Pushover分析方法在框架结构分析中的应用
基于Pushover 分析的RC框架结构抗震性能研究
基于Pushover 分析的RC框架结构抗震性能研究摘要：该文在理论分析的基础上确定某RC框架结构抗震性能，基于开源模拟平台OpenSees利用Pushover分析方法对该RC框架结构的抗震性能进行分析，以确定结构薄弱部位，并为结构设计提出参考意见。
关键词：OpenSees Pushover RC框架结构抗震性能薄弱部位1 结构静力非线性弹塑性分析方法结构静力非线性弹塑性分析即Pushover[1]分析是一种基于性能的抗震分析方法，它按照一种水平加载方式，对结构施加单调递增荷载直到将结构推至一个给定的目标位移或结构呈现不稳定状态为止，来分析结构进入非线性状态时的反应，从而判断结构及其构件的变形和受力是否满足设计要求，可以清晰地反映结构在强震作用下各方面的性能，尤其是对反应以第一振型为主的结构，并且还能够很好的反映出结构的整体变形和局部的塑性变形机制，且相对于结构动力非线性分析使用更为简单，易为广大工程人员掌握。
2 利用OpenSees分析平台建立结构分析模型OpenSees的全称是Open System for Earthquake Engineering Simulation[2]，即地震工程模拟的开放体系，它是用于结构系统及岩土系统地震反应模拟的一个较为全面的且不断发展的开放式地震工程模拟程序体系，于1997年，由美国国家自然科学基金（NSF）资助、太平洋地震工程研究中心（Pacific Earthquake Engineering Research Center，简称PEER）主导、加州大学伯克利分校为主研发而成的。
针对本文的钢筋混凝土框架结构，分析时混凝土材料本构模型采用Concrete01 Material，钢筋本构模型采用Steel02 Material。
截面模型采用Fiber Model，单元模型采用基于柔度法的NonlinearBeamColumn，该单元允许刚度沿杆长变化，通过确定单元控制截面各自的截面抗力和截面刚度矩阵，按照Gauss-Lobatto积分方法沿杆长积分计算出整个单元的抗力与切线刚度矩阵。
Pushover分析方法的发展及其在桥梁结构中的应用_盛光祖
文章编号:1003-1375(2008)04-0025-06Pushover 分析方法的发展及其在桥梁结构中的应用盛光祖(同济大学桥梁工程系,上海 200092)摘要:非线性静力分析方法(Pushover 分析方法)可以较好地检验结构的变形能力,找到结构的薄弱环节,控制强烈地震作用下结构破坏程度,对工程设计有很强的指导意义。
但目前Pushover 分析方法的种类很多,各自有着不同的优缺点和适用范围,针对桥梁结构,阐述静力非线性分析方法(Pushover )的原理及其研究发展概况,评述了各种Pushover 方法的优缺点,并分析了Pushover 方法用于桥梁结构的基本原理和评价方法,指出Pushover 方法用于桥梁结构存在的问题。
关键词:Pushov er 分析方法;非线性动力分析;桥梁结构;评价方法中图分类号:P315.9 文献标识码:A0 引言结构在地震作用下的弹塑性分析方法,目前主要向基于性能设计的方向发展,其中尤以非线性动力时程分析及非线性静力分析方法最具代表性。
非线性动力分析可以全过程的了解结构的破坏过程及屈服机制,发现结构的薄弱环节,是对结构进行非线性分析的最有效方法。
但该方法计算非常耗时,输入输出较为繁琐,对于日常工程设计而言不是很合适。
非线性静力分析方法(Pushover 分析方法)是一种将地震荷载等效成侧向荷载,通过对结构施加单调递增水平荷载来进行分析,主要研究结构在地震作用下进入塑性状态时的非线性性能。
Pushover 方法可以较好地检验结构的变形能力,找到结构的薄弱环节,控制强烈地震作用下结构破坏程度,对工程设计有很强的指导意义,并且有重大的社会效益和经济效益,因此在近些年来得到各国学者的推崇[1～3]。
1 Pushover 分析方法的研究发展概况1.1 传统Pushover 分析方法Pushover 分析方法产生于20世纪50年代,它是在基于位移或性能的基础之上发展起来的。
现浇楼板参与工作后框架结构的pushover分析研究
位移超出后者５１．３％，工况二下前者顶点位移超出后者７４．５％。在基于性能／位移的抗震设计中，前者能承
受的塑性变形能力比后者强，结构刚度变化均匀，抗震性能良好。
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层间位移，衄 万方数据图７工况一下结构层间位移
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图８工况二下结构层间位移
５期
管民生等：现浇楼板参与工作后框架结构的ｐｕｓｈｏｖｅｒ分析研究
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楼层位移，ｎ皿
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图９工况一下结构楼层位移
图ｌＯ工况二下结构楼层位移
３．５结构屈服过程分析
在定义ｐｕｓｈｏｖｅｒ分析工况时，应在施加侧向荷载之前，将重力荷载施加在结构上，并采用荷载控制加载。 然后在重力荷载作用下的内力与变形的基础上施加某种水平方式的侧向荷载，并采用位移控制加载，随着水 平荷载不断增加，结构侧移不断增大，直到达到规定的位移或结构失效为止。
对于低层结构采用倒三角形荷载、侧向振型荷载的一种与均匀加载组成两种加载方式。２１。本文采用的 荷载工况：
引言
钢筋混凝土框架结构在水平地震作用下的破坏机制可以分为两大类：总体机制和楼层机制。所谓总体 机制，也称“梁铰型”破坏机制，是指框架柱端的抗弯承载力大于框架梁端的抗弯承载力（简称“强柱弱 梁”），地震时各层框架梁端首先屈服，梁端塑性铰的转动耗散大量地震能量，而各层柱在较长时间里基本处 于弹性状态，最后才在底层柱根部出现塑性铰，形成整体机动体系。楼层机制，也称“柱铰型”破坏机制，是 指框架梁端的抗弯承载力大于框架柱端的抗弯承载力（简称“强梁弱柱”），地震时梁端处于弹性状态，框架 柱端屈服，并导致某一楼层屈服，形成机动体系。两者相比较，显然总体机制的抗震性能好，是一种较理想的 破坏机制。因此，合理的抗震设计应符合强柱弱梁原则，避免强梁弱柱。我国现行建筑抗震设计规范…根 据不同的抗震等级，要求梁柱节点处柱端抗弯承载力之和与梁端抗弯承载力之和的比值在１．１～１．４之问。 但是大量实际框架结构工程中采用现浇楼板，而设计时往往没有考虑受压时楼板翼缘或受拉时楼板钢筋对
Push-over方法的理论与应用
Push-over方法的理论与应用专业品质权威编制人：______________审核人：______________审批人：______________编制单位：____________编制时间：____________序言下载提示：该文档是本团队精心编制而成，期望大家下载或复制使用后，能够解决实际问题。
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Push-over方法的理论与应用共3篇
Push-over方法的理论与应用共3篇Push-over方法的理论与应用1Push-over方法是一种基于地震工程的方法，用于评估建筑结构的抗震性能。
由于这种方法具有计算简单、易于理解和预测的优点，因此已成为目前世界上最常用的结构抗震性能评估方法之一。
本文将从理论与应用两个方面，介绍Push-over方法的基本原理、计算过程以及推广与应用情况。
一、Push-over方法的基本原理Push-over方法基于结构静力学理论，通过给结构施加已知的额定荷载，以推算结构的受力状态和应变状态。
具体地，这种方法是基于通常结构的弹塑性行为，使其处于不同的荷载水平，并对其进行了计算。
结构在不同的负载水平条件下施加不同的荷载，模拟地震发生时不同的荷载水平。
在Push-over方法中，结构以单自由度系统的形式进行拟合分析。
在单自由度分析中，结构的柔度和阻尼被用作两个关键参数。
推倒分析将使用图解来绘制荷载位移曲线，该曲线显示结构所承受的荷载级别，以及当结构逐渐失效并且最终完全崩塌时所吸收的能量水平。
在Push-over方法中，结构的抗震性能能力，通常以强度和韧性来表达。
结构强度是指结构能够在峰值地震荷载下保持完整性的能力。
结构韧性则是指结构能够在地震期间保持较高的能量吸收能力，防止过度占用结构的强度，从而实现逐渐崩溃的过程，使结构能够在地震后继续使用。
二、Push-over方法的计算过程Push-over方法的计算过程包括以下几个步骤：1、定义模型：定义模型为目标结构，并对模型进行规范化处理，以便将结构抽象为SDOF系统。
2、输入参数：确定结构的初始参数，包括质量、自振周期、自然频率、阻尼等参数。
3、定义荷载：定义几个最关键和最具代表性的荷载进行分析。
4、施加荷载：分别施加每个荷载，并记录模型的位移和刚度。
5、绘制行为曲线：将荷载和相应的位移遍历，在荷载与位移的坐标中画出行为曲线，并绘制文件图。
6、分析曲线：分析行为曲线的形状和特征，比较强度、韧性等性能指标，并评估结构的抗震性能。
建筑结构的Pushover方法分析研究的开题报告
建筑结构的Pushover方法分析研究的开题报告一、选题背景随着建筑结构设计、施工技术和建筑材料的飞速发展，大型建筑结构的复杂性不断增加，需要更加精细和严谨的分析和设计手段。
建筑结构的可靠性、安全性是极其重要的关键问题，需要进行定量分析和评估。
而Pushover方法作为一种比传统地震响应谱分析更加有效且易于有效实施的非线性静力分析方法，近年来在建筑结构领域越来越受到重视。
本文旨在探讨Pushover方法在建筑结构分析中的应用，为建筑结构可靠性与安全性的提高提供指导。
二、研究目的1. 推广Pushover方法的优势，掌握该方法的基本理论和实现方法。
2. 分析Pushover方法的可靠性和实用性，探究其在建筑结构分析中的应用前景。
3. 通过实例给出Pushover方法在建筑结构分析中的计算过程和结果分析，验证其实际应用价值。
三、研究内容1. Pushover方法的基本原理和理论。
2. Pushover方法在建筑结构典型结构中的应用研究。
3. 基于Pushover方法的建筑结构抗震性能评估。
4. 如何选择适合的Pushover软件进行模拟分析。
5. 实例分析，选择典型建筑进行计算分析，得出具体的结果，并进行实验验证。
四、期望研究结果1. 对Pushover方法基本原理、模拟分析方法和实现过程有深刻理解。
2. 掌握Pushover方法对于建筑结构有非常大的应用前景，提高该方法在建筑结构领域的推广和应用。
3. 进行实例分析，得出实际结果并进行验证。
4. 为建筑结构优化设计和工程实践提供有效方法和方向。
五、研究方法1. 文献综述：系统地查阅学术文献，了解国内外学界对于Pushover方法在建筑结构领域的研究现状，确定研究问题的具体方向。
2. 数值分析：选择适合的Pushover软件，对建筑结构进行模拟分析，得出具体的数据与结果。
3. 实践验证：选取典型建筑进行实验验证，对比分析实验真实结果和模拟计算结果，验证分析模型的准确性和实用性。
钢筋混凝土框架结构考虑P-△效应的Push-over分析
% # * < # 6 ) , 1 6 2 G > G < E/ F > + G F > + G < E! ) * + , $ . / 0 < 4E 4 + < I / 0 < 4 " B B / E G* 4+ P /B 0 > P /+ G 0 * E G * 0 / !/ O M! O ! # < +> 4 > F Q / I* + < 4 3 ) ’ " " " 4 &5 ! ’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
基于PUSHOVER的钢筋混凝土斜支撑框架结构分析计算
（ 河北联合 大学 ， 河北省地震工程研究中心 ， 河北 唐山 ０ ６ ３ ０ ０ ９ ）
关键 词 ： 框 架—— 斜 支撑 结构 ； 弹 塑性 ； 静力 ； 顶 点位移 摘 要： 以三种 常见 的斜撑 框 架 结构 为研 究对 象 ， 利用 Ｐ Ｋ Ｐ Ｍ中Ｅ Ｐ Ｓ Ａ模 块分 别 对其 进行 静 力 弹 塑性分 析计 算 ， 并 对该种 结 构体 系在静 力推 覆作 用 下的反 应性 能进行 分析 。计 算 结果说 明 ， 斜撑 的形 式对 整体 结构 的抗倒 塌性 能有 较 大的 影响 ， 不 同斜 撑 形 式 的斜 撑 结构 在 静 力推 覆 作
侧 刚度 ， 但是 框架 和剪力 墙 结构 的抗侧 刚度 相差很 大 ， 变 形协 调 能力 很 差 。在地 震 作 用 下 ， 本 该 由框 架 承担 的水 平 地震力 ， 由于剪力 墙 刚度过 大 ， 就会把 大部 分 的水平 地 震力 承 担 ， 使 框 架结 构 不 能 充分 发 挥抵 抗 水平 力 的作 用 ， 造 成建 筑材料 和建 设投 资 的浪费 。针对 这 个 问题 ， 我们 把框 架 一剪力 墙体 系 中设 置剪 力墙 的部分
高度分布的水平静力荷载， 然后水平荷载逐步增加 ， 使结构从 弹性阶段开始 ， 经历开裂 、 屈服 、 直至结构 的 控制点的位移达到某个给定值或结构倾覆为止 ， 并根据达到该位移时结构 的破坏状态对结构抗震性能进行 评估。由于 Ｐ ｕ ｓ ｈ ｏ ｖ ｅ ｒ 分析方法没有严格的理论基础 ， 其成立一般基于两个假定 Ｊ ： （ １ ）结构 的反应 与该结
用下的反 应特性 有较 大不 同。
中图分类 号 ： Ｔ Ｕ ３ ９ ８ ． ２ 文献标 志码 ： Ａ
０ 引 言
基于Pushover方法的钢框架结构超强分析
ｌ 结 构超 强 系数 的确 定
ｌ －
结 构 的超强 系数 可按 公式 （ ） １ 计算 ：
‘
Ｒ ／ ，一 一 ａ＝
（） １
式中 ， 为结构实际水平极限剪力； 为结构设计剪力标准值。 由于结 构超 强 的影 响 因素 很 多 ， 因此 ， 结构 超强 系数 还 可表 达为 公式 （ ） ２。
数 的增加 ， 钢框架结构的超 强系数呈 降低趋势 ， 水平 荷载分 布模式 对钢框 架结 构的超 强影 响较大 ， 结构
≯
超强能力的计 算应考虐 阶振型影响。
关 键 词： ｕ ｏｅ赣法 ； Ｐｓ ｖ ｈ ｒ 钢框架； 水平荷载分布模式； 超强
中 图分 类 号 ： Ｕ３ ３盘 Ｔ ９ ．
第３ １卷第 ５ ６期 ／
２１ ０ １年 １ ２月
东
北
电
力
大
学
学
报
Ｖ０ ． １３１． ． ／ Ｎｏ ５ ６ Ｄｅ ．， ０１ ｃ ２ １
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＮ ｒ ｅ ｓ Ｄ ａ ｌ Ｕ ｉｅｓ ｙ ｏ ｒ ａ ｏ ｔ ａｔ ｉｎｉ ｎｖ ｒｉ Ｏ ｈ ｔ
文章编号 ：０ ５— ９ ２ ２ １ ）５ ０ １０ ２ ９ （ ０ １ ０ ／ ６—０ ８ ０ ００— ５
２ 结 构模 型 、 线 性模 拟 及 分 析计 算 非
２ １ 结构 模型 ．
采用 中国建筑科学研 究 院开发 的有 限元 分析设计 软件 Ｓ Ｓ严格按 我 国相关规 范设计 了 ６榀 刚接 钢框 Ｔ， 架 。算例层 数分别 为 ５层 、０层 及 １ １ ５层 ， 度 为 ７２米 ， 高 均 为 ３ ６米 ， 跨 ． 层 ． 柱距 为 ７ ８米 。钢 材 等 级 为 ． Ｑ３Ｂ ２５ 。楼面恒 （ ）．（ ．）Ｎ ｍ ， 面 恒 （ ） ． （ ． ）Ｎ ｍ 活 ４７ ２０ ｋ ／ 屋 活 ５ ０ ２０ ｋ ／ 。设 防烈 度 分别 为 ８度 （ ． ）９度 ０２ｇ 、 （． ）地 震分组 为第 一组 ， 类场地 。结构平 面布置见 图 １结构立 面见 图 ２设计 结果见表 １ ０４ｇ ， 二 ， ， 。
多层钢框架结构的Pushover分析
， 。 １ 结构 （ ） 一般为多 自由度体 系 ） 的反应与该 结构 的等效单 自 用下的楼 层位 移及层 间位移 角见表 １表 ２ 制 。２ 在每一加载步 内， ） 结构沿 高度的变形 由形状 向量 Ｑ表示 ，
多 层 钢 框 架 结 构 的 Ｐ ｓｏｅ ｕｈｖｒ分 析
梅 冰 辉
摘 要 ： 用 四 种 不 同的 水 平加 载模 式对 多层 钢 框 架结 构 进 行 了 多遇 地 震 、 采 罕遇 地 震 作 用 下 的 Ｐ ｓｏｅ 分析 ， 到 结 构 ｕｈｖｒ 得 的 顶 点位 移 、 各楼 层 层 间位 移 、 间位 移 角 以及 塑性 铰 分 布 ， 性 能 点 处 ， 层 在 多遇 地 震 作 用 下 结 构 并 未 出现 塑性 铰 ， 罕 遏 在
１ Ｐ ｓｏｅ ｕｈ ｖｒ分析 方法 基本假定
由度体系 的反应是相关 的 ， 即结构的反应仅 由结 构的第一 振型控
为 ０ ２ ｇ 场地特征周期为 Ｏ４ ， ．０ ， ．０Ｓ 阻尼 比取为 ０ ０ 。各种工况作 ．２
表 １ 多遇 地 震 下楼 层 位移 及 层 间位 移 角
层 数
地震作用下结构逐步 出现塑性铰 ， 而判断 出结构 中的薄弱环节为结构的底层 。 进
关键词 ： 钢框 架 ， ｓｏｅ 分析 ， 移 ， 性 铰 ｕ Ｐ ｈｖｒ 位 塑 中 图分 类 号 ：Ｕ ２ ． Ｔ ３３５ 文 献 标 识 码 ： Ａ
建 筑 结 构 设计 可 以概 括 为 结 构 选 型 、 构 拓 扑 设 计 及 结 构 构 面尺 寸 为 ５０× ０ ２×２ ， 截 面 尺 寸 为 ４ ０× ０ 结 ０ ３０ｘ１ ０梁 ０ ３ ０×１ ０×１ ， ６ 件 设 计 三 个 阶 段 。任 何 阶段 上 不 明 智 的决 策 都 将 导 致 建 造 上 的 楼 板 采 用 １０ｍｍ厚 现 浇 混 凝 土 板 。 该 地 区 设 防 烈 度 为 ８度 ， ０ 场 困难 和 成 本 的增 加 ， 至是 不 满 足 规 范 要 求 的设 计 … 。 甚 地 类 别 为 Ⅱ类 ， 计 地 震 分 组 为 第 二 组 。设 计 基 本 地 震 加 速 度 值 设
静力弹塑性Pushover分析方法在高层建筑结构中的应用共3篇
静力弹塑性Pushover分析方法在高层建筑结构中的应用共3篇静力弹塑性Pushover分析方法在高层建筑结构中的应用1静力弹塑性Pushover分析方法是一种在高层建筑结构中广泛应用的结构分析方法，它可以用于评估建筑物的破坏机制和耐震性能，并为施工和维护提供有用的指导和建议。
本文将详细介绍该方法的原理和应用。
Pushover分析方法基于弹塑性理论，可以很好地模拟结构的非线性特性，并预测其塑性极限以及峰值位移。
该方法在分析中采用了非常简便的工具，比如一维曲线（Capacity Curve）和位移时程，因此可以更好地理解分析结果。
Pushover分析方法通常在进行性能评估时使用，其主要目标是确定结构的破坏机制。
该方法通常包括以下步骤：1.建立结构的有限元模型在进行Pushover分析之前，需要建立结构的有限元模型。
有限元模型必须准确地描述结构的几何形状、材料属性和边界条件。
通常情况下，有限元模型是由保密的BUILDING INFORMATION MODELING（BIM）或其他建模软件生成。
2.确定结构的荷载模型在确定荷载模型时，需要考虑结构所受的地震、风荷载和重力荷载等因素。
在进行Pushover分析之前，需要将自重和其它固定荷载先施加在结构上，然后再考虑施加的横向载荷。
3.确定分析属性分析属性是指用于模拟结构响应的材料模型、纵横向构型变化以及分析强度等因素。
静力弹塑性Pushover分析采用材料的弹性模量及屈服强度，在结构滞回曲线上用刚度和残余形变表达了结构的非线性本质。
4.进行Pushover分析进行Pushover分析时，需要使用一种称为Capacity Curve的曲线来描述结构的响应。
该曲线可以通过在结构中逐步增加侧向荷载来构建。
在每个荷载步长上，都会根据结构的强度、刚度和残留形变来计算结构的响应。
通过计算位移和弧度等参数，可以建立结构的Capacity Curve。
5.进行破坏模式分析通过Capacity Curve，可以确定结构的塑性极限和层间的响应状况。
PUSHOVER方法
PUSHOVER方法PUSHOVER方法（PUSHOVER method）是一种简单、经济、直观且有效的方法，用于对结构的强度和刚度进行初步评估。
它是结构工程师在设计过程中常用的一种方法，特别适用于预制结构、短周期结构和轻型结构等。
PUSHOVER方法基于弹塑性分析原理，通过分析结构在地震荷载下的非线性行为，直观地展示结构在不同荷载水平下的变形和受力情况。
在PUSHOVER方法中，结构被简化为一维弹塑性模型，并进行单方向的静力分析。
结构的非线性行为通过增量形式的弹塑性模型来表示，荷载由小到大逐步增加，直至结构达到破坏。
1.确定结构模型：首先，需要将结构转化为一维、双向的框架模型，包括主要的水平和垂直支撑、梁和柱等。
通常，无溶接链接使用简化的接头，而有溶接链接使用精确的模型。
2.选择地震荷载曲线：根据结构所在地区的地震参数和设计要求，选择适当的地震荷载曲线。
常用的荷载曲线包括线性弹性荷载、等效静力荷载和增量动力荷载等。
3.设定分析参数：确定分析所需的参数，如荷载递增步长、分析区间和结构材料的损伤模型等。
4.进行弹塑性分析：根据设定的荷载递增步长，以及结构的初始状态，进行弹塑性分析。
在每个荷载步骤中，根据结构的初始刚度和荷载作用，计算结构的变形、内力和屈服状态。
5.绘制PUSHOVER曲线：根据分析结果，绘制PUSHOVER曲线。
PUSHOVER曲线是结构侧向位移与结构侧向剪力的函数关系图。
它直观地展示了结构在不同荷载水平下的响应。
通过PUSHOVER曲线，结构工程师可以评估结构的强度储备和抗震性能，并确定结构在不同限额位移水平下的塌陷载荷。
这对于设计抗震设防和结构强度调整具有重要意义。
PUSHOVER方法的优点在于其简单性、经济性和直观性。
相对于复杂的动力分析方法，PUSHOVER方法可以在较短的时间内得到合理的结果。
另外，PUSHOVER方法还可以用于实际结构的性能评估和性能矫正，使结构工程师可以方便地进行结构设计和优化。
某高层钢框架结构基于pushover方法的抗震分析
某高层钢框架结构基于pushover方法的抗震分析摘要：本文以某高层钢框架结构为例，进行基于pushover方法的抗震设计分析，对比结构在不同工况下的目标位移和层间位移角，以说明基于pushover方法的结构抗震分析的可靠性和实用性。
关键字：高层钢框架结构pushover方法抗震分析1、概述高层钢框架结构是一种新型的结构形式，钢结构具有自重轻、强度高、承受动力荷载的能力好、韧性和塑性好等优点，尤其是钢结构和混凝土结构相比，钢结构良好的延性特点能够使其在变形很大的情况下而不倒塌。
因此，钢结构是一种良好的结构抗震材料。
目前，我国的高层钢框架结构还正处于广泛应用的阶段，研究高层钢框架结构的抗震性能很有意义。
本文就是对某高层钢框架结构基于pushover 方法的抗震分析。
2、pushover方法2.1 基本原理和假定Pushover分析方法是和反应谱相互结合的静力弹塑性分析的方法，是按照一定的加载方式，给结构施加一个单调递增的水平向荷载，使结构产生一个给定的目标位移，以此来分析判断结构的变形和受力是否满足设计和使用要求。
其基本原理是把结构简化成为一个等效的单自由度的结构体系，计算和分析结构在设防地震作用时的最大位移，把它当做是目标位移。
建立结构的二维或三维模型，把地震作用等效为水平荷载，施加在计算模型上，对荷载以增量的方式进行结构非线性静力分析，直至结构的位移达到目标位移值为止。
在计算分析的过程中要及时找出结构的塑性铰，修改总的刚度矩阵。
根据结构变形和位移达到目标位移值时的结构变形和内力，可以判断和评估结构的抗震能力。
Pushover分析方法的假定是：一、计算结构体系和该结构的等效单自由度结构体系的反应是相互关联的，即结构的第一振型控制结构的反应；二、在每一个荷载的加载步中，结构沿着高度方向的变形由形状向量表示，在这一过程当中，不论结构变形的大小，形状向量不变。
2.2 Pushover分析基本过程及荷载工况本次计算利用SAP2000软件的pushover功能进行结构计算分析，分析过程如下：首先建立结构的计算模型，定义结构构件的属性，确定结构计算和分析的工况，然后运行pushover进行计算分析，最后查看计算结果，得出结构的变形、内力等结果。
PUSHOVER分析在框架结构中的应用
［ ］ 绍 怀． 管 混凝 土 结 构 的计 算 与 应 用 ［ ］北 京 ： 国 建 筑 １蔡 钢 Ｈ． 中
出 版 社 ， ９ ９ １８ ．
力 的研 究［ ］建 筑 科 学 ， ９ １ ３）３ ８ Ｊ． １ ９ （ ：－ ． ［ Ｏ 谭 克 峰 ， 心 诚 ， 绍 怀 ． 管超 高 强 混 凝 土 的性 能 和 极 限 １］ 蒲 蔡 钢
建设科技 ｌｌＣ ＣＴ年 ＬＹ Ｔ Ｊ ｌ ２ＥＮ１ ＡＮ ＥＥ２ 第 Ｇ Ｎ Ｎ０ＣＯ 期 Ｓ ＆ ＨＯ １
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Ｐ Ｓ ＯＶＥ Ｕ Ｈ Ｒ分析在框 架结构 中的应 用
【 摘 要】 阐述静 力弹塑性分析的基本原理 ， 并结合我 国最新 的抗震规 范对钢 筋混凝 土框 架结构进 行 框 架结构 罕遇地震 性能点
收 稿 日期 ：０ 一 １ ０ ２１ Ｏ — ５ ２
由规 范 的 加 速 度 反 应 谱 （ ａ Ｔ谱 ） 换 为 ＡＤＲ Ｓ— 转 Ｓ谱 （ 坐 纵
和 地下 结 构 中 ， 已 取 得 良好 的 经 济 效 益 和 建 筑 效 果 ， 结 构 并 是
构设 计 与施 工 规 程 ［ ］北 京 ： 国计 划 出版 社 ， ９ ２ Ｓ． 中 １９． ［ ］ 绍 怀 ， 占拴 ．钢 管 混 凝 土 短 柱 的 基 本 性 能 和 强 度 计 算 ５蔡 焦
弱 部位 的 弹 塑性 变形 计 算 。该 方 法 基 于 如 下 两 个 基本 假定 ： ① 多 自 由度 体 系 结 构 的反 应 与 该 结 构 的 等 效 单 自由度 体 系 的 反 应 相关 ， 因此 该 方 法 主 要 适 用 于 由 第 一 振 型 控 制 的 结 构 ； 在 ② 侧 向加 载 的 每个 步 骤 内 ， 构沿 高度 的变 形 形 状 保 持 不 变 。静 结
L形平面不规则框架结构的优化设计与Pushover分析的开题报告
L形平面不规则框架结构的优化设计与Pushover分析的开题报告一、选题背景随着城市化进程不断的加快，建筑结构设计在过去的十年中发生了巨大的变化。
大型建筑的使用率越来越高，特别是高层建筑结构的设计变得越来越重要。
在这种情况下，建筑结构设计需要更多的规范性和精确性，以满足日益严格的安全要求。
因此，建筑结构优化设计和Pushover分析变得越来越重要。
二、课题研究目的本研究的主要目的是对L形平面不规则框架结构进行优化设计和Pushover分析，以提高其安全性和可靠性。
本文将采用有限元软件进行建筑结构模拟，并使用Pushover分析方法对建筑结构进行分析。
基于此分析，将开展结构优化设计，并探讨其优化效果。
三、课题研究内容1. 构造L形平面不规则框架结构模型。
2. 对L形平面不规则框架结构进行荷载计算和分析。
3. 使用有限元软件对L形平面不规则框架结构进行建筑结构模拟。
4. 采用Pushover分析方法对建筑结构进行分析。
5. 进行结构优化设计并探讨其效果。
四、研究方案和方法1. 实施有限元模拟，对L形平面不规则框架结构进行建筑结构模拟。
2. 采用Pushover分析方法对建筑结构进行分析。
3. 通过对不同结构的荷载分析，进行结构优化设计。
五、拟采用的研究手段1. 有限元软件：采用ABAQUS或ANSYS等有限元软件进行建筑结构模拟。
2. Pushover分析方法：Pushover分析是地震工程中进行结构强度评估和抗震设计的一种重要分析工具。
3. Excel、MATLAB等数据处理软件：用于对采样数据进行分析和处理。
六、预期成果通过对L形平面不规则框架结构的优化设计和Pushover分析，期望得到以下成果：1. 对建筑结构的抗震性能有更深入的了解;2. 用Pushover分析方法对建筑结构进行分析，结构强度越高培养其在地震作用下的安全性;3. 优化设计的方法可以提高建筑结构的可靠性和抗震性的同时，降低建筑结构成本。
多层钢框架结构的Pushover分析
由表 1, 表 2可知: 1) 工况 2 和工况 4 作用下, 能力 谱曲 线与 需求谱曲线产生了交点, 即性能点。利用该 性能点 得到结构 在需 求曲线表征的地震作用下的结构位 移, 由 此判断结 构的抗震 性能 是否达到了多遇 或罕遇 地震 作用下 的弹 塑性 变形要 求。在 性能
点处, 多遇地 震作用下 结构并 未出 现塑 性铰, 在罕 遇地 震作 用下 结构逐步出 现 塑 性 铰。考 虑 罕 遇 地 震, 在 工 况 2 作 用 下, 对 结
3 Pushover分析工况
在 定 义 Pushover 工 况 时, 应 首 先 定 义 重 力 荷 载 作 用 作 为 Pushover第一工况, 其他工况是在第一工况的基础上加载 的, 水平 荷载不断加大, 直到达到规定的位移 为止。本文 所采用的 水平加 载模式 (荷载工 况 )为: 静力 工况 1 (重 力荷 载 ); P ushover 工况 2 ( 重力荷载 + 均匀分布 Y 向 ) ; Pushover工况 3(重力荷载 + 均匀分 布 X 向 ) ; Pushove r工况 4( 重力 荷载 + 第 一振 型分 布 ) ; Pushover 工况 5(重力荷载 + 第二振型 分布 )。
因此, 从 受力角度来说, 填 充墙 的刚度 作用 影响 了框 架 结构 的受力状态、破坏机制。 概括起 来, 填充 墙对框 架结 构受 力 性能 影响可以分为下面几方面 [ 1]: 1) 减小结 构周 期, 一定程 度上 增大 地震力。对此我国规范采用周期折减 方法来考 虑, 其 根本目 的是 为了在结构计算 中充分 考虑 填充墙 刚度 对计 算周期 的影 响。具
用下的楼层位移及层间位移角见表 1, 表 2。 表 1 多遇地震下楼层位移及层间位移角
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1 引言
Pushover 分析方法是一种结构弹塑性反应的简 化计算方法和结构抗震性能的评估方法，它可以同时 获得结构弹塑性状态下的强度和变形要求，找出结构 的薄弱环节。美国的 ATC-40、FEMA273、274、356 均已正式采用。我国的《建筑抗震设计规范》 （GB50011-2001）3.6.2 节中规定：对于“不规则且 具有明显薄弱部位可能导致地震时严重破坏的建筑 物，应按本规范有关规定进行罕遇地震作用下的弹塑 性变形分析。此时，可根据结构特点采用静力弹塑性 分析或弹塑性时程分析”。
（a）4 层结构
（b）10 层结构
图 2 4 层和 10 层框架结构计算简图
（a）平面图
（b）立面图
图 3 6 层不对称框架结构计算简图
4 结果反应分析
本文采用 Pushover 分析中的基底剪力——顶点
位移曲线结果和弹塑性动力时程反应分析结果进行比
较。由于前者得到的顶点位移和基底剪力同时达到最
大值，而后者分析得到的最大顶点位移和最大基底剪
参考文献：
[1] 叶燎原,潘文.结构静力弹塑性分析（Pushover）的原理和计 算算例[J].建筑结构学报,2000,21(1):37-43 Ye Liaoyuan, Pan Wen. The Principle of Nonlinear Static Analysis(Push-over) and Numerical Examples[J]. Journal of building structures, 2000,21(1):37-43(in Chinese)
果处理复杂等不足，使得该方法在实际工程抗震设计
中没能得到普遍应用，多用于理论研究。
在本文中选用了 2 条地震动记录，如图 1 所示。
以两条地震波进行动力时程分析得到的最大顶点位移
的平均数作为静力弹塑性分析结果的基准。
图 1 选用的 2 条地震波加速度曲线
3 结构模型
研究对象为 3 层钢筋混凝土框架结构，10 层钢 筋混凝土框架结构和 6 层钢筋混凝土不对称框架结 构。三个结构的平面尺寸如图 2 和图 3。底层层高均 为 4m，其它层均为 3m，设计烈度为 8 度且为罕遇地 震，地震分组为第二组，II类场地。梁柱混凝土级别 皆为 C30。
但是，Pushover 分析方法的理论基础不严密，其 准确性和适用范围需要给予界定，动力时程分析方法 一直以来被认为是结构弹塑性分析中最为可靠的方 法，以它作为基准，分析 Pushover 分析方法在框架 结构中的应用。
2 静力弹塑性分析方法
1.1静力弹塑性分析方法的基本假定 Pushover分析方法没有严格的理论基础，它是建
立在下列两个基本假定的基础之上的：
1)假定结构的地震反应与一等效的SDOF体系相 关，这就意味着结构的地震反应仅由单一振型控制。
2)结构沿高度的变形性状可由形状向量 {φ } 表
示，这就意味着整个地震反应过程中，不管结构的变 形的大小，变形形状始终保持不变。 1.2 静力弹塑性分析方法的步骤
1）准备工作：建立结构的模型。 2）求出结构在竖向荷载作用下的内力，以便和 水平荷载作用下的内力进行组合。 3）施加一定量的沿高度呈一定分布的水平荷 载：水平荷载施加与各楼层的质心处。水平力大小的 确定原则是：水平力产生的内力与第（2）步竖向荷 载产生的内力叠加后，恰好能使一个或一批构件进入 屈服。 4）对于上一步进入屈服的构件，改变其状态， 形成一个“新”的结构，修改结构的刚度矩阵并求出 “新”的结构的自振周期，在其上施加一定量的水平 力荷载，又使一个或一批构件恰好进入屈服状态。
并累计每一步施加的荷载。
6）成果整理：将每一个不同的结构自振周期及
其对应水平力总量与结构自重（重力荷载代表值）的
比值汇成曲线，也把相应场地的各条反应谱曲线绘在
一起。还可以在图中绘出相应的变形，以便于评估结
构的抗震性能。
1.3水平荷载的选择
在 Pushover 分析过程中，不同的水平荷载模
式，结构的破坏机制也会不同，因此水平荷载模式达
力不是发生在同一时刻。所以将他们分析出的最大位
移进行比较，研究 Pushover 分析方法在框架结构中
的应用。
图 4 分别为 4 层、6 层不对称和 10 层框架结构
的基底剪力——顶点位移关系曲线，其中横坐标为结
构顶点位移与结构高度之比，纵坐标为基底剪力与结
构自重之比。
从图中可以看出，3 条曲线从总体上反应了结构
关键词：静力弹塑性分析，动力时程分析，底部剪力—顶点位移
Application of Pushover to Structural Analysis on Frame Structure
FENG Li-chao1 , LIU Hai-qing2,3
(1.Institute of Civil Engineering and transportation, Liaoning Technical University,Fuxin 123000, China) （2.Colloge of Architecture and Engineering, Liaoning Technical University,Fuxin 123000, China ） (3.School of Civil and Hydraulic Engineering, Dalian University of Technology; Dalian 116024, China)
Pi =
w i hi
n
Vb
∑ wmhm
m=1
3） 集中荷载
在结构顶部施加集中荷载。
2 弹塑性动力时程分析方法
弹塑性动力时程分析是弹塑性地震反应时称分
析，它是输入地震动，直接计算结构的地震反应，它
能够再现结构在地震作用下反应的全过程。一直以来
都被认为是结构弹塑性分析中最可靠的方法。但是由
于其对输入地震波依赖性强、计算分析工作量大和结
5）不断地重复第（4）步，直到结构的侧向位
移达到预定的破坏极限。记录每一步的结构自振周期
———————————————
基金资助：中国博士后科学基金特别资助项目（200801385）；中国博士后科学基金项目（20080430181）；辽宁工程技术大学研究生创新科研资助项目 （Y200800602）。
作者简介：冯立超(1984—),女,硕士研究生,fenglc602@；刘海卿,教授,博士生导师,lhq2008@.
摘 要：Pushover分析方法以静力的方法分析结构的弹塑性反应，从而评估结构的抗震性能。但是由于其理论基础不够严 密，在应用过程中其适用性有待进一步界定。通过选取典型的3种侧向力分布模式对分别对4层、6层不对称和10层的混凝 土框架结构进行静力弹塑性分析，以分析结果中的结构基底剪力—顶点位移关系曲线评估结构的抗震性能。分析结果的准 确性以弹塑性时程分析为基准。结果发现：3个算例的静力弹塑性分析的结构顶点位移比动力时程分析的结果稍大。所 以，静力弹塑性分析得到的结构反应比动力时程分析所得的结构反应更安全，对静力弹塑性分析在框架结构中的应用提出 了建议。
抵抗水平荷载的能力。3 种结构的均匀分布和倒三角
分布分析结果比较接近，其中倒三角分布分析的顶点
位移结果偏大，而集中力分布分析的顶点位移值与前
两者差距很大。
将动力时程分析和不同加载模式下 Pushover 分
析结果中的顶点位移进行比较，见表 1。 从表中可以看出，Pushover 分析结果中的顶点位
[2] 侯爽,欧进萍.结构 Pushover 分析的侧向力分布及高阶振型 影响[J].地震工程与工程振动,2004,24(3): 89-97 Hou shuang, Ou Jinping. A study of load pattern selection of Pushover analysis and influence of higher modes. [J].Earthquake engineering and engineering vibration, 2004,24(3): 89-97
到选择也是十分关键的问题。本文选取的侧向力分布
为 FEMA274 中提到的倒三角分布、均匀分布和幂级
数分布
1) 均匀分布
结构各层侧向力与该层质量成正比，结构在第 i
层侧向力的增量为：
Pi
=
Vb n
2） 倒三角分布
国内外大多数抗震规范中采用的侧向力分布模
式，即假定侧向力沿建筑物的高度为倒三角分布，每
一层水平侧向力分布为：
[3] 熊向阳,戚震华.侧向荷载分布方式对静力弹塑性分析结果 的影响[J].建筑科学,2001,17(5): 8-13 Xiong Xiangyang, Qi Zhenhua. The influence of Lateral Load Patterns on the results of static Pushover Analysis[J].Building Science, 2004,24(3): 89-97
第七届全国土木工程研究生学术论坛
东南大学 2009
Pushover分析方法在框架结构分析中的应用
冯立超1，刘海卿2,3
(1.辽宁工程技术大学土木与交通学院，辽宁 阜新 123000) (2.辽宁工程技术大学 建筑工程学院，辽宁 阜新 123000)
(3.大连理工大学土木水利学院，辽宁 大连 116024)
移较动力时程分析大，其中均匀分布与动力时称分析 的结果差距最小。
(a)4 层结构
(b)6 层不对称结构
（c）10 层结构
图 4 结构的 Pushover 曲线
（1）动力时程分析选用了两种地震波分析结果的平 均值，理论上最接近结构的实际抗震能力，采用这个 值 与 Pushover 曲 线 进 行 比 较 ， 可 以 很 好 的 检 验 Pushover 分析结果的准确性。 （2）采用的三种侧向力分布方式，集中力分布在三 种结构中与其余两种结果相差较大，其结果可参考性 低，不建议使用。 （3）以顶点位移为研究对象，Pushover 分析方结果 均大于动力时程反应分析结果，这说明静力弹塑性分 析的结构反应比动力时称分析所得的结构反应偏于安 全，另一种理解是分析结果过于保守，在考虑实际工 程的使用功能和工程成本的前提下，可以直接采用多 种侧向力加载的静力弹塑性分析方法评估结构的抗震 性能。