Pushover分析在建筑工程抗震設(shè)計中的應(yīng)用

前言

我國是一個地震災(zāi)害頻發(fā)的國家，結(jié)構(gòu)抗震工程歷來受到工程實踐和科學(xué)研究者的高度重視。結(jié)構(gòu)工程設(shè)計理論與實踐歷經(jīng)了“基于強度的設(shè)計”和“基于變形的設(shè)計”，雖然兩者都還在工程設(shè)計中繼續(xù)沿用，但其固有的缺陷（如針對地震工程的動力問題、脆性材料等）促使理論界和工程界在20世紀90年代開始了“基于性能的設(shè)計（Performance-Based Design）”的理論研究與工程實踐探索。雖然隱含著“滿足設(shè)計規(guī)范就能夠防止結(jié)構(gòu)在強震中倒塌”，傳統(tǒng)的設(shè)計規(guī)范并沒有明確地建立結(jié)構(gòu)的性能水準?；谛阅艿脑O(shè)計就是要對滿足一定性能水準的設(shè)計提供可靠的保證。如何提供我國規(guī)范要求的“小震不壞、中震可修、大震不倒”（這與美國規(guī)范的三個重要性能水準基本一致：Immediate Occupancy[IO]，Life Safety[LS]，Collapse：Pre-vention）的性能水準？主要步驟為：（1）選擇恰當?shù)男阅茉O(shè)計水準和設(shè)計荷載；（2）定義結(jié)構(gòu)的性能評價指標（如層間位移角、塑性鉸轉(zhuǎn)角、剪力指標等）；（3）取得變形和內(nèi)力的限值（強度值和變形值可以通過規(guī)范或?qū)嶒灚@得）；（4）通過結(jié)構(gòu)分析的手段計算出變形和內(nèi)力（通常需要非線性分析）；（5）求得需求／能力比（Demand／Capacity），如D／C>1，則要修改設(shè)計。基于性能的設(shè)計對工程師提出了更高的要求，需要工程師對結(jié)構(gòu)有更清晰的認識，需要工程師具備充分的理論素養(yǎng)、工程經(jīng)驗和計算分析能力等綜合素質(zhì)。在基于性能的設(shè)計中，結(jié)構(gòu)的某些構(gòu)件是可以屈服的，而另一些構(gòu)件必須處于彈性狀態(tài)；如果我們不能夠清晰地分辨構(gòu)件應(yīng)該所處的狀態(tài)，只依靠計算分析來告訴我們——這是非常危險的——我們只能分析一個近似的“模型”，而不是實際結(jié)構(gòu)。所以必須事先確定哪些構(gòu)件能夠屈服，而哪些必須處于彈性狀態(tài)，這樣我們就可以將可屈服構(gòu)件設(shè)計成具有足夠的延性，將彈性構(gòu)件設(shè)計成具有足夠的承載力。

內(nèi)容概要

本書全面地介紹了Pushover分析的理論背景以及SAP2000、ETABS、PERFORM-3D等軟件的實現(xiàn)原理，詳細闡述Pushover分析方法在建筑結(jié)構(gòu)工程抗震設(shè)計中的具體應(yīng)用，涉及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈塑性分析模型選取、荷載模式的確定、分析控制模式、能力譜和需求譜的建立、性能點的確定、中國規(guī)范相關(guān)參數(shù)的轉(zhuǎn)換、Pushover分析不同方法的對比、工程應(yīng)用中的具體注意事項等內(nèi)容，特別強調(diào)在實際工程的應(yīng)用環(huán)節(jié)。    本書可供從事建筑結(jié)構(gòu)工程抗震設(shè)計的工程師、科研人員及高等院校師生參考使用。

書籍目錄

第1章  Pushover分析的原理和實現(xiàn)方法  1．1  概述    1．1．1  結(jié)構(gòu)性能的檢查方法    1．1．2  Pushover分析的基本思路  1．2  建立Pushover曲線    1．2．1  建立結(jié)構(gòu)模型    1．2．2  確定荷載模式    1．2．3  分析控制  1．3  能力譜方法    1．3．1  建立能力譜和需求譜    1．3．2  需求譜折減    1．3．3  求取性能點    1．3．4  與中國規(guī)范反應(yīng)譜相關(guān)的參數(shù)轉(zhuǎn)換    1．3．5  能力評價  1．4  目標位移法  1．5  其他方法及對比    1．5．1  FEMA440等效線性化    1．5．2  FEMA440位移修正    1．5．3  方法對比  1．6  Pushover分析注意事項  1．7  Pushover分析與動力彈塑性時程分析  1．8  小結(jié)  參考文獻第2章  Pushover分析在SAP2000中的實現(xiàn)  2．1  SAP2000中的實現(xiàn)步驟  2．2  框架塑性鉸的定義    2．2．1  默認鉸屬性    2．2．2  自定義鉸屬性    2．2．3  塑性鉸屬性的指定  2．3  墻元塑性行為的定義    2．3．1  分層殼模型的定義步驟    2．3．2  材料非線性屬性定義    2．3．3  分層殼定義    2．3．4  非線性剪力墻分層殼模型  2．4  Pushover工況的定義    2．4．1  荷載施加控制    2．4．2  分析控制參數(shù)  2．5  Pushover分析結(jié)果的查看    2．5．1  基底剪力一監(jiān)測點位移曲線    2．5．2  Pushover曲線    2．5．3  顯示鉸結(jié)果    2．5．4  分層殼結(jié)果輸出  2．6  Pushover分析例題  2．7  小結(jié)  參考文獻第3章  Pushover分析在ETABS中的實現(xiàn)  3．1  一般過程  3．2  框架塑性鉸定義    3．2．1  默認鉸屬性    3．2．2  框架鉸屬性數(shù)據(jù)定義  3．3  剪力墻等代柱    3．3．1  整截面剪力墻、整體小開口剪力墻等代    3．3．2  雙肢剪力墻及多肢剪力墻等代    3．3．3  壁式框架的等代  3．4  非線性鉸的指定  3．5  Pushover工況的定義  3．6  運行靜力非線性分析  3．7  結(jié)果查看  3．8  分析注意事項  3．9  例題  3．1  0小結(jié)  參考文獻第4章  Pushover分析在PERFORM-3D中的實現(xiàn)  4．1  PERFORM-3D簡介  4．2  一般過程  4．3  節(jié)點的繪制及指定  4．4  結(jié)構(gòu)構(gòu)件定義    4．4．1  梁構(gòu)件的模擬    4．4．2  剪力墻構(gòu)件的模擬  4．5  構(gòu)件繪制  4．6  荷載定義及指定  4．7  Pushover分析在PERFORM-3D中的實現(xiàn)    4．7．1  求解過程中的位移控制和力控制問題    4．7．2  非線性求解的策略    4．7．3  可靠性和效率問題    4．7．4  控制位移    4．7．5  PERFORM-3D中需要人為指定的參數(shù)  4．8  結(jié)果查看  4．9  PERFORM-3D例題    4．9．1  實例簡介    4．9．2  節(jié)點繪制及指定    4．9．3  構(gòu)件定義    4．9．4  構(gòu)件繪制    4．9．5  定義層間位移角及層間位移    4．9．6  荷載工況    4．9．7  運行分析    4．9．8  分析結(jié)果查看    4．9．9  能量分布圖結(jié)果查看    4．9．10  PUSH-OVER結(jié)果顯示  4．10  動力彈塑性時程分析方法實現(xiàn)簡介    4．10．1  滯回環(huán)    4．10．2  阻尼    4．10．3  時程積分  4．1  1小結(jié)  參考文獻第5章  ETABS工程應(yīng)用實例及分析報告制作  5．1  概述  5．2  利用ETABS進行Pushover分析的主要目的  5．3  ETABS靜力Pushover分析的主要參數(shù)及設(shè)置    5．3．1  構(gòu)件本構(gòu)關(guān)系及參數(shù)設(shè)置    5．3．2  其他參數(shù)設(shè)置  5．4  ETABS靜力推覆的工程應(yīng)用實例    5．4．1  超限框架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用    5．4．2  超高層框一筒結(jié)構(gòu)的應(yīng)用——深圳卓越皇崗世紀中心  5．5  ETABS靜力彈塑性推覆分析的報告制作方法    5．5．1  分析目的    5．5．2  分析方法    5．5．3  分析過程    5．5．4  分析結(jié)果    5．5．5  結(jié)論  5．6  結(jié)論與展望  參考文獻第6章  PERFORM-3D工程應(yīng)用實例  6．1  Perform-3D的計算模型    6．1．1  框架單元計算模型    6．1．2  平面單元計算模型    6．1．3  剪力墻計算模型    6．1．4  常規(guī)墻模型    6．1．5  連梁計算模型  6．2  Perform-3D的彈塑性分析方法    6．2．1  Pushover分析    6．2．2  彈塑性時程反應(yīng)分析  6．3  Perform-3D的彈塑性分析的工程應(yīng)用實例    6．3．1  工程概況    6．3．2  材料本構(gòu)模型    6．3．3  靜力推覆結(jié)果分析    6．3．4  動力地震反應(yīng)結(jié)果分析    6．3．5  結(jié)論  6．4  小結(jié)  參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：2.剪力墻模型（1）非線性分層殼  SAP2000V14中增加了用于模擬剪力墻非線性行為的單元——非線性分層殼單元。分層殼單元基于復(fù)合材料力學(xué)原理，將一個殼單元分成多層（如圖1-6所示），每層根據(jù)需要設(shè)置不同的厚度和材料，材料一般包括鋼筋或者混凝土等。在有限元計算時，首先得到殼單元中心層的應(yīng)變和曲率，然后根據(jù)殼單元各層材料在厚度方向滿足平截面假定，由中心層應(yīng)變和曲率得到各鋼筋和混凝土層的應(yīng)變，進而由材料本構(gòu)方程可以得到相應(yīng)的應(yīng)力，積分得到整個殼單元的內(nèi)力。分層殼單元考慮了面內(nèi)彎曲一面內(nèi)剪切一面外彎曲之間的耦合作用，比較全面地反映了殼體結(jié)構(gòu)的空間力學(xué)性能。文獻[11～13]中，分層殼模型計算和實際結(jié)構(gòu)試驗進行了大量對比，表明了分層殼模型在分析剪力墻結(jié)構(gòu)時具有很高的精度和實用性。另外殼的平面外性能受分層殼的層數(shù)影響，層數(shù)越多，計算結(jié)果越精確，文獻[12]對其精度與層數(shù)的關(guān)系進行了詳細研究。鋼筋混凝土剪力墻通常由若干混凝土層和鋼筋層構(gòu)成。在SAP2000中，鋼筋是單軸材料，通過指定材料角來描述鋼筋的分布方向，鋼筋層的厚度通過將實配鋼筋均勻“彌散”到一層的原理來換算。對于混凝土材料，可以選擇：Mander模型來考慮箍筋的影響，用于模擬墻體端部的約束混凝土。因此，根據(jù)剪力墻厚度、配筋量、鋼筋分布方式、材料等級的不同可以定義不同的分層殼單元，來模擬不同位置的墻肢或連梁的非線性行為。值得一提的是，在SAP2000中，可以有選擇性地考慮分層殼單元各個自由度方向的非線性行為，以及有選擇性地考慮平面外的非線性行為。因此可以根據(jù)實際情況合理簡化剪力墻的分層殼模型，達到加快運算速度，保證計算精度的目的。

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《Pushover分析在建筑工程抗震設(shè)計中的應(yīng)用》是由中國建筑工業(yè)出版社出版的。

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