基于pushover原理的预应力混凝土结构静力弹塑性分析

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1、200385年卷增增刊T4j第五届全国预应力结构理论与工程应用学术会议(论文集)V01．35。增刊Oct．2008震于push—over原理的预应力混凝土结构静力弹塑性分析王文进郝志军(中国京冶工程技术有限公司，北京100088)[摘要]对SAP2000程序中静力弹塑性分析的基本原理及实现步骤进行分析，并结合中国规范对其中一些参数加以调整。最后用程序对一个四层预应力混凝土框架结构进行静力弹塑性分析和抗震性能评价。结果表明：该方法可从层间位移角、塑性铰分布及变形等方面对结构进行综合的量化评价，并能揭示出预

2、应力混凝土结构在罕遇地震作用下的薄弱环节，是实现基于性能设计的有效方法。[关键词】静力弹塑性分析；能力谱；需求谱；预应力混凝土；塑性铰NoNLINEARSTATICANALYSISOFPRESTRESSEDCoNCRETESTRUCTUREBASEDoNPUSH．oVERPRINCⅡ'LEWangWen-jin，HaoZhi-jun[Abstract][Keywords]ThispaperpresentstheprincipleandcalculationproceduresofthemethodinS

3、AP2000，whilemodifyingsomecoefficientsaccordingtoChinaCodeforSeismicDesign．Afour—storyprestressedconcreteframestructureisthenanalyzedandtheresultprovesthatthepushovermethodiseffectiveinPerformance-BasedDesignsinceitCannotonlygiveageneralassessmentofthestr

4、ucturewithregardtomanypointssuchastheplastichingedistribution，theinelasticdisplacementofstories．butalsorevealtheweakpointsofthestructureundertheactionoftherarelymetearthquake．Staticnonlinearanalysis；Capacityspectrum；Demandspectrum；Prestressedconcrete；Pla

5、stichinge2008年5月12日，中国四川汶Jll发生了里氏8．0级特大地震，最大烈度达到11度，造成了当地及周边地区重大人员伤亡及财产损失，如何实现“大震不倒”的设防思想，成为建筑物抗震研究人员越来越重视的问题。静力弹塑性分析方法是基于性能的分析方法，可以研究结构在多遇地震和罕遇地震作用下的抗震能力和屈服机制。本文基于pushover分析方法的思想，将其应用于预应力混凝土结构的弹塑性地震反应分析。得到了预应力混凝土结构抗震性能的有益结论。1静力弹塑性分析基本原理静力弹塑性分析基于以下两个基本假定

6、：1)结构的响应与一等效的单自由度体系相关，也就是说结构响应仅由其第一振型控制；2)在整个地震反应过程中，结构的形状向量保收稿日期：2008—08—15持不变。虽然上述假定在理论上不完全正确，但对于响应以第一振型为主的结构，用静力弹塑性分析可以对结构进行合理的性能评价。SAP2000程序提供的静力弹塑性分析方法，基于两本手册：美国技术应用委员会的《混凝土建筑抗震评估和修复》(ATC一40)和美国联邦紧急管理厅的《房屋抗震加固指南》(FEMA273／274)。其中混凝土塑性铰特性和性能指标来自于ATC一4

7、0，而静力弹塑性分析的具体方法则采用了ATC一40的能力谱法。其主要步骤如下"o：①对结构进行单调增加水平荷载作用下的静力弹塑性分析，得到结构的基底剪力一顶点位移关系，即K一Ⅱ。曲线(见图1)。②将K—u。曲线转化为谱加速度S。和谱位移S。的关系曲线即能力谱曲线(图2)。根据前述假定，对于不很高的结构，地震反应以第一振型为主，第35卷王文进，等：基于push-over原理的预应力混凝土结构静力弹塑性分析2008年增刊可用等效单自由度体系代替原结构(结构与等效单自由度体系之间的转化可通过对其动力方程进行等

8、效实现)，即。K文2矿曰一旦叱一Fl咖。l式中：r。，肘。’分别为结构的第一振型参与系数和模态质量，K为基底剪力；u。为结构顶点位移。且{∑i=l肘．‘=T‘YJoi=l∑mi中il厶7F。=专L—一∑m；痧il厶‘。i=I图1Pushover曲线图2能力谱式中：m，为第i层质点的质量；西n为振型1中质点的振幅。③建立需求谱曲线。将单自由度弹性体系的阻尼比为5％的反应谱曲线(S．一r格式)通过下式转化为弹性需求谱(S．一．s。格式)俨Sh=