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1、科技论坛·21·Pushover分析原理与MIDAS/GEN计算实例崔延卫李建新(河南省建筑设计研究院有限公司，河南郑州450014)摘要:阐述了Pushover分析的基本原理和步骤,对利用能力谱方法求目标位移等关键问题进行探讨。并对一个十二层框架进行Pushover分析,结果表明Pushover分析方法是结构性能评价的有效方法。关键词:Pushover分析方法;能力谱;需求谱Abstract:Thebasicprinciplesandprocessesofpushoveranalysisareintroduced.Somecrucialaspects,solvingtheprob
2、lemoftar－getdisplacementwiththecapacityspectrummethod,arediscussedindetailOnetwelve2storyreinforcedconcreteframestructureisana－lyzedbythemethodofpushoveranalysis.Themethodhasbeenprovedtobeeffectivefortheevaluationstructureperformance.Keywords:Pushoveranalysis;Capacityspectum;Demandspectrum作为结构
3、抗震性能分析的重要方法之一，Pushover分析将非线性静力计算结果与弹性反应谱紧密结合起来，用静力分析的方法预测结构在地震作用下的动力反应和抗震性能，在基于性能的抗震设计中得到了广泛的应用。1Pushover分析方法的基本原理Pushover方法是近年来国内外应用较为广泛的一种地震反应静力弹塑性分析方法，利用静力弹塑性分析(PushoverAnalysis)进行结构分析的优点在于:既能对结构在多遇地震下的弹性设计进行校核,也能够确定结构在罕遇地震下潜在的破坏机制,找到最先破坏的薄弱环节,从而使设计者仅对局部薄弱环节进行修复和加强,不改变整体结构的性能,就能使整体结构达到预定的使用
4、功能。对多遇地震的计(a)基底剪力-位移曲线(b)谱加速度-谱位移曲线算,可以与弹性分析的结果进行验证,看总侧移和层图1荷载-位移曲线转换为ADRS模式的能力谱间位移角、各杆件是否满足弹性极限要求,各杆件是否处于弹性状态;对罕遇地震的计算,可以检验总侧移和层间位移角、各个杆件是否超过弹塑性极限状态,是否满足大震不倒的要求。Pushover方法没有严密的理论基础,它是基于以下两个假设[1]:a.假定结构的地震反应与某一等效的单自由度体系相关,这就意味着结构的地震反应仅由第一振型控制;b.在整个地震反应过程中，结构的形状向量保持不变。显然,以上两个假设都不尽完善,侧向荷载的分布形式只与
5、结构的基本自振周期和振型有关,没有考虑到结构高阶振型的影响;振型(a)标准模式(b)ADRS模式向量一般只凭经验假定,现阶段没有具体可行的办图2标准反应谱转换为ADRS模式的需求谱法,而振型向量选取的正确与否对结构特征参数的确定有较大的影响。但经过大量的实验研究表明,对于地震反应由第一振型控制的多自由度结构,Pushover方法可以很准确地预测结构的最大地震反应。2Pushover分析方法的实施步骤MIDAS/GEN程序提供的静力弹塑性分析方法,基于两本手册[2]:美国技术应用委员会的《混凝土建筑抗震评估和修复》(ATC-40)和美国联邦紧急管理厅的《房屋抗震加固指南》(FEMA2
6、73/274)，其中混凝图3性能点的确定图4模型平面图土塑性铰特性和性能指标来自于ATC-40,而静力弹塑性分析的具体方法则采用了ATC-40的能力谱法。而Pushover方2.3建立需求谱曲线法的主干部分,即分析部分采用的是能力谱法，来自于ATC-40。需求谱曲线分为弹性和弹塑性两种需求谱。对弹性需求谱,可以其主要步骤如下:通过将典型(阻尼比为5%)加速度Sa反应谱与位移Sd反应谱画在同2.1基底剪力-位移曲线的计算一坐标系上(图2(a)),根据弹性单自由度体系在地震作用下的运动方程可知Sa和Sd之间存在下面的关系[4]:用单调增加水平荷载作用下的静力弹塑性分析,计算结构的基底
7、剪力-顶点位移曲线(图1a)。S=TSd4Pa2.2建立能力谱曲线(1)对不很高的建筑结构,地震反应以第一振型为主,可用等效单自从而得到Sa和Sd之间的关系曲线,即ADRS格式的需求谱由度体系代替原结构。因此,可以将荷载-位移曲线转换为谱加速(图2(b))。度-谱位移曲线[3],即能力谱曲线(图1b)。将能力谱曲线和某一水准地震的需求谱曲线在同一坐标系中·22·科技论坛Sa-Sd(ADRS)格式能力谱曲线以及5%、10%、15%、20%阻尼的ADRS格式罕遇地震反应
