ETABS中Pushover的使用

1、ETABSxxPushove的使用一、靜力彈塑性分析的基本原理ETABS程序提供的Pushover的分析方法，主要基于兩本手冊，一本是由美 國應(yīng)用技術(shù)委員會編制的混凝土建筑抗震評估和修復(fù)(ATC 40)，另一本是由美國聯(lián)邦緊急管理廳出版的房屋抗震加固指南(FEMA273/274)。混凝土塑性鉸本構(gòu)關(guān)系和性能指標(biāo)來自于 ATC一 40，鋼結(jié)構(gòu)塑性鉸本構(gòu)關(guān)系和性能指 標(biāo)來自于(FEMA273/274)，而Pushover方法的主干部分，即分析部分采用的是 能力譜法，來自于ATC一 40。其主要步驟如下：(1) 用單調(diào)增加水平荷載作用下的靜力彈塑性分析，計(jì)算結(jié)構(gòu)的基底剪力一 頂點(diǎn)位移曲線。(2) 建

2、立能力譜曲線。(3) 建立需求譜曲線。需求譜曲線分為彈性和彈塑性兩種需求譜。對彈性需求譜，可以通過將典 型(阻尼比為5%)加速度S反應(yīng)譜與位移S反應(yīng)譜畫在同一坐標(biāo)系上。對彈塑性結(jié)構(gòu)需求譜的求法，一般是在典型彈性需求譜的基礎(chǔ)上，通過考 慮等效阻尼比或延性比兩種方法得到折減的彈性需求譜或彈塑性需求譜。 ATC 一 40 采用的是考慮等效阻尼比的方法。(4) 性能點(diǎn)的確定將能力譜曲線和某一水準(zhǔn)地震的需求譜畫在同一坐標(biāo)系中，兩曲線的交點(diǎn) 稱為性能點(diǎn)，性能點(diǎn)所對對應(yīng)的位移即為等效單自由度體系在該地震作用下的 譜位移。將譜位移轉(zhuǎn)換為原結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)位移，根據(jù)該位移在曲線中的位置，即 可確定結(jié)構(gòu)在該地震作用下的

3、塑性鉸分布、桿端截面的曲率、總側(cè)移及層間側(cè) 移等，綜合檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)的抗震能力。若兩曲線沒有交點(diǎn)，說明結(jié)構(gòu)的抗震能力不足，需要重新設(shè)計(jì)。在輸入已知條件時，需要注意的是：程序中的地震反應(yīng)譜與我國建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB5001仁2oo1）的地震反應(yīng)譜表達(dá)方式略有不同，需經(jīng)等效后換成程序中的系數(shù)。二、計(jì)算步驟2.1 建立模型、內(nèi)力分析和配筋利用程序，求出構(gòu)件在設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的各種荷載工況下的內(nèi)力并配筋，其 中柱最大配筋率為 1 ，梁最大配筋率為1 5 。內(nèi)力分析時，梁、柱用框架單元模擬，現(xiàn)澆板、用殼單元模擬， 由于ETABSS序沒有給殼單元提供塑性鉸，因此，我們用模擬框架來代替剪力 墻，以考慮剪力墻進(jìn)人塑性

4、時的性能。2.2 塑性鉸的定義和設(shè)置ETABS給框架單元提供了彎矩（M）、剪力（）、軸力（P）軸力和彎矩相關(guān) （PMM）四種塑性鉸，可以在一根構(gòu)件的任意部位布置一個或多個塑性鉸。涉及 到塑性鉸本構(gòu)關(guān)系中屈服力和屈服位移的確定，ETABSS序提供了兩種方法，一種是自定義，輸入某一具體值，另一種是程序按照美國規(guī)范FEMA273和ATC一 40 給定。我將采用后一種方法來定義塑性鉸的本構(gòu)關(guān)系。對梁單元，一般僅考慮彎矩（M）屈服產(chǎn)生塑性鉸，對柱單元，一般考慮由軸 力和雙向彎矩相關(guān)（PMM）作用產(chǎn)生塑性鉸。對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，程序根據(jù)截面 的配筋值，可自動計(jì)算屈服彎矩值和軸力彎矩相關(guān)面。塑性鉸的位置，應(yīng)設(shè)

5、置 在彈性階段內(nèi)力最大處，因?yàn)檫@個位置最先達(dá)到屈服。對梁、柱單元，一般情 況是兩端彎矩最大，彎曲塑性鉸和壓彎鉸（PM M）應(yīng)設(shè)置在兩端，在剪力最大 處，應(yīng)設(shè)置剪切鉸。2.3 側(cè)向加載模式和 Pushover 工況側(cè)向荷載的分布方式，即應(yīng)反映出地震作用下各結(jié)構(gòu)層慣性力的分布特 征，又應(yīng)使所求得位移，能大體真實(shí)地反映地震作用下結(jié)構(gòu)的位移狀況。事實(shí) 上，由于任何一種荷載分布方式都不可能反映結(jié)構(gòu)全部的變形及受力要求，因?yàn)椴徽撚煤畏N分布方式，都將使得和該加載方式相似的振型作用得到加強(qiáng)，而 其他振型的作用則被削弱。而且，在強(qiáng)地震作用下，結(jié)構(gòu)進(jìn)人彈塑性狀態(tài)，結(jié) 構(gòu)的自振周期和慣性力大小及分布方式也因之變化，

6、樓層慣性力的分布不可能 用一種分布方式來反映。因此，最少用兩種荷載分布方式進(jìn)行Pushover 分析FEMA 273推薦三種形式：1）均勻分布：各樓層側(cè)向力可取所在樓層質(zhì)量；2）倒三角形分布：結(jié)構(gòu)振動以基本振型為主時的慣性力的分布形式，類似于我國規(guī)范中用底 部剪力法確定的側(cè)向力分布；3）SRSS分布：反應(yīng)譜振型組合得到的慣性力分布。ATC 40采用與第一振型成正比的側(cè)向力分布形式。在定義 Pushover 工況時，除了按上述方法考慮各種水平荷載及組合外， 應(yīng)首先定義重力荷載作用作為 Pushover 第一工況，各種水平力及其組合作為 其它工況，計(jì)算時首先計(jì)算第一工況下的內(nèi)力和變形，其它工況下的

7、計(jì)算是在 第一工況下內(nèi)力和變形基礎(chǔ)上施加水平荷載，水平荷載不斷增加，結(jié)構(gòu)側(cè)移不 斷增大，直到達(dá)到規(guī)定的位移為止。常用的 Pushover 工況主要有：1重力 +振型 1（縱向 ）2重力 +振型 2（橫向 ）3重力 +向加速度4.重力+Y向加速度2.4 結(jié)果分析和性能評價(jià)經(jīng) Pushover 分析后，得到性能點(diǎn)，根據(jù)性能點(diǎn)時的變形，對以下三個方面 進(jìn)行評價(jià)： 1)頂點(diǎn)側(cè)移是否滿足抗震規(guī)范規(guī)定的彈塑性頂點(diǎn)位移限值。2)層間位移角是否滿足抗震規(guī)范規(guī)定的彈塑性層間位移角限值。3)構(gòu)件的局部變形是指梁、柱等構(gòu)件塑性鉸的變形，檢驗(yàn)它是否超過建筑 某一性能水準(zhǔn)下的允許變形。ATC 40將房屋遭受地震后，可能

8、出現(xiàn)的狀態(tài)主要分為IO(lmmediateOccupancy) DC(Damage Control、LS(Life Safety、SS(Structural Stability四種狀 態(tài)，可解釋為 “立即居住”、 “損壞控制 ”、 “生命安全 ”和“結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 ”。關(guān)于ETABS彎距配筋計(jì)算以前一直用SATWE(PKPM,200502最近開始用ETABS做一個工程的初設(shè)時發(fā) 現(xiàn)SATWE與 ETABS配筋結(jié)果有較大出入，經(jīng)過內(nèi)力復(fù)核，發(fā)現(xiàn)二者設(shè)計(jì)內(nèi)力幾乎 毫無差別 .進(jìn)一步計(jì)算發(fā)現(xiàn)原因在于 :ETABS彎距配筋計(jì)算是首先考慮受壓區(qū)鋼筋參與抗彎計(jì)算 ，這樣混凝土的受 壓區(qū)高度就會降低 ,鋼筋力臂增長 ,混凝土抗彎能力計(jì)算值是接近真實(shí)情況的 .而 SATWE配筋則疑似不考慮受壓區(qū)鋼筋