弹性与弹塑性动力时程分析方法中若干问题探讨

本文以某超高层钢筋混凝土框架—核心筒结构为原型，采用ABAQUS软件对其在罕遇地震作用下的动力响应进行了动力弹塑性分析，给出了结构关键部位、关键构件在强烈地震作用下的动力响应规律及损坏程度的定量表达，进而对整体结构的抗震性能给出了评价及改进建议。

弹性动力时程分析的正确应用

采用有限条法分析了方钢管填充混凝土后的弹性及弹塑性屈曲性能,考虑了钢板受均匀压应力作用和应力梯度变化两种工况,计算了钢板的临界屈曲应力,分析了残余应力对临界屈曲应力的影响. 结果表明:当截面相对宽厚比低于30时,钢管内部填充混凝土并不能提高钢管的屈曲承载力;截面宽厚比超过30以后,随着截面宽厚比的增加,钢管内部填充混凝土后对钢管承载力的提高幅度越来越大,承载力提高幅度最大为空钢管承载力的2158倍;并能有效提高钢板的抗弯屈曲承载力;残余应力的存在使得钢板在弹性和弹塑性阶段的屈曲承载力降低,残余应力越大,临界屈曲应力越低.

静力弹塑性和动力弹塑性分析方法在结构抗震分析中的应用，可供参考。

本文方法能够准确预测结构的极限承载力值与塑性铰发展过程。对于空间框架结构，每根杆件仅需划分一个单元，极大提高了计算效率、降低了计算成本。与塑性区法、纤维元法以及考虑截面翘曲的修正切线刚度法等相比，本文提出的方法具有物理概念明确、单元划分少、刚度矩阵简单、分析过程简洁、计算精度与效率高等显著特点，适于工程应用。

地震作用是建筑结构可能遭遇的最主要灾害作用之一。几十年来，人们积累了大量的实测地震资料，这些资料多以位移、速度或者加速度时程的形式体现。与此相对应，时程分析方法也被认为是最直接的一种计算建筑结构地震响应的方法。但是，由于地震作用随机性导致计算结果的不确定性，弹性时程分析方法只是结构设计的一种辅助计算方法；虽然如此，抗震规范为了增强重要结构的抗震安全性，还是将弹性时程分析方法规定为常遇地震作用下振型分解反应谱法的一种补充计算方法；尤其是考虑了结构的弹塑性性能后，弹塑性时程分析方法更是被普遍认为是一种仿真的罕遇地震作用响应计算方法。

本资料为静力弹塑性分析及动力弹塑性分析方法在结构抗震分析中的应用，主要内容： 1.进行静力弹塑性和动力弹塑性分析的意义。 2. 静力弹塑性分析与结构抗震性能评估。 3.动力弹塑性分析与结构抗震性能评估。 4.静力弹塑性与动力弹塑性分析的优缺点。

弹塑性时程分析在结构抗震设计中的应用研究弹塑性时程分析在结构抗震设计中的应用研究弹塑性时程分析在结构抗震设计中的应用研究弹塑性时程分析在结构抗震设计中的应用研究

本论文讲述了弹性时程分析的要求。对结构设计进行弹性分析有一定意义。

地震区某高层框架结构，当大会议室设在顶层时，形成顶层局部单跨框架，当大会议室设在底层时，形成底部转换层，利用静力和动力弹塑性分析方法，对两种结构布置方式进行了比较，并提出了设计建议。

选择合适的地震动记录是采用弹塑性时程分析预测建筑结构地震响应的基础。列举了现有针对不同分析目的的三种地震动记录选取方法，比较了按不同方法建立的地震动记录选择集的地面运动峰值和反应谱特性，并通过分析两个不同初始周期框架结构的弹塑性地震响应，对不同地震动记录选取方法的分析结果进行了比较。研究结果表明，基于设计反应谱和基于最不利地震动的选取方法均与结构的初始周期相关，当结构在地震作用下刚度退化比较明显时，这些方法有可能难以达到预期的目标;而当地震动强度指标恰当、且选取的地震动记录数量较多时，基于台站和地震信息的选取方法不会造成过大的结构弹塑性地震响应的离散性，同时这种方法不依赖于结构的动力特性，操作简便，适用性强，适于在研究不同结构类型和不同动力特性建筑结构的抗震性能时应用。

本文对结构在地震作用下的整体反应和构件损伤情况进行了分析和评估，可供参考。

北京 CBD 核心区 Z15 地块中国尊大厦是一栋地上108 层、地下 7 层、建筑总高度 528m、高宽比约 7. 2 的 复杂超高层建筑，是目前世界上8 度抗震设防烈度区在建的最高建筑。结构设计采用了巨型钢-混凝土筒中筒结构 体系。在施工图设计阶段，根据结构体系的最新调整情况对结构进行罕遇地震下的弹塑性时程分析，检验结构在 大震下的抗震性能。弹塑性时程分析时采用 ABAQUS 软件和自主开发的 S2A 程序将梁、柱、剪力墙、支撑及楼板等 构件的弹塑性在应力-应变层次上进行精确模拟，分析过程中考虑几何非线性，并采用显式积分算法。结果表明， 结构整体及绝大部分构件的抗震性能满足规范和性能目标的要求。基于塑性区模型的弹塑性时程分析对本工程 结构体系的优化起到了重要的作用。

提 要 太原市政务中心地上 7 层，总高度 34.2m，平面尺寸 166m×154m。将 SATWE 分析模型转换成 PKPM-SAUSAGE分析模型，二者模态分析结果相近。选取 2 组天然波、1 组人工波，以研究结构的动力弹塑性响应，得到结构在罕遇地震作用下的变形、内力和损伤情况。分析结果反映了结构在罕遇地震作用下构件塑性损伤发展过程，以及由此引起的结构刚度退化和塑性损伤耗能。剪力墙连梁出现不同程度的损伤，大部分剪力墙墙肢受压损伤因子较小，钢桁架未出现屈服。考虑材料非线性的结构最大弹塑性层间位移角均满足 1/100 的规范限值要求，结构满足大震不倒的设防要求。

现行抗震采用二阶段设计实现三水准Ⅲ设防目标。第一阶段设计是承载力验算，其地震力取第一水准的地震参数。在进行第一阶段设计的抗震验算时，对规则对称的结构可允许分别计算两个主轴方向，．即单向计算。可以认为单向计算是一种间化的分析方法。对质量和刚度明显不对称的结构，则不能用简化的单向计算，必须计入双向地震作用的影响。

地震作用是建筑结构可能遭遇的最主要灾害作用之一。几十年来，人们积累了大量的实测地震资料，这些资料多以位移、速度或者加速度时程的形式体现。与此相对应，时程分析方法也被认为是最直接的一种计算建筑结构地震响应的方法。但是，由于地震作用随机性导致计算结果的不确定性，弹性时程分析方法只是结构设计的一种辅助计算方法；虽然如此，抗震规范为了增强重要结构的抗震安全性，还是将弹性时程分析方法规定为常遇地震作用下振型分解反应谱法的一种补充计算方法；尤其是考虑了结构的弹塑性性能后，弹塑性时程分析方法更是被普遍认为是一种仿真的罕遇地震作用响应计算方法。

在ABAQUS有限元分析软件的基础上,开发了针对钢筋混凝土杆系结构弹塑性分析的混凝土材料子程序。在程序中,建立了基于应力-应变关系层面的材料非线性本构关系及滞回模型。

罕遇地震弹塑性静、动力分析

环贸广场塔楼为超限高层结构， 基于 PEＲFOＲM-3D 软件， 采用弹塑性时程分析方法对结构在罕遇地震作用下的抗震性能进行了评估， 分析结果表明结构整体损伤处于轻度到中度之间。

深业上城高塔为一大型酒店和办公的超高层建筑，地上 80 层，结构高度 388 米。塔楼采用了巨型框架+核心筒结构体系，其中巨型外框架由巨柱、带状桁架组成、双层环梁及型钢混凝土连接梁组成。采用型钢混凝土连接梁联系外框架和核心筒而不设伸臂是本塔楼结构的一个创新点。通过 7 组罕遇地震波作用下的动力弹塑性分析，可以表明：结构抗侧刚度沿竖向均匀，楼层剪力传递简单合理；最大弹塑性位移角大于 1/100 规范限值要求；连梁和型钢混凝土连接的梁大部分出现了混凝土的受压塑性损伤，很好的起到了耗能作用；剪力墙混凝土的受压损伤因子较小，巨柱及带状桁架保持弹性，结构可以满足“大震不倒”的性能目标。

赣州西站整体形象为舒展的腾飞之翼，展现了赣州生机勃勃的城市精神风貌，建筑效果见图1。主站房为线上式高架站房，采用“桥建合一”的结构形式。车站总建筑面积91572.6m2，其中站房建筑面积49864.7m2，站台雨棚面积11943m2。

弹性动力时程分析的正确应用

建筑结构学报Journal of Building Structures 第32 卷第6 期2011 年6 月 Vol. 32 No. 6 June 2011 摘要:某超高层建筑造型和结构体系独特，其结构为刚度和质量均不对称的超高层双塔连体体系。由于南北两座塔楼的刚 度存在差异，结构的扭转反应明显。采用NosaCAD 有限元软件建立整体结构分析模型，分析结构在7 度多遇和罕遇地震下 的弹塑性时程反应，得到结构在地震作用下的变形、内力和破坏情况的变化过程。结果表明: 7 度多遇地震作用下，结构构 件未出现损坏; 罕遇地震作用下，结构最大层间位移角满足1 /100 的限值要求，结构框架梁柱未出现破坏，筒体构件破坏顺 序和分布较为合理，能在一定程度上耗散地震输入能量，结构可以满足“小震不坏，大震不倒”的设防要求; 根据构件的受力 及破坏情况，建议加强底部和加强层核心筒的配筋。

安联大厦弹塑性时程反应分析及抗震-陛能评价安联大厦弹塑性时程反应分析及抗震-陛能评价安联大厦弹塑性时程反应分析及抗震-陛能评价安联大厦弹塑性时程反应分析及抗震-陛能评价安联大厦弹塑性时程反应分析及抗震-陛能评价

利用空间弹塑性时程分析软件 EPDA , 采用 Taft 波 ,EL - centrol 波 , 兰州人工波分别沿 x 方向、 y 方向、 45 °方向分别输入地震波 , 对高烈度区某空间框架结构进行了弹塑性时程分析 , 找出其薄弱层的位置 , 给出了塑性铰出现的位置及规律 , 通过对计算结果的分析 , 给出了一些有益的结论 , 供设计人员参考 .

本资料介绍了考虑高振型阻尼影响弹塑性时程分析的原理与方法，并通过对沈阳宝能环球金融中心 T2 塔楼的大震弹塑性分析，比较了考虑高振型阻尼影响与未考虑高振型阻尼影响结果的差异性。

介绍了运用midas Building 程序对某超高层框筒结构进行动力弹塑性分析，总结了midas Building 程序进行弹塑性分析的 主要技术参数。通过与弹性分析进行对比，说明弹塑性分析更能反映实际情况，能对结构的抗震性能给出更合理全面的评价，并 对工程设计给出指

真实反映地震作用的频谱、峰值、持时等。真实反映结构的弹塑性和各界振型贡献。

已知条件如下： 从一层到6层，刚度(Kn/mm): 583.970 583.264 583.264 474.254 474.254 454.756 屈服位移：(mm) 14.3 12.2 12.5 10.1 9.1 8.4 各层重力代表值：(KN) 10360 9330 9330 9330 9330 6130 受eicentro地震波（1940年，南北方向，可从论坛上下载论坛上的峰值为341.7），峰值0.40g，，求各层层间位移。 阻尼比取为0.05。 以周福霖为代表的研究团体得出结果如下： 各层位移（从一层到6层）(mm)(层间位移) 36.5 40.6 14.8 60.4 19.1 7.69 我编的程序的运行结果如下：(mm)层间位移 35.1 47.5 15.5 68.9 18.5 7.56 各层位移(相对地面的楼层位移)(MM)从一层到6层) 35.1 66.2 81.2 138.6 153.3 156.2

基于动力弹塑性分析，介绍了三个大跨度场馆的大震下安全度评价和优化设计，通过对核心筒和钢构件截面的优化，形成合理的结构破坏模式，达到节省钢材并减少剪力墙和主要受力构件在大震下塑性屈服的目的。大震下动力弹塑性分析不仅为第二阶段设计提供了验算手段，同时也为第一阶段结构设计优化提供了依据。

回顾与总结了结构在大震作用下的非线性动力反应分析成果,包括结构整体分析模型,构件单元模型,恢复力模型以及运动方程的求解等问题。基于平面杆系模型,针对结构在多遇及罕遇地震下的弹塑性时程响应计算结果及其与现行规范设计结果的对照,对今后结构非线性抗震设计提出了建议。

时程分析的选波原则与方法，可以用于建筑物时程分析的地震波选择之用

ABAQUS广州天建花园罕遇地震弹塑性时程分析报告.pdf 本工程位于广州市天河区珠江新城冼村南侧G1-1、G1-2地块，地面以上由北面2栋47层 的住宅（依次命名为A-1、A-2栋），南面2栋40层的住宅（依次命名为A-3、A-4栋），和东面 1栋38层的酒店及其1栋42层配套公寓组成，设四层地下室。

基于纤维模型的超高层钢筋混凝土结构弹塑性时程分析

现行抗震设防的目标是;遭受多遇地震影响时，结构处于弹性工作状态，一般不受损坏（第一水准）。当遭受设防烈度的地震影响时，结构进入弹塑性工作状态，可能损坏，经一般修理仍可继续使用（第二水准），当遭受罕遇地震影响时，结构有较大的弹塑性变形，但不致倒塌或发生危及生命的严重破坏（第三水准）。

本文档为广州国际金融城A塔罕遇地震弹塑性时程分析报告，包括：1 工程概况 2 进行罕遇地震弹塑性时程分析的目的 3 分析方法、分析软件、分析模型及分析步骤 3.1 分析方法 3.2 分析软件 3.3 非线性地震反应分析模型 4 结构抗震性能评价方法 4.1 结构的总体变形 4.2 构件性能目标 5 整体计算结果汇总 6 剪力墙损伤情况 7 外框架梁、柱损伤情况 8 楼板损伤情况 9 加强层伸臂、腰桁架钢材塑性应变情况 10 墙柱首层最大反力 11 罕遇地震弹塑性时程分析结论等。

安联大厦是采用钢筋混凝土框架—核心筒结构形式的高层写字楼。为达到环保、健康的设计目的，建筑师给大厦设计了一个“呼吸”系统—通过东西、南北错开设置的空中花园和中部入口大堂直通屋面的中庭空间，实现了整个大楼的自然通风从而成为一栋节能的生态建筑。为满足建筑要求，楼板开大洞，两个核心筒之间部分楼层连接薄弱。本文采用结构分析软件perform—3D进行了安联大厦的弹塑性时程反应分析和抗震性能评估。研究表明：在罕遇地震作用下，结构的层间位移能够满足规范抗震要求，剪力墙先于框架柱进入非线性阶段，部分楼层在核心筒之间的薄弱连接仅对核心筒附近的框架柱的内力产生影响，但不影响整个结构的协调工作。

基于弹塑性分析的结构性能设计方法探讨

中国尊大厦施工图设计中的弹塑性时程分析_---------李华峰

基于纤维模型理论, 利用 PERFORM-3D 软件实现了复杂超高层建筑结构的弹塑性时程分析并进行构件变形性能评估。针对 PERFORM-3D 建立高层结构模型的复杂性, 开发了其前处理程序 ETP, 使之能够方便准确地建立弹塑性模型。分析表明, 基于纤维模型的整体结构弹塑性分析法高效可行, 不但宏观上可得到结构整体响应, 而且微观上可得到构件的内力及变形和纤维的应力及应变。通过工程实例, 得到整体结构响应、构件的变形及结构能量耗散情况, 可用于研究按我国现行规范设计的超高层混凝土结构在罕遇地震作用下的非线性变形及受力特点。