Pushover分析方法的研究现状-sakuragi923的结课论文

Pushover分析方法的研究现状
Sakuragi923
摘要：为了分析结构在给定水准地震作用下的性能，可以采用的分析方法有：静力弹性分析、动力弹性分析、静力弹塑性分析等。

常规的分析方法无法反映结构在强震作用下的弹塑性受力性能。

静力弹塑性分析方法的研究引起了抗震工作者的重视与广泛应用。

本文主要简单介绍了静力弹塑性分析方法（Pushover 方法）的基本原理及其研究现状。

关键词：静力弹塑性；基于性能；能力谱
Abstract：In order to analysis structure under the given level of seismic action, the analysis method can be adopted: static elastic analysis, dynamic analysis, pushover analysis. The conventional analytical methods can not reflect the structure’s performance of plastic under earthquake force. Study on Push-over analysis method has attracted great attention and widely used seismic workers. This paper mainly introduces the basic principle and research status of Pushover method.
Key words：Pushover; based on performance; capacity spectrum
结构的静力弹塑性分析方法(Nonlinear Static Procedure简称Pushover 方法) 是近年来较为流行的结构抗震性能评估方法，是一种是基于性能评估现有结构和设计新结构的一种方法。

作为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，用静力分析的方法来预测结构在地震作用下的动力反应和抗震性能，在基于性能的勘正设计中，得到了广泛的研究与应用[1]。

因此也得到一些国家的抗震规范极力推荐,一些著名的结构分析通用软件如SAP2000,ETABS,MIDAS及结构抗震分析专业软件都特别增加了结构Pushover分析的功能[2]。

Pushover分析包括形成结构近似需求和能力曲线并确定曲线交点。

需求曲线基于反应谱曲线，能力谱基于Pushover分析[3]。

在Pushover分析过程中，人为
的使结构分析模型在一个沿结构高度为某种规定分布形式且逐渐增加的侧向力或侧向位移作用下，直至结构模型控制点达到目标位移或结构倾覆为止。

结构在逐渐增加的荷载作用下，其抗侧能力不断变化（通常用底部剪力-顶部位移曲线来表征结构刚度与延性的变化，这条曲线我们可以看成为表征结构抗侧能力的曲线）。

将需求曲线与抗侧能力曲线绘制在一张图表中，如果近似需求曲线与能力曲线的有交点，则称此交点为性能点。

利用性能点能够得到结构在用需求曲线表征的地震作用下结构底部剪力和位移。

通过比较结构在性能点的行为与预先定义的容许准则，判断设计目标是否满足。

在结构产生侧向位移的过程中，结构构件的内力和变形可以计算出来，观察其全过程的变化，判别结构和构件的破坏状态，Pushover分析比一般线性抗震分析提供更为有用的设计信息。

在大震作用下，结构处于弹塑性工作状态，目前的承载力设计方法，不能有效估计结构在大震作用下的工作性能。

Pushover分析可以估计结构和构件的非线性变形，结果比承载力设计更接近实际。

Pushover分析相对于非线性时程分析，可以获得较为稳定的分析结果，减少分析结果的偶然性，同时可以大大节省分析时间和工作量[4]。

正因为这一原因，我国«建筑抗震设计规范»也已明确提出需要采用该方法进行抗震验算。

利用Pushover分析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,也能确定结构在罕遇地震下潜在的破坏机制, 从而找到最先破坏的薄弱部位, 为结构抗震设计提供重要依据，从而使设计者可以对局部薄弱环节进行修复和加强，是整体结构达到预定的使用功能[3]。

静力弹塑性分析方法（Pushover法）并没有非常严格的理论基础，所以采用这种方法是基于以下两个基本假设下的[5]：
（1）结构的反应和简化为等效单自由度体系的反应相关，这就意味着机构的反应由第一振型控制；
（2）在整个地震过程中机构沿高度的变形由保持不变的形状向量表示。

静态弹塑性分析方法分为两个部分，首先建立建立Pushover曲线即结构荷载－位移曲线，然后评估结构的抗震能力，基本工作步骤为[6]：
第一步：准备结构数据：包括建立模型、构件的物理参数和恢复力模型等；第二步：计算结构在竖向荷载作用下的内力。

第三步：在结构每层质心处，沿高度施加按某种规则分布的水平力（如：倒三
角、矩形、第一振型或所谓自适应振型分布等）。

确定其大小的原则是：施加水平力所产生的结构内力与第一步计算的内力叠加后，恰好使一个或一批构件开裂或屈服。

在加载中随结构动力特征的改变而不断调整的自适应加载模式是比较合理的，比较简单而且实用的加载模式是结构第一振型。

第四步：对于开裂或屈服的杆件，对其刚度进行修改，同时修改总刚度矩阵后，在增加一级荷载，又使得一个或一批构件开裂或屈服。

不断重复第三、四步，直到结构达到某一目标位移（当多自由度结构体系可以等效为单自由度体系时）或结构发生破坏（采用性能设计方法时，根据结构性能谱与需求谱相交确定结构性能点）。

对于结构振型以第一周期为主、基本周期在2s以内的结构，Pushover方法能够很好地估计结构的整体和局部弹塑性变形，同时也能揭示弹性设计中存在的隐患（包括层屈服机制、过大变形以及强度、刚度突变等）。

在反应谱的基础上建立的静力弹塑性分析方法主要有：ATC40采用的“能力谱法”；FEMA-273推荐的位移影响系数法，改进能力谱方法；FEMA365推荐的“目标位移法”；FEMA400基于更多研究和时间的成果对上述三种方法进行了改进，提出了“等效线性化”和“位移修正”两种方法，以及Chopra改进能力谱方法，适应谱法，概率Pushover分析方法，静动力综合法等。

目前，在我国“能力谱法”被广泛采用[6]。

静力弹塑性( Pushover) 分析作为基于性能、位移设计的对结构抗震能力评估的一种新方法, 是用静力荷载等效地震荷载对多遇地震作用下结构静动力特性估计的有效途径和办法，这一特点使得设计过程中可以不考虑地震动力效应。

同时避免了在不同地震波下响应悬殊的不足，简单易行。

改善了工程结构在进入塑性阶段的承载力设计的缺陷并满足实际运用的要求[7]。

当然Pushover方法受很多因素的影响，比如对恢复力模型、滞回参数、加载路径、场地条件以及地震荷载的往复性等目前尚没有得出完全统一的结论[8]。

另外，由于Pushover方法两个基本假设严重影响了它的范围，对单一振型起控制作用的结构分析结果比较准确，对需要考虑高阶振型和地震扭转耦合效应的高层和不对称结构的分析结果误差较大。

参考文献
[1]刘忠臣.静力弹塑性分析(Pushover)方法及其应用.科技信息. 2011
[2]曹裕阳. 梁式转换层结构考虑施工阶段的受力分析.西南交通大学硕士毕业论文2010
[3]刘鹏飞等. 青岛财富大厦Pushover分析.建筑结构.2009
[4]王建宁.基于性能研究的模态pushover方法和动力时程分析方法的比较.重庆大学硕士毕业论文.2009
[5]曹烨.静力弹塑性Pushover分析方法的研究和改进. 西安建筑科技大学硕士毕业论文.2004
[6]梁焕新. 建筑结构Pushover分析方法的实用性研究.西南交通大学硕士毕业论文.2005
[7]胡家志.浅谈静力弹塑性分析方法.山西建筑.2004
[8]龙小燕.Pushover方法改进加载模式及加载方式的讨论.重庆大学硕士毕业论文.2009。