静力弹塑性和动力弹塑性分析方法在结构抗震分析中的应用_张洪伟
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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。
建筑结构静力弹塑性分析方法及其减震控制
二、静力弹塑性分析方法的实施 步骤
二、静力弹塑性分析方法的实施步骤
1、定义材料属性：静力弹塑性分析需要输入材料的弹性模量、泊松比、剪切 模量、密度等参数，以及材料的非线性应力-应变关系。
二、静力弹塑性分析方法的实施步骤
2、建立结构模型：使用有限元方法建立结构模型，包括几何形状、边界条件 和载荷条件。
建筑结构静力弹塑性分析方法
建筑结构静力弹塑性分析方法
建筑结构静力弹塑性分析方法的基本原理是在荷载作用下，结构产生变形， 并导致应力和应变的产生。通过考虑材料的弹性和塑性性能，可以得出结构的弹 塑性响应。具体的计算步骤包括以下几个步骤：
建筑结构静力弹塑性分析方法
1、建立结构的计算模型，并确定结构的材料参数和边界条件； 2、对结构进行静力荷载作用下的弹性分析，得出结构的弹性响应；
内容摘要
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。
内容摘要
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对高层建筑结构进行静力弹塑性分析是可行的，并且能 够得出可靠的结果。在实际工程中，MIDASGEN可以为高层建筑结构的安全性和稳 定性评估提供有力的支持。在进行高层建筑结构的静力弹塑性分析时，需要注意 建模的准确性、参数设置的合理性、荷载工况的全面性以及结果分析的可靠性等 问题。通过不断改进和完善分析过程，可以进一步提高MIDASGEN在高层建筑结构 分析中的精度和效率。
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。
结构抗震静力弹塑性分析方法(Pushover)的研究与改进的开题报告
结构抗震静力弹塑性分析方法(Pushover)的研究与改进的开题报告一、研究背景随着建筑结构设计的发展，抗震设计成为其中的重点和难点。
为了保障建筑安全，结构的抗震能力得到了越来越广泛的重视。
在结构抗震设计中，抗震静力弹塑性分析方法（Pushover）已经成为全球广泛使用的一种分析方法。
该方法根据结构某一方向施加分布荷载，通过对结构力学性能的分析，评估结构抗震能力。
二、研究目的与意义随着现代建筑的不断发展，建筑的结构形式日益复杂。
在这种情况下，传统的计算方法已经不能满足抗震设计的需求。
因此，本研究旨在对抗震静力弹塑性分析方法进行研究和改进，扩充其适用范围，提高其计算精度和效率，以更准确地评估结构的抗震能力。
三、研究内容1. 国内外相关研究的调研和综述，对Pushover分析方法的基本原理和步骤进行总结和阐述。
2. 提出一种结构抗震静力弹塑性分析方法的改进方案，探讨在模型参数、荷载模拟、材料本构关系等方面的改进思路。
3. 基于实际工程，使用所提出的改进方法对不同类型的建筑结构进行抗震分析，评估其抗震能力。
4.设计和编写Pushover分析方法改进程序，验证改进方案的正确性和有效性。
四、预期成果和考核指标本研究旨在对抗震静力弹塑性分析方法进行改进研究。
主要的预期成果包括：1.提出一种结构抗震静力弹塑性分析方法的改进方案，改进方案应能够在某些方面比传统的方法更加准确和高效。
2.通过实际工程评估所提出的改进方法的优缺点，验证其适用性和实用性。
3.设计和编写Pushover分析方法改进程序，展示改进方案的正确性和有效性。
预计的考核指标包括：论文的质量、研究方法是否合理、研究成果是否能够达到预期目标、研究结果的可重复性和实用性。
五、研究步骤与进度安排1.查阅相关文献，了解国内外关于结构抗震静力弹塑性分析方法的研究现状和进展，设计改进方案。
预计用时2周。
2.对所提出的改进方案进行模拟，并对改进方案中涉及的各项参数进行详细分析研究。
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
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。
框架结构抗震设计—静力弹塑性分析法
框架结构抗震设计—静力弹塑性分析法摘要：静力弹塑性分析法（Push-Over）是一种基于性能的抗震设计方法，已被越来越多的人认可和使用，本文重新梳理了Push-Over方法的水平加载原理及方法，明确了能力谱和需求谱及性能点三者的关系和意义。
利用框架结构的Push-Over曲线，介绍结构的性能点，并对结构的抗震能力进行验证，判断其抗震性能。
关键词：静力弹塑性分析（Push-Over分析）；框架结构；能力谱；需求谱；性能点1引言近年来，地震一次又一次袭击我们的家园近，2008年发生在四川汶川的8.0级大地震，死亡人数69227人，直接经济损失8451亿；2015年发生在尼泊尔的8.1级大地震，死亡人数8219人，直接经济损失348.84亿。
这一组组触目惊心的数据，都无时无刻不在警告我们工程人员，良好的抗震减震设计和优异的施工质量是当前中国乃至全世界都应该做到的，这样可以保证我们的房屋、桥梁及隧道做到大震不倒、中震可修、小震不坏。
如何提高建筑物的抗震能力、是否有更先进的抗震设防理念，是摆在科研工作者面前最急迫也是最艰难的问题。
抗震设计分析大致经历了一下几个阶段，静力理论阶段、反应谱理论阶段、动力理论阶段及基于性能的抗震设计理论阶段。
基于性能的抗震设计理论中最主要的两种设计方法是：一、弹塑性时程分析法；二、静力弹塑性分析理论（Push - Over法）。
静力弹塑性分析理论作为一种简单而有效的抗震设计理论已越来越被广大科研人员和设计人员所接受。
广大科研人员已经将其应用于房屋建筑、桥梁及其他结构的抗震设计中。
钢筋混凝土框架结构、层间隔震结构、钢结构及钢管混凝土结构的静力弹塑性分析均进行了大量的理论研究和实际应用]。
本文应用Push - Over方法对某钢筋混凝土框架结构厂房进行抗震性能分析。
2 静力弹塑性分析方法静力弹塑性分析（Push - Over）是在结构上施加竖向静载和活荷载并保持不变，同时施加沿高度分布的某种水平荷载或位移作用，随着水平作用的不断增加，结构构件逐渐进入塑性状态，结构的梁、柱和剪力墙等构件出现塑性铰，最终达到结构侧向破坏。
弹塑性静力分析法在结构抗震设计中的应用
ｏ ａ ｕ ａ ｒ ｑ ｅ ｃ ｎ ａｅ ａ ｏ ｃ ｆｔ ｅ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｄ ｅ ｔ ｌｓｉｉ ｆ ｔｅ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｌ ｄ ｔ ｔｕ ｔ ｒ ｉｉ ｉ ｈ ｇ ｓ Ｔ ｅ ｉ ｔｍ ａ ｆｎ ｔｒ ｌ ｅ ｕ ｎ ｙ ａ ｄ ｌｔ ｒ ｆ ｒｅ ｏ ｔ ｔ ｒ ｕ ｏ ｐ ａ ｔ ｔ ｏ ｔｕ ｔ ｒ ｅ ｏ ｓｒ ｃ ｕ ａ ｒ ｄｔ ｃ ｍｌｅ ． ｈ ｎｅ ｌ ｆ ｌ ｈ ｕ ｃｙ ｈ ｌ ｇ ｙ
一
加竖 向荷载 和某 种 分布 形 式 的水平 荷 载或 位 移 ， 逐 级增 大 水平荷 载 或位 移 后 ， 件 逐 步 屈 服并 进 入 塑 构
Ｍｙ＋Ｃ Ｆｆ ＝一Ｍ Ｙ ＋ ） ｌｏ （） １
１ 静 力弹 塑 性 分 析 方 法 的 基本 原 理
Ｐ ｓ — ｅ 分 析法 的基 本 原 理 是 ： 先对 结构 施 ｕｈｏ ｒ ｖ 首
式 中
， — —结 构质 量 和阻 尼矩 阵 ； Ｃ Ｆ ㈩— —名 义上 的结 构 弹塑性 恢 复力 ；
ｔ ｅ ｆ ａ ｅ ｓｒ ｔ ｒ ｈ ｒ ｍ ｔ ｕｃ ｕ ｅ
Ｄ Ｉ ｕｕ ｎ ＭＡ Ｆ ｉ ｉＬ ｕ ｕ ，ＨＥ Ｇ Ｃ ｕ ｙ ｎ Ａ ｊａ ， ｅ ｅ ， Ｕ Ｙ ｈ ａ Ｚ Ｎ ｈ ｎ ａ Ｓ ｆ
（ ｈｎ ｏ ｇＵ ｉ ｒ ｔ ｏ ｃ ｎｅａｄＴ ｃｎｌｇ ， ｉｇａ ２ ６ １ ， ｈｎ ） Ｓ ａｄｎ ｎｖ ｓｙ ｆ ｉ ｃ ｎ ｅｈｏｏｙ Ｑｎｄ ｏ ６５ ０ Ｃ ｉａ ｅ ｉ Ｓ ｅ
关与 等 效 单 自 由度 体 系 相 ）
（ ） 构 反应 受 基 本 振 型 控 制 ， 阶 振 型 的 影 ２结 高
响可 忽 略 。
在地震 作用 下 的弹塑性 性 能 ， 年来受 到普 遍关 注 。 近 Ｐｓ— ｅ 方 法 可 较 全 面 地 描 述 结 构 的 内 力 、 载 ｕｈｏ ｒ ｖ 承 力、 变形 特征 和 能量耗散 及相 互关 系 、 塑性 铰 出现 的 顺 序和 位 置 、 构 的薄 弱 环 节 及 可 能 的破 坏 机 制 。 结
静力弹塑性分析方法在抗震设计中的应用
大 众 科 技
ＤＡ ＺＨＯＮＧ ＫＥ Ｊ
Ｎｏ ６， ０１ ． ２ ０
（ ｕ ｌ ｉｅ ｏ１ Ｏ Ｃ ｍｕａ ｖ ｌ Ｎ ．３ ） ｔ ｙ
静 力弹 塑 性 分 析 方 法 在 抗 震 设 计 中 的应 用
屈 涛
（ 广西建筑科 学研 究设计 院，广西 南宁 ５ ０ １ ） ３ ０ １
【 中图 分 类 号 】Ｔ １ Ｕ３
【 献 标 识 码 】Ａ 文
【 章 编 号 】 １０ — １ １２ １）６ ００ — ３ 文 ０ ８ １ ５（０ ００ — １１ ０
性需求谱 。
（ ）概 述 一
建 筑 结 构抗 震 要 求 结 构 具 有 足 够 的 刚 度 和 承 载 力 以抵 御 小 震 ， 具有 足 够 的变 形和 耗 能 能 力 以 抵 御 大 震 。 震 害 和 理 论 分 析 都 表 明 ， 变 形 能 力 不 足 和 耗 能 能 力 不 足 是 结 构 在 地 震 作 用 下 倒 塌 的 主 要 原 因 。 结 构 构 件 在 大 地 震 作 用 下 的 破 坏 程 度 与 位 移 响应 和 构 件 的 变 形 能 力 有 关 ， 崩位 移 控 制 结 构 在 大 地 震 作 用 下 的 行 为 更 为 合 理 。 因 此 ，工 程 界 对 实 用 的 弹 性 地
确定 ，从而避 免对弹塑性单 自由度体系直 接进行动力 时程分 析，基本步骤如下 ：
（ ）使 用 静 力 推 覆 分 析 方 法 得 到 结 构 的推 覆 分 析 曲线 即 １ 基 底剪力和顶点位移之间的关系， ｕｈｖｒ ￣ｐ ｓ ｏ ｅ 曲线 。
弹 塑性分析 方法分静力弹 塑性方法和 动力弹塑性 方法 。 相 比弹 塑 性 动 力 时 程 分 析 ， 塑 性 静 力 分 析 方 法 （ 覆 分 析 方 弹 推 法 ） 有 概 念 和 操 作 上 的优 越 性 ，近 年 来 在 国 内 外 得 到 了广 泛 具 的 关 注 。Ｐ ｓ ｏ ｅ 从 本 质 说 是 一 种 静 力 非 线 性 计 算 方 法 ，其 ｕｈ ｖｒ 一
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5、结果的读取、性能评价
Pushover曲线
性能点
铰结果
Pushover分析结果
分层壳结果（限 SAP2000）
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Pushover曲线
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ETABS等代框架模型
• 由于早期版本的SAP2000以及目前的ETABS 程序中，只提供了杆件单元的塑性铰模型， 没有壳面的弹塑性模型，对于含剪力墙结 构的Pushover分析需要用等代框架代替剪 力墙。按照性能等效、内力等效的原则， 将墙体等效为框架，并指定塑性铰来模拟 剪力墙的塑性行为。
于高层建筑层数多，从
整体上看，连梁即多又
密，因此可近似将有限
多的连梁看成是沿竖向
无限密布的连续栅片。
连续栅片在层高范围内
的总抗弯刚度与原结构
中连梁的抗弯刚度相等。
连续栅片 等效柱
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双肢剪力墙及多肢剪力墙等代
• 双肢剪力墙或多肢剪力 墙水平截面的正应力已
墙肢轴线
经不再呈一连续的直线
分布，各墙肢之间的连
梁既传递水平推向力，
等效柱
又传递剪力和弯矩。由
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• 对于剪力墙的剪切行为，在PERFORM-3D中 需要定义等效剪切模量来综合考虑混凝土 和钢筋的共同作用。
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采用特定的方法进行结构抗震性能评估 • 能力谱方法（ATC40）
• 目标位移法（FEMA356）
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2.5Ca = η2αmax
Cv T
=
⎛ ⎜ ⎝
Tg T
⎞r ⎟
η2α
max
⎠
Ca Cv
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结构行为类型
地震持时 新建筑 一般现存建筑 现存老建筑
短 Type A Type B 长 Type B Type C
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壁式框架的等代
• 当剪力墙的洞口尺寸 较大，甚至于洞口上 下梁的刚度大于洞口 侧边墙的刚度时，剪 力墙的受力特性接近 于框架。在等代的过 程中只需要计算刚臂 的尺寸即可，剪力墙 墙肢和连梁用相同尺 寸的柱、梁代替。
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单片墙Pushover分析中混凝土层的应力
变化
②
① ③
上升段：受拉区 拉应力和受压区 压应力不断增加
受压区混凝土压溃，受压区 边缘压力应逐渐减小，平面 压应力峰值向内侧移动
基底剪力达到 最大值
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剪力墙
混凝土
2
钢筋
剪力墙
混凝土
2
2
纵向钢筋
横向钢筋
材
料
主
轴 方
2
2
向
剪力墙分层壳模型
混凝土层 纵向钢筋层
横向钢筋层
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侧向力加载模式
Uniform
Mode 1
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• 事实上，任何一种侧向力分布模式都不可能反映 结构全部的变形和受力要求。建议采用两种侧向 力加载模式分别执行推覆分析，从而更全面的了 解结构的抗震性能。
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1、基本思路
• 建立Pushover曲线
• 选择用于评估的地震水准
• 基本思路
• 选择用于评估的性能水准和目标 • 为各性能水准确定容许准则
• 采用特定的方法进行结构抗震 性能评估
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2、框架、剪力墙塑性行为的模拟
• 框架塑性行为的模拟可以通过塑性铰模型 或者纤维模型来模拟。
SAP2000
塑性铰
ETABS
PERFORM-3D
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纤维模型模拟框架单元的塑性行为
Type C Type C
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铰结果
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纤维模型
SAP2000
PERFORM-3D
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框架单元的塑性铰行为
塑性铰行为
轴力铰行为 剪力铰行为 弯矩铰行为
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建立Pushover曲线
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选择用于评估的地震水准
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静力弹塑性及动力弹塑性分析在结构 抗震分析中的应用
张洪伟
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一、静力弹塑性分析方法（Push分析在结构抗震分析中的应用
1、利用Pushover分析进行结构抗震性能评估 的基本思路。
2、框架、剪力墙的模拟。 3、模型的合理简化。 4、加载模式的选择及Pushover工况定义。 5、结果读取、性能评价。 6、需要关注的几个问题。
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对于非对称空间结构，增加推覆工况
前侧推覆
右侧推覆
非对称模型
左侧推覆
后侧推覆
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即将推出的ETABS新版本将会采用分层壳模型 解决剪力墙的塑性模拟问题！！
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Perform-3D纤维截面
• Perform3D提供了剪力墙纤维截面来模拟剪力 墙的P-M相关行为。钢筋混凝土剪力墙由钢筋 纤维和混凝土纤维组成 。钢筋纤维可以屈服， 可以模拟钢筋纤维屈服后的刚度滞回退化效 应；混凝土可以开裂，同时可以滑移。
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整截面剪力墙、整体小开口剪力墙等代
• 当剪力墙上不开洞 或者洞口较小时， 洞口对剪力墙内力 分布的影响不大， 这时剪力墙犹如一 根竖直放置的悬臂 梁，在侧向荷载作 用下墙肢截面的应 力及墙肢变形可直 接套用材料力学公 式计算。
分层壳结果
• 在完成整个结构的Pushover分析之后，分 层壳的塑性行为可以通过如下几个方面的 信息来获取：