摘要：近年来，弹塑性分析已成为结构抗震设计的一个重要组成部分，其中静力弹塑性Pushover分析以其实用性较强等优点受到越来越多的关注，成为结构抗震领域的一个热点。本文首先介绍了近年来国内外对静力弹塑性Pushover分析方法的发展和研究现状。其次论述了静力弹塑性Pushover分析方法基本原理以及水平加载模式。然后对常见的静力弹塑性Pushover分析方法——能力谱法进行了论述，并利用SAP2000程序对一工程实例进行静力弹塑性Pushover分析，从中发现结构中的薄弱部位，判断结构的抗震承载能力是否能够达到不同地震需求时的性能目标。最后，本文对静力弹塑性Pushover分析方法的研究提出了结论和展望。
关键字：静力弹塑性分析；高阶振型；目标位移；能力谱
1静力弹塑性分析方法的发展与应用
静力弹塑性分析方法最早是Freeman等人[1]于上世纪70年代提出的能力谱方法(Capacity Spectrum Method，CSM)，该方法主要思想是将对结构的弹塑性分析与反应谱相结合，用于建筑结构的抗震性能评价。随后，Saiidi等人[2]在逐级增加水平荷载的条件下，又将该方法发展到了利用多自由度体系（MDOF）等效为单自由度体系(SDOF)，从而得到的结构的力一位移曲线，并对结构进行弹塑性抗震性能分析，这一简化方法为后来的静力弹塑性方法的发展起了关键的推动作用。
2静力弹塑性分析方法的基本原理
静力弹塑性Pushover分析方法的优点在于它既能考虑结构的弹塑性特征，又能与设计反应谱相结合，且计算工作简单快捷。
2.1静力弹塑性Pushover分析方法的基本假定
静力弹塑性Pushover分析方法是基于以下两个基木假定[3]：
(1)假定结构的地震反应与其等效的单自由度体系的反应相关。也即是结构的地震反应主要由结构的基本振型控制，高阶振型的影响基木可以不计；
(2)假定结构在水平地震作用下，无论结构变形大小，沿高度方向的形状向量
将保持不变。
2.2Pushover分析方法的侧向荷载加载模式
逐级施加的水平侧向力沿高度的分布模式称为侧向荷载加载模式。当结构较规则且高度较小时，可以忽略高振型的影响，只考虑第一振型的作用。而当结构较高且不规则时，则应考虑高振型的影响。Krawinkler建议，对于高振型影响较大的结构，应最少采用两种以上的加载模式进行Pushover分析。[4]迄今为止，研究者们已提出了若干种不同的水平加载分布模式，典型的加载模式有均布加载、倒三角加载、指数加载和多振型加载模式。
3能力谱法
目前主要的静力弹塑性Pushover分析方法有以下三种:美国应用技术协会编制的《混凝土建筑抗震评估和修复》(ATC-40)中所列的能力谱方法((Capacity Spectrum Method，CSM)[5]；美国联邦紧急管理厅出版的((房屋抗震加固指南》(FEMA-273/274)中所列的等效位移系数法(Equal Displacement Coefficient Method，NSP)[6]和斯洛文尼亚卢布尔雅那大学PeterFajfar等人提出的N2方法[7]等。
4静力弹塑性方法的工程应用
某8层框架结构，层高均为3.6m，柱混凝土强度等级C30，截面尽寸为
，梁混凝土强度等级C30，截面尺寸
，板强度等级C30，厚度120mm，柱、梁受力主筋选用HRB400，箍筋选用HRB335。本工程按7度抗震设防，场地类别为二类，设计地震分组为第一组，场地特征周期为0.40s。
本算例采用倒三角形侧向力模式对分别对该框架结构两个主方向进行Pushover分析即①重力+模态1（纵向）；②重力+模态2（横向）。
结构在纵向、横向进行Pushover分板极限状态下的塑性铰分布，在纵、横向均在梁端截面出现塑性角，柱端截面均未出现塑性铰，满足结构抗震“强柱弱梁”的概念设计，且各塑性铰发展均处于生命安全LS状态上，满足结构塑性发展要求。
罕遇地震下楼层层间位移角最大值分别为1/127，各层间位移角均小于规范所规定的1/50。
5结论与展望
本文介绍了静力弹塑性分析的基本原理及方法，并采用SAP2000程序对1个工程实例8层框架结构进行了静力弹塑性分析。研究表明，用静力弹塑性分析方法可以了解和掌握结构在侧向荷载作用下每个构件的受力与变形情况，观察到结构从弹性阶段到承载力丧失的全过程，检查其是否满足强柱弱梁或强剪弱弯等抗震设计要求，并可发现设计中的薄弱部位。Pushover分析方法作为一种抗震评估方法，要在实际工程中应用，在很多方面还有待进一步研究，如目标位移、高阶振型的影响、三维空间分析、不规则、偏心扭转问题以及底层薄弱结构等。
参考文献
[1]Freeman S A, Nicoletti J P ,Tyrrell J V, Evaluation of existing buildings for seismic risk-A, case study of Puget Sound Naval Shipyard .In:Washington.Proc. of the 1st U.S. National Conference on Earthquake Engineering. Bremerton, 1975, 113-122
[2]M.Saiidi, M.A.Sozen. Simple nonlinear seismic analysis of R/C structures [J]. Journal of Structural Division(ASCE), 1981,107(8):937-952
[3]姜锐.SAP2000在静力弹塑性分析中的应用，郑州大学学报，2004年第4期
[4]H Krawinkler, M Zoheri.Cumulative Damage in Steel Earthquake Ground Motions. Computer and structurals，Structural Subjected to 1983，16(5):531-541
[5]ATC.Seismic Evaluation and Petrofit of Concrete Buildings[R]. Applied Technology Council,Redwood City,California,1996
[6]Federal Emergency Management Agency(FEMA):NEHRP Guidelines for the seismic Rehabilitation of Buildings(FEMA-273),Washington, D.C.,1997
[7] Fajfar P,Gaspersic P.The N2 Method for the Seismic Damage Analysis of RC Buildin}s.Earthauake En}ineerin} and Structural Dvnamic_1996 .25( 1): 31-46
论文作者:季元景
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
标签：塑性论文; 静力论文; 方法论文; 结构论文; 加载论文; 位移论文; 模式论文; 《基层建设》2019年第14期论文;