线性 限制 ， 由于模型过 于复 杂 ， 在建模 时需假 定显 变 且 量为 正态 分布 及残差 之 间 相互 独 立 ， 需要 手 工 推 导 并
但必须考虑截距项。他们用 Ｌｒ ｉｌ ｅ ８估计 了基本 的交 互作用模型， 考虑了指标带有常数项 的非中心化模型 （ｏｅｋ ｇＹ ｎ ｄ１。模拟 结果显 示线 性结构 方程 Ｊｒｓｏ－ ａｇｍｏ ｅ）
模型 的最大 似然估 计程 序可 被用来 估计基 本 的交互作
变量间线性约束和非线性约束条件 ， 实际应用难度很 大。
随着 软件 的 发 展 ， 位 统 计 学 家 拓 展 了 Ｋ ｎ ｙ 几 ｅｎ．
Ｊｄ ｄ ｌ ９ ９年 Ｊｒｓｏ ｕ ｄＭｏ ｅ。１ ８ ｏｅｋ ｇ和 Ｓ ｒｏ ｏｂ ｍ 对 Ｋ ｎ ｙ ｅｎ—
种用 来 分析 多指标 变量 间错综 复杂关 系结构 的多元
统计分 析 方法 。与传统 的统 计 分析 相 比，Ｅ 具 有诸 ＳＭ 多优点 ¨ 。 目前 ，Ｅ 被广 泛应 用于社 会 学 、 济学 、 Ｊ ＳＭ 经 心理学 、 医学 、 物学 以及 传统 的分析 非实验 性或 准实 生 验性 数 据 的 领域 。 仅 以心 理 学 资 料库 （ ｓｃＮ Ｏ） ＰｙｌＦ 为 例， 截止 ２ ０ ０５年 １ ０月底 就有 ３６６篇 论 文 以 Ｓ Ｍ 作 ９ Ｅ 为资料分 析 的方 法 ， 】 而探 讨 Ｓ Ｍ 中非 线 性 效 应 建 Ｅ 模 的论 文 较少见 。 从 统 计原理 来看 ，Ｅ 应 符合 多元 统 计分 析 的基 ＳＭ
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以用等效单自由度体系代替复杂结构来进行结构的 地震反应分析简化方法．随后有关ｐｕｓｈ．ｏｖｅｒ分析方 法的研究和应用得到了广泛的重视，并逐渐成为结构 抗震能力评估的一种较为流行的方法．我国学者叶 燎原、潘文等【ｌ ６】根据ｐｕｓｈ．ｏｖｅｒ分析法计算了几个实 例，提出了对不规则框架、有加强措施的砌体结构、耗 能减震结构等应用ｐｕｓｈ．ｏｖｅｒ分析法的几点思考．
收稿日期：２００９－０４－０１；修订日期：２００９－０９－２５
理论的核心是追求“最佳经济效益和成本比”，其实 质是要控制结构在未来可能发生的地震作用下的抗
作者简介：葛东晓（１９８５一）。男．浙江宁波人．天津城市建设学院硕士生 万 方数据
・２７２・
震性能．基于性能的抗震设计的突出特点是用性能 指标来度量结构的功能，性能指标是划分结构构件、 楼层和整体破坏状态的标准．采用合理的性能指标 才能建立牢固的ＰＢＳＤ框架，它使建筑结构的设计方 法更加合理化和数量化，达到有理有度、简明实用的 效果．可以认为，基于性能的抗震设计是未来结构抗
基于性能的抗震设计理论及其方法
１９９５年美国加州结构工程师的ⅥｓＩｏＮ２０００委
员会提出了基于性能的抗震设计（ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ－ｂａｓｅｄ
ｓｅｉｓｍｉｃ
ｄｅｓｉｇｎ，简称ＰＢＳＤ）的概念和理论ｐｊ。该
ＰＢＳＤ的概念是指：从项目的提出开始，直到建筑寿 命结束的全过程，它包括地震危险性分析、性能水准 和性能目标的选择、场地适应性决策、概念设计、初步 设计、最终设计、设计可行性检查、设计重复检查、施 工质量保证和建筑物寿命期内的维护，每一步都是性 能工程的关键；它是以结构的性能反应为目标来设计 结构和构件，使结构达到水平地震作用下的性能要 求；它要求结构在不同强度的水平地震作用下达到预 期的性能目标． 美国太平洋地震工程研究中心（ＰＥＥＲ）提出的 新一代基于性能地震工程的框架方法，目前已被
震的发展趋势． 基于性能的地震工程的思想自提Ｈ｛后，包括我国 在内的地震多发国家，如美国、日本、新西兰、意大利、
能量的等效黏滞阻尼来表征结构；然后用预先确定的
设计位移反应谱和预期的延性系数求得估计的阻尼。 由设计位移可求出最大位移时的等效周期；于是最大 位移时的有效刚度可由自由度振子的周期方程求得． 能力谱方法由Ｆｒｅｅｍａｎ等【ｌ ３】提出，后经众多学 者如Ｆａｊｆａｒ等【１４Ｊ完善和改进；《日本建筑标准法》和 美国Ａ１’Ｃ．—４０都采用能力谱法作为基于性能的抗震 设计方法；Ｃｈｏｐｉｎ等【ｌ ５ｊ提出将能力谱方法与结构损
２静力非线性分析方法
基于性能的抗震设计需要全面、合理地考虑地震 动的动力效应及结构的非线性响应特点，目前一般采
用静力非线性分析方法（ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｓｔａｔｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ）和动 力非线性分析方法（ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｄｙｎａｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ）．动力
非线性分析方法计算量大，其结果对输人地震动的特 性、结构模型、非线性算法及阻尼的处理、构件的滞回 特性等因素比较敏感，国外的一些学者对其提出了一 些简化方法：ＳＰ０２ ＩＤＡ（ｓｔａｔｉｃ
时结构的性能有较好的了解和把握．
由于时程分析法能够计算地震反应全过程中各
时刻结构的内力和变形状态，给出结构的开பைடு நூலகம்和屈服
的顺序，发现应力和塑性变形在其中的部位，从而判 明结构的屈服机制、薄弱环节及可能的破坏类型，因 此被认为是结构弹塑性分析的最可靠方法．但是，时 程分析法的技术复杂、计算工作量大、结果处理复杂，
基底剪力或层剪力，则承载力满足要求；
（３）确定结构的目标位移．基于性能的抗震设计
的目标是控制结构在不同强度水平的地震作用下的 破损程度，以达到预期的结构性能．确定目标位移是
基于陛能设计的关键； （４）建立结构整体位移与构件局部变形间的关
系．结构的顶点位移或层间位移是由构件的变形产
目标位移
生的．由静力非线性分析可以得到结构达到目标位
弱环节等；
（２）判断结构抗震承载能力．基于性能的抗震设 计需要比较两个基本量，即抗震能力与抗震要 求．Ｐｕｓｈ．ｏｖｅｒ分析可以得到结构的基底剪力一顶点位
移曲线、层剪力一层间位移曲线，即结构的能力曲 线．能力曲线从总体上反映了结构抵抗横向力的能
力．基于性能的抗震设计中，结构必须首先满足承载 力的要求．若结构具有的承载力大于地震作用下的
２．１
求的延性系数．Ｐａｒｋ、Ｐａｕｌａｙ和Ｐｒｉｅｓｔｌｅｙ为该方法建立 了主体框架，使其在新西兰等国家得到应用，通常称 为“能力设计”方法【ｌ２１．我国建筑抗震规范所体现的 概念设计的思想，如对“强节弱杆，强柱弱梁，强剪弱
弯，强压弱拉”的要求和实现等，与该方法是相通的．
静力非线性分析方法的用途 静力非线性分析法（ｐｕｓｈ—ｏｖｅｒ）是一种简化的结
ＦＥＭＡ ４４５及ＡＴＣ＿一５８的２５％阶段性初稿所采用ｌｏＪ．该
的性能目标．回顾整个抗震设计的发展过程，基于性 能的抗震设计并不是一个全新的概念，早在１９７６年 Ｐａｒｋ［２１提出的基于能力的抗震设计原理，就包括了建 筑物的性能通过整个设计过程来控制的设计思 想．它需要借助于结构的抗震计算分析，以便对地震
２７３／３５６、ＡＴＣ叫Ｏ、日本建
筑基准法、Ｅｕｒｃｏｄｅ８等，我国也将其纳入了《建筑抗
震设计规范》（ＧＢ５００１ ｌ一２００１）【ｌ Ｊ．
静力非线性分析主要用于检验新设计的结构和
评估在用结构的性能是否满足不同强度地震作用下
的设计性能目标．其主要用途包括【３】： （１）结构行为分析．静力非线性分析可以大致预 测结构在横向力作用下的行为，得到结构构件弹性一 开裂一屈服一弹塑性一承载力下降的全过程，得到杆 端出现翅性铰的先后顺序、塑性铰的分布和结构的薄
摘要：基于性能的抗震设计作为２ｌ世纪结构抗震设计的新方法，受到了国内外工程技术人员的 重视．简述了基于性能的抗震设计在国内外的发展和研究过程，分析了静力非线性分析方法在评
估结构抗震性能中的不足，讨论了高阶振型对结构的影响，指出了静力非线性分析方法尚需要进
一步研究的若干问题．
关键词：基于性能的抗震设计；静力非线性分析；结构抗震；结构性能
移时杆端翅性转角的大小，甚至得到杆端截面混凝土
谱位移
图１能力谱方法确定目标位移
能够达到所要求的极限压应变，从而使构件具有所要
析方法，增强了能力谱法的实用性．由此可见，能力 谱法的实质是对目前采用的基于力设计方法中位移、 变形的校核．能力谱方法的关键是用ｐｕｓｈ．ｏｖｅｒ分析 法获得能力曲线．结构ｐｕｓｈ．ｏｖｅｒ分析法在国外研究
和应用的较早．２０世纪８０年代中期，有学者提出可
中图分类号：ＴＵ３５２．１１
文献标识码：Ａ
文章编号：ｌ００６．６８５３（２００９）０４．０２７１．０５
目前，在建筑结构抗震设计时，我国抗震设计规 范采用的是“三个水准、两个阶段”的设计【ｌＪ．它是 分别通过小震下的截面强度验算、大震下的薄弱层变 形验算来实现小震和大震下的设计水准，而“中震可 修”的要求则主要采用构造措施来满足，没有具体的 计算量化．从这个角度来看，现行规范的主要目标是 防止结构倒塌，以保证生命安全．虽然１９８９年的美
ｐｕｓｈｏｖｅｒ ２ ｍｃｒｅｍｅｎｔａｌ
ｄｙｎａｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ）ｉ１ ７１、模态增量动力分析（ｍｏｄａｌ ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ ｄｙｎａｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ）１１８１、近似增量动力分析
（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ ｄｙｎａｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ）Ｂ９１、增量 Ｎ２法（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ Ｎ２，ＩＮ２）弘叫等．
天津城市建设学院学报第１５卷第４期２００９年１２月
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ｔｉａｎｊｉｎ
Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｕｒｂａｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
Ｖ０１．１５
Ｎｏ．４
Ｄｅｃ．２００９
结构静力非线性分析的研究进展
葛东晓，熊立红，王・杨
（天津城市建设学院天津市软土特性与工程环境重点实验室，天津３００３８４）
到目标位移）．由于这一方法既能考虑结构的非线性
特点，又相对简便，可以避免采用非线性动力分析方
万 方数据
天津城市建设学院学报葛东晓等：结构静力非线性分析的研究进展
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法的复杂性及分析结果的不确定性，容易实施，因此 成为基于性能抗震设计分析的重要方法，现已被一些
规范、标准采用，如ＦＥＭＡ
是由ｐｕｓｈ．ｏｖｅｒ分析得到能力曲线，将能力曲线上每 一点对应的基底剪力和顶点位移转化为谱加速度和 谱位移，得到结构的能力谱曲线，再将能力谱曲线和 折减后的地震反应谱曲线画在同一坐标系内，两条曲 线的交点即为目标位移的设计值，如图ｌ所示；另一 种是对结构的等效单自由度体系进行动力时程分析， 从而获得结构的目标位移．第一种方法的困难在于现 有规范中没有现成的弹塑性反应谱．第二种方法由于 时程分析的工作量较大，比较复杂，所以从实际应用 的角度考虑，利用弹塑性反应谱更容易被广大工程设 计人员所接受．在能力谱方法中，可由地震危险性分 析结合非线性地震反应的统计结果，得到符合结构所 在场地地震特征的弹塑性反应谱，也可对文献［１】给 出的弹性反应谱进行修正，得到弹塑性反应谱．但 是，采用这两种方法确定的结构目标位移存在着明显 的差异【２４Ｊ．由于弹塑性反应谱只涉及一个（基本）振 型，因而在用常用方法确定的目标位移时，高振型的 贡献被忽略．因此，怎样在确定结构的目标位移时考 虑高阶振型的影响还有待研究，可以考虑采用弹塑性 时程分析作为辅助验算．
伤指数评定相结合的屈服位移能力谱的地震损伤分
土耳其、伊朗等，都对其开展了卓有成效的研究和实 践工作．日本在１９９５年４月启动了一项３年联合研 究开发项目“建筑结构现代工程方法开发”【７】，该项 目的具体目标为：①研究不同性能水准的定义，建立 结构设计完成后评估其性能的程序和方法；②建立基 于性能的建筑规范框架，以适应和推进新型结构材 料、施工方法和设计理论的应用，增加设计和工程建 设中的自由度；③形成一个现代社会体系，使基于性 能的设计更好地发挥作用．我国学者建议中国２１世 纪的规范应顺应这一发展趋势，且已编制完成了《建 筑丁程抗震性态设计通则（试用）》【８】．中国建筑科学 研究院上程抗震研究所也联合国内部分高校和研究 所，开展了“我国２０００年工程抗震设计模式规范” 的研究，并在《建筑结构学报》介绍了这方面的研究 成果【９】．谢礼立等Ｂｏ］讨论了基于性能的抗震设计的一 般理论和方法，并针对当前基于性能的抗震设计和分 析方法尚未完全成熟这一状况，考虑到我国的实际条 件，提出了一套较完整的目标性能、性能水平和基于 性能的抗震设防原则及方法． 基于性能的抗震设计方法是性能理论的重要内 容，目前基于性能的抗震设计方法主要包括按延 性系数设计的方法、直接基于位移的方法和能力谱 方法‘１¨． 按延性系数设计的方法实质是通过建立构件的 位移延性系数，或截面曲率延性系数与塑性铰区混凝 土极限压应变的关系，有约束箍筋来保证核心混凝土