1、楊志勇中國建筑科學研究院pkpm cad工程部彈塑性分析目的、意義彈塑性分析方法彈塑性分析的具體實現三水準設防中的“大震不倒” 兩階段設計中的“第二階段彈塑性變形驗算”強震下變形驗算的基本問題： 計算薄弱層位移反應和變形能力；通過改善結構均勻性和加強薄弱層使得層間位移角滿足限值要求。建筑抗震設計規范gb 50011-2001高層混凝土結構技術規程jgj 3-2002高層民用建筑鋼結構技術規程jgj99-983.4.3條 豎向不規則結構應（宜）進行彈塑 性變形分析3.6.2條 彈塑性分析可以根據具體情況采用 彈塑性靜力、時程、簡化方法5.5.2條 何種結構需要進行彈塑性變形驗算5.5.3條 彈塑

2、性變形驗算方法5.5.4條 彈塑性分析的簡化方法5.5.5條 彈塑性層間位移角限值1) 8 度3、4類場地和9 度時高大的單層鋼筋混凝土柱廠房的橫向排架2) 7 9 度時樓層屈服強度系數小于0.5 的鋼筋混凝土框架結構3) 高度大于150m 的鋼結構4) 甲類建筑和9 度時乙類建筑中的鋼筋混凝土結構和鋼結構5) 采用隔震和消能減震設計的結構1) 表5.1.21 所列高度范圍且屬于表3.4.2-2 所列豎向不規則類型的高層建筑結構2) 7 度3、4類場地和8 度時乙類建筑中的鋼筋混凝土結構和鋼結構3) 板柱-抗震墻結構和底部框架磚房4) 高度不大于150m 的高層鋼結構4.6.4條 , 4.6.

3、5條 ,5.1.13條， 4.6.4條 有具體規定基本遵從于建筑抗震設計規范5.3.6條5.3.10條 ,5.4.4條， 5.5.3條 有具體規定有層間側移延性比規定動力彈塑性（時程）分析方法靜力彈塑性分析方法簡化彈塑性分析方法適應范圍小薄弱層確定不準確彈塑性層間位移為估算結果理論基礎較扎實的一種方法適用范圍較為廣泛對使用者要求較高計算時間相對較大epda中已經實現單元模型梁、桿、柱、撐采用纖維束模型剪力墻采用彈塑性殼單元方程解法pcg解線性方程多種解動力微分方程方法多種解非線性方程方法接力satwe、pmsap程序，適用的結構類型廣泛動力彈塑性分析方法示意圖較動力彈塑性分析方法可一定程度節省

4、計算時間與動力彈塑性分析方法互為補充push中已經實現較為先進的單元類型先進的弧長法加載策略非線性方程疊代方法的多種選擇波前法解線性方程病態方程的特殊解法處理接力satwe程序，適應的結構類型廣泛靜力彈塑性分析方法示意圖“一體化軟件一體化軟件”實現實現彈塑性靜、動力分彈塑性靜、動力分析析“靜力分析靜力分析”與與“動力分析動力分析”相結相結合合“簡單易用簡單易用”與與“廣泛適用廣泛適用”相結相結合合“計算效率計算效率”與與“計算準確計算準確”相結相結合合“初級用戶初級用戶”與與“高端用戶高端用戶”相結相結合合十分容易的形成彈塑性分析模型，十分容易的形成彈塑性分析模型，避免煩雜的建模工作避免煩雜的

5、建模工作彈塑性分析彈塑性分析并非高不可攀，可以簡單易用并非高不可攀，可以簡單易用近幾年近幾年每年幾十個每年幾十個的實際工程應用的實際工程應用用戶反應良好，用戶反應良好，一旦掌握，反復使用一旦掌握，反復使用彈塑性分析可以量化反映結構彈塑性分析可以量化反映結構抵御罕遇抵御罕遇 地震的性能地震的性能16.2。彈塑性動力分析軟件epda工程實例方便的實現大型復雜結構從方便的實現大型復雜結構從復雜空間建模復雜空間建模、彈性階段設計彈性階段設計到到彈塑性分析彈塑性分析工作工作通過通過隔震單元隔震單元的隔震作用，顯著降低罕遇地震下結構響應的隔震作用，顯著降低罕遇地震下結構響應與與ansysansys、aba

6、qusabaqus等權威非線等權威非線性分析軟件進行了性分析軟件進行了靜力、動力彈塑性靜力、動力彈塑性分析的充分驗證分析的充分驗證簡單的鋼框架，簡單的鋼框架，高度非線性高度非線性檢驗的整體程序框架，包括檢驗的整體程序框架，包括非線性迭代非線性迭代、靜動力解法靜動力解法、纖維束梁單元纖維束梁單元，非線性本構關系非線性本構關系等核心計算程序等核心計算程序-0.2-0.15-0.1-0.0500.050.10.150246810epdaabaqus-0.25-0.2-0.15-0.1-0.0500.050.10.150.2024681012abaqusepda-6算例二、算例二、9 9層鋼框架模型層

7、鋼框架模型-0.6-0.4-0.200.20.40.60.80246810abaqusepdaepda-細分6驗證了混凝土非線性本構關系，纖維束混凝土梁、驗證了混凝土非線性本構關系，纖維束混凝土梁、柱單元柱單元動力彈塑性分析動力彈塑性分析epdaepda與與abaqusabaqus結果對比結果對比-0.03-0.02-0.0100.010.020.03012345umatabaqusoriginalepda6epda81epda101動力彈塑性分析動力彈塑性分析epdaepda與與abaqusabaqus結果對比結果對比-0.08-0.06-0.04-0.0200.020.040.060.08

8、0123456epda-6abaqus-8第一次開裂時，剪力墻受拉裂縫第一次開裂時，剪力墻受拉裂縫epdaepda與與abaqusabaqus情況情況動力彈塑性分析動力彈塑性分析epdaepda與與abaqusabaqus結果對比結果對比-0.015-0.01-0.00500.0050.010.0150.020123456epdaabaqus-original動力彈塑性分析動力彈塑性分析epdaepda與與abaqusabaqus結果對比結果對比-0.04-0.03-0.02-0.0100.010.020.030.040123456abaqusepda第一次開裂時，剪力墻受拉裂縫第一次開裂時，

9、剪力墻受拉裂縫epdaepda與與abaqusabaqus對比對比15.315.3。彈塑性靜力分析軟件push工程實例算例一、單層鋼框架模型算例一、單層鋼框架模型15.415.4。彈塑性靜力分析軟件push工程實例11.21.41.61.822.2050100150200250300350abaquspush算例二、算例二、9 9層鋼框架模型層鋼框架模型11.051.11.151.21.251.30100200300400500600700abaqus-0.01push-0.01abaqus-1push-111.11.21.31.41.51.61.71.8050100150abaquspush

10、驗證了混凝土非線性本構關系，纖維束混凝土梁、驗證了混凝土非線性本構關系，纖維束混凝土梁、柱單元柱單元靜力彈塑性分析靜力彈塑性分析pushpush與與abaqusabaqus結果對比結果對比11.522.533.544.5050100150200250abaqusrebar1abaqusrebar2pushrebar1pushrebar2pushrebar5abaqusrebar5靜力彈塑性分析靜力彈塑性分析pushpush與與abaqusabaqus結果對比結果對比11.051.11.151.21.251.31.351.41.45020406080100120push10abaqus-12ab

11、aqus-211.051.11.151.21.251.30100020003000結構頂點位移(mm)荷載因子試驗數據有限元解l17.1。彈塑性位移角控制l17.2。結構薄弱部位的判斷l17.3。結構的抗倒塌驗算l17.4。大震下結構抗震性能的整體評估l17.5。彈塑性分析結果的討論 f1。結構各層彈塑性最大位移、位移角，平均位移、位移角；f2。最大變形時刻的結構整體位移、位移角曲線；f3。對于高層尤其是超高層結構應考察有害位移、有害層間位移角，有害位移是結構真正的變形位移，對高層結構最大有害層間位移與最大層間位移往往差異較大，分布也不同；f4。目前抗震規范仍然以層間位移角給出判斷指標，所以彈

12、塑性位移控制仍以規范為準。 17.1。彈塑性位移角控制f1。最大層間位移、最大有害層間位移所在的樓層；f2。層間位移、有害層間位移超過規范限值的樓層；f3。結構構件塑性鉸、剪力墻破壞點比較集中的部位；f4。結構局部變形較大的部位；f5。結構彈塑性反應力突變的部位。薄弱層薄弱部位l1。需求譜曲線（周期需求譜曲線（周期-影響系數曲線）影響系數曲線）結構在靜力推覆分析過程中，隨著結構的破壞、結構阻尼的增加、結構自振周期的變化，反映出結構在設計烈度大震下的彈塑性最大水平地震影響系數曲線。該曲線綜合反映了結構彈塑性變形過程中地震作用變化的情況。2。能力曲線（周期能力曲線（周期-加速度曲線）加速度曲線）基

13、于等效單質點體系綜合統計出的結構周期加速度曲線。隨著結構進入彈塑性狀態，結構的自振周期、頂點加速度反應也發生變化，當該曲線穿過需求普曲線時，說明結構能夠抵抗設計烈度的大震，否則就認為不能抵抗設計烈度的大震情況。越早穿過需求普曲線，說明結構抵抗大震的能力越強，當曲線趨于水平時，說明結構接近破壞、倒塌；l3。周期周期-最大層間位移曲線最大層間位移曲線基于等效單質點體系綜合統計出的結構周期頂點位移曲線。隨著結構進入彈塑性狀態，結構的自振周期、頂點位移反應也發生變化，豎向連接需求譜與能力譜曲線的交點，則該點的層間位移值可以理解為抵抗設計烈度大震時的結構彈塑性層間位移，也可以把該點的層間位移與規范限值比

14、較，比規范小則滿足設計要求，反之則認為不滿足設計要求。周期-影響系數曲線需求譜曲線周期-最大位移角曲線周期-加速度曲線能力曲線t影響系數1/105等效單自由度體系驗算曲線層間位移角l4。抗倒塌驗算的其它方法抗倒塌驗算的其它方法彈塑性分析可以按設定的方式考慮結構的倒塌機制。如下圖所示，當結構由于外部原因，在局部失去支撐，此時分析結構的現狀。f1。彈塑性層間位移、位移角的控制；f2。結構大震下的薄弱部位的判斷；f3。結構抗倒塌驗算；f4。結構大震下的整體變形能力，即最大變形；f5。結構大震下變形、反應力的突變分析；f6。局部變形分析；f7。靜力推覆的最大承載力分析；f8。時程分析的各時刻結構變形、桿件塑性鉸分析；f9。各時刻桿件塑性鉸、剪力墻破壞點分布的分析；f10。結構關鍵部位、削弱部位的彈塑性反應分析。17.4。大震下結構整體性能的評估 f1。彈塑性動力時程分析時，其彈塑性地震波應盡可能與建筑物所在地接近，如上海市專門頒布了專用于本地區的兩條彈塑性地震波；f2。彈塑性分析所采用構件（梁、板、柱、墻）的計算模型，不同的計算模型，有時計算結果會有一定的差別；f3。材料的彈塑性模型，對不同材料使用適合的彈塑性應力應變曲線，一般應以“混凝土規范”為準；f4。彈塑性整體計算模