PUSHOVER方法总结.doc

PUSHOVER方法
1.介绍
PushOVER计算是属于非线性静力计算，可以考虑多种非线性：材料非线性（在连接/支座单元内的多种类型的非线性属性；框架单元内的拉和/或压极限；框架单元内的塑性铰）；几何非线性（P-delta 效应；大位移效应）；阶段施工（结构改变；龄期、徐变、收缩）。
所有在模型中定义的材料非线性将在非线性静力分析工况中考虑。用户可选择考虑几何非线性的类型：􀁹 无􀁹 P-delta 效应􀁹 大位移效应。阶段施工可作为一个选项。即使独立的阶段是线性的，结构从一个阶段到下一阶段被考虑为非线性。

2 加载
用户可施加任意荷载工况组合、加速度荷载和模态荷载。其中模态荷载是用于pushover分析的特定类型的荷载。它是在节点的力的模式，与特定振型形状、圆频率平方（ω2）、分配至节点质量的乘积成正比。
指定的荷载组合同时施加。一般地，荷载从零增加至完全指定的量。对于特殊目的（如 pushover 或 snap-though 屈曲），用户可选择使用监控结构所产生的位移来控制加载。
当用户知道所施加的荷载量，且期望结构能够承担此荷载时，选择荷载控制。例如，施加重力荷载。在荷载控制下，所有荷载从零增加至完全指定的量。
当用户知道所期望的结构位移，但不知道施加多少荷载时，选择位移控制。这对于在分析过程中可能失去承载力而失稳的结构，是十分有用的。标准的应用包括静力pushover 或 snap-though 屈曲分析。用户必须选择一个位移分量来监控，可以是节点的单个自由度，或一个用户以前定义的广义位移。用户必须指定分析中的目标位移。程序将试图施加达到此位移的荷载。荷载量在分析中可被增加或减少。确认选择一个在加载过程中单调增加的位移分量。若这不可能，则用户必须将分析分割至两个或更多的顺序工况，在不同的工况中改变所监控的位移。
注意使用位移控制和在结构施加位移荷载是不同的！位移控制只用来计量从所施加荷载产生的位移，来调整荷载量，以试图达到某种计量的位移值。
3 铰卸载方法
卸载整个结构；局部卸载；使用割线刚度重新开始。第一种方法通常使用，效率最高，第三种方法效率最低。
4 PUSHOVER方法
非线性静力pushover分析是一个特定的过程，用于地震荷载的基于性能的设计。
SAP2000 提供了pushover 分析需要的下列工具：
􀁹 离散的、用户定义的框架铰的材料非线性。铰属性是考虑pushover分析来生成的。默认铰属性基于FEMA-356准则来提供。
􀁹 非线性静力分析过程特别设计来处理在pushover分析中常见的框架铰承载力的突然降低。就是铰卸载。
􀁹 非线性静力分析过程允许位移控制，这样不稳定的结构可被推至期望的位移目标。
􀁹 在图形用户界面，产生和绘制 pushover 曲线，包括在谱坐标中的需求和能力曲线。
􀁹 在图形用户界面，绘制和输出在 pushover 分析的每一步的每个铰的状态。
以下是使用SAP2000 进行非线性静力分析的一般步骤：
1）像其他任意分析一样，建立一个模型。
2）定义框架铰属性并指定其给框架/索单元。
3）定义钢或混凝土设计可能需要的任意荷载工况和静力与动力分析工况，特别是使用默认铰时。
4）运行设计需要的分析。
5）若任何混凝土铰属性是基于程序计算的默认值时，用户必须进行混凝土设计，这样确定配筋。
6) 若任何钢铰基于程序对于自动选择框架界面计算的默认值，用户必须进行钢设计且接受程序选择的截面。
7) 定义 pushover 分析所需的荷载工况，包括：
􀁹 重力荷载和其他可能在施加横向地震荷载前作用在结构的荷载。用户可能在前面对于设计已经定义了这些荷载工况。
􀁹 用来推结构的横向荷载。若用户准备使用加速度荷载或模态荷载，用户不需要任何新的荷载工况，虽然模态荷载需要用户定义一个模态分析工况。(什么是模态荷载？)
8）定义 pushover 分析使用的非线性静力分析工况，包括：
􀁹 一系列的一个或多个使用荷载控制的从零开始施加重力和其他固定荷载的工况。这些工况包括阶段施工和几何非线性。
􀁹 从此系列开始并施加横向pushover荷载的一个或多个pushover工况。这些荷载应使用位移控制。被检测的位移通常位于结构的顶部，将用来绘制pushover曲线。
9） 运行 pushover 分析工况。
10）审阅 pushover 结果：绘制 pushover 曲线、显示铰状态的变形形状、力和弯矩图形，且打印或显示用户需要的结果。
11）按需要修改模型并重复。
用户应考虑几种不同的横向 pushover 工况来代表可能在动力加载时发生的不同顺序的响应，这时很重要的。特别地，用户应在 X 和 Y 两个方向推结构，且可能在两者间有角度。对于非对称结构，在正和负方向推结构可能产生不同的结果。当在一给定的方向推结构时，用户可考虑水平荷载在竖向的不同分布，如在此方向的第一和第二振型。
！！！！注意：PUSHOVER分析必须先进行自重计算，因为SAP2000不能自动计算重力。
因此，荷载工况里必须有自重工况，见下图，自重系数为1的荷载工况；分析工况里面自重工况的荷载施加控制选全部荷载。

PUSHOVER工况见下图

结果显示：

5 ＡＴＣ４０能力谱法步骤
(1) 对结构进行单调增加水平荷载作用下的静力弹塑性分析,得到结构的基底剪力- 顶点位
移关系,即Vb - un 曲线(见图1) .

(2) 将Vb - un曲线转化为谱加速度 Sa和谱位移 Sd 的关系曲线即能力谱曲线(图2).根据前述假定,对于不很高的结构,地震反应以第一振型为主,可用等效单自由度体系代替原结构(结构与等效单自由度体系之间的转化可通过对其动力方程进行等效实现),即

式中:Γ1 , M*1 分别为结构的第一振型参与系数和模态质量,且

式中: mi 为第i 层质点的质量;φi1为振型1中质点的振幅.
（3）建立需求谱曲线. 将单自由度弹性体系的阻尼比为5 %的反应谱曲线( Sa～ T 格式) 通过下式转化为弹性需求谱( Sa～ S d 格式)

在弹性需求谱的基础上, 通过考虑等效阻尼比ξe 或延性比μ的方法得到折减的弹塑性需求谱. SAP2000n 采用的是考虑等效阻尼比ξe 的方法,如图3 所示,ξe 由最大位移反应的一个周期内的滞回耗能来确定,即

式中: ED 滞回阻尼耗能; Es 为最大应变能; dp , ap分别为等效单自由度体系的最大位移和对应加速度； dy , ay 则分别表示屈服时的相应值.有了ξe , 通过对弹性需求谱的折减, 即可得到弹塑性需求谱.

(4) 性能点的确定. 将能力谱曲线和某一水准地震的需求谱画在同一坐标系中, 两曲线的交点即为性能点,将其所对应的谱位移按式(1) 转化为结构的顶点位移,根据其在原结构Vb～ un 曲线上的位置,可确定结构在该地震作用下的塑性铰分布、杆端截面的曲率及侧移等,综合评价结构的抗震能力.
若两曲线没有交点,说明结构的抗震能力不足,需要重新设计。
因为弹塑性需求谱、性能点、ζe 之间相互依赖,所以确定性能点,是一个迭代过程。只要已知参数输入正确,性能点、ζe 、需求谱等可由程序自动算出。
在输入已知条件时,需要注意的是:程序中的地震反应谱与我国《建筑抗震设计规范》(GB50011 —2001) 的地震反应谱表达方式略有不同,需经等效后换成程序中的系数,程序中的反应谱如图5 所示。

ATC 40 建筑抗规