大震作用下建筑結(jié)構(gòu)非線性軟件

大震作用下建筑結(jié)構(gòu)非線性分析軟件研究摘要：按照我國現(xiàn)行抗震規(guī)范的三水準(zhǔn)設(shè)計思想，大震作用下建筑結(jié)構(gòu)的彈塑性變形分析是設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)。而目前對建筑結(jié)構(gòu)非線性分析方法研究和軟件開發(fā)遠(yuǎn)不及線彈性。本文簡要介紹了幾種非線性分析方法和目前在工程應(yīng)用中較有影響的彈塑性分析軟件，分析了影響非線性動力時程分析軟件的關(guān)鍵技術(shù)，并討論了目前工程應(yīng)用中存在的問題。一、工程需求在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，罕遇地震作用下的非線性變形分析是一項重要工作?！犊拐鹨?guī)范》第條規(guī)定：不規(guī)則且具有明顯薄弱部位可能導(dǎo)致地震時嚴(yán)重破壞的建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)按本規(guī)范有關(guān)規(guī)定進(jìn)行罕遇地震作用下的彈塑性變形分析。對各類具體工程，《抗震規(guī)范》第條給出了具體規(guī)定：結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下薄弱層的彈塑性變形驗算，應(yīng)符合下列要求：1.下列結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行彈塑性變形驗算：1）8度Ⅲ、Ⅳ類場地和9度時，高大的單層鋼筋混凝土柱廠房的橫向排架；2）7～9度時樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)小于0.5的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)；3）高度大于150m的鋼結(jié)構(gòu)；4）甲類建筑和9度時乙類建筑中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)；5）采用隔震和消能減震設(shè)計的結(jié)構(gòu)。2.下列結(jié)構(gòu)宜進(jìn)行彈塑性變形驗算：1）表5.1.2-1所列高度范圍且屬于表3.4.2-2所列豎向不規(guī)則類型的高層建筑結(jié)構(gòu)：2）7度Ⅲ、Ⅳ類場地和8度時乙類建筑中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)；3）板柱-抗震墻結(jié)構(gòu)和底部框架磚房；4）高度不大于150m的高層鋼結(jié)構(gòu)。受理論水平和計算機(jī)軟硬件條件的限制，過去在對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行罕遇地震作用下的彈塑性變形分析時，一般都要做許多簡化，《抗震規(guī)范》第5.5.3條為各種簡化措施規(guī)定了應(yīng)用條件：結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下薄弱層(部位)彈塑性變形計算，可采用下列方法：1.不超過12層且層剛度無突變的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、單層鋼筋混凝土柱廠房可采用本節(jié)第5.5.4條的簡化計算法；爭2監(jiān).拖除鄉(xiāng)1結(jié)款以外的食建筑結(jié)構(gòu)抱，可采用敵靜力彈塑抗性分析方拜法或彈塑恰性時程分慣析法等；止3為.腰規(guī)則結(jié)構(gòu)江可采用彎遷剪層模型啦或平面桿耗系模型，姑屬于本規(guī)逮范恒第蛇3.宋4亭節(jié)規(guī)定的伏不規(guī)則結(jié)虹構(gòu)呢應(yīng)采用空姥間結(jié)構(gòu)模敲型。計進(jìn)入新世居紀(jì)以來，甲結(jié)構(gòu)的精伙細(xì)化設(shè)計瞧已經(jīng)成為須結(jié)構(gòu)工程筍領(lǐng)域的一死種趨勢，枯結(jié)構(gòu)設(shè)計蝕中對能夠穩(wěn)更加精確民模擬建筑壤結(jié)構(gòu)真實防受力狀態(tài)邊的分析軟筍件的需求慎越來越迫引切。在建聰筑結(jié)構(gòu)地師震分析中務(wù)，大震作關(guān)用下的非個線性虹變形分析橫是一項技小術(shù)難度較毅高的工作窩?，F(xiàn)在隨稈著計算技暑術(shù)的發(fā)展款和計算機(jī)定軟硬件水代平的提高何，對其進(jìn)跳行更加精寇確的分析亭已經(jīng)成為乒可能。雙二、幾種免非線性分補(bǔ)析方法滲（一四）薯1桶2另層以下鋼貴筋混凝土慚框架結(jié)構(gòu)鹽、單層鋼碗筋混凝土顆柱廠房的銜簡化分析飽方法劑《抗震規(guī)逼范》第馬5.5.研4把條規(guī)定：杜結(jié)構(gòu)薄弱杰層嗚(矩部磨位住)桑彈塑性層癥間位移的滔簡化計算針，宜符合贈下列要求穴：噸1頌.足結(jié)構(gòu)薄弱械層決(諸部鼠位督)鑄的位置可樸按下列情樣況確定：璃及1育)碌樓層屈服丹強(qiáng)度系數(shù)峽沿高度分堡布均勻的割結(jié)構(gòu)，可餓取底層；子氏2狐)巡樓層屈服右強(qiáng)度系數(shù)縱沿高度分扮布不均勻跟的結(jié)構(gòu)，忘可取該系裕數(shù)最小的司樓基層黃(獵部議位部)黃和相對較貪小的樓層師，一般不捎超究過互2征～棉3衣處；昌充3搏)駝單層廠房濤，可取上奮柱。悼2喂.赤彈塑性層路間位移可乞按下列公書式計算：或 狹式中他符號的含純義見規(guī)范是。筑目前，在偏計算樓層兇抗剪承載汽力胖時，一般潔都采略用需“撐擬弱柱已法取”變，即假定嘴在某一樓憤層所有柱盛的柱頂和妄柱底都同臂時形成塑趨性鉸競。顯然，啄這樣的假回定與抗震凳設(shè)計原哀則瘡“喚強(qiáng)柱弱大梁喇”施不符，計現(xiàn)算結(jié)果的恥精度有限援。硬（二）靜濱力非線性靈分析方法宴 撥靜力非線艇性分析免（睜Push心-Ove豎rAn啦alys凡i嘴s食）方法作祥對建筑結(jié)窯構(gòu)抗震性屑能評價方溪法之一，嚴(yán)具有概念摟清楚、實怖施相對簡后單，能夠弊使設(shè)計人甩員在某種抽程度上了激解結(jié)構(gòu)在該大震作用扁下的性能獎等特點(diǎn)，蛙在國外得賄到廣泛應(yīng)援用。如美繪國聯(lián)邦緊截急管理廳應(yīng)的《房屋萄抗震加固兵指南屋》凈(FEM繼A273臣/274量)眨和應(yīng)用技抹術(shù)委員會竿的《混凝徹土建筑抗篩震評估和店維修》貍（敢ATC-該4油0吳）等，都長給出了采驅(qū)用靜力非罩線性分析購方法進(jìn)行性基于位移壇的抗震設(shè)領(lǐng)計或評定俗的具體實券施辦法。儉靜力非線炮性分析涉廚及的關(guān)鍵戲技言術(shù)如下?；?.陶遷水平荷載待水平荷載跟的分布對貸計算結(jié)果革影響很大昌，常用的斧水平加載忍分布有倒廟三角荷載育、矩撕形曾荷載和反蹄應(yīng)譜荷載叨三種，其步中倒三角候形荷載是喝被廣泛采省用的一種蟻荷載形式廟。屋2.漆裁增量加載扎計算晉在結(jié)構(gòu)上急先增量施勾加豎向荷包載，然后蛋再增量施評加沿建筑也高度分布泰的某種男水平荷載慢，進(jìn)行非悔線性分析涂，計算結(jié)曬構(gòu)的基底條剪力稀和頂點(diǎn)位添移灰曲線，即打曲線。爭對于每個奏增量步中賢的迭代計圖算，通常綁采用完全竟牛頓緊—沈拉弗遜方暗法禽（芹FN固R缸）或修正鐮牛頓雙—嬸拉弗遜方炭法最（步MN括R臂）。這是猾兩個優(yōu)秀底的迭代方菌法，前者雙速度較慢敗但收斂性剪穩(wěn)定吸好樹,汽其收斂階莊數(shù)佩為筐2.姓0路，后者速諸度快但收沫斂穩(wěn)定性貌不如前者柏。在童曲線的極燒值點(diǎn)附近浙和下降段椒，采用通尊常的荷載侍增量法很慕難求解，拆而采用弧悼長控制方龍法，可以妨較好地得擊到結(jié)構(gòu)反尖應(yīng)的全曲濁線。膝3.傳堤能力譜曲兄線演用等效單辭自由度體哭系代替原瓶結(jié)構(gòu)，將拾曲線轉(zhuǎn)換宰為加速度速與譜位移紀(jì)曲線，即寬曲線。值囑得注意的紹是，這一捧轉(zhuǎn)換過程填僅當(dāng)結(jié)構(gòu)蹤層數(shù)不多乞，地震反穩(wěn)應(yīng)以第一粥振型為主葡時成立。波4.具因需求譜曲榮線佩根據(jù)彈性陪單自由度垂體系再地造震作用下川的運(yùn)動方青程，可得蟲到加速度宋與譜位移湖的關(guān)系式距，顆。從而得數(shù)到吸A飾D翁形式的需榴求譜曲線脅。需求譜誘曲線分為劍彈性和彈灑塑性兩種擦，一般在灰典型（阻摘尼比野為普5史％）彈性娛需求譜的辟基礎(chǔ)上，煙通過考慮稿等效阻尼杰比或延性梳比得到折鏈減的彈性與需求譜或屋彈塑性需朵求譜。刺5.傳肉結(jié)構(gòu)的性寸能點(diǎn)緒能力譜和殲設(shè)計地震述相應(yīng)的需均求譜的交平點(diǎn)即為性忠能點(diǎn)，性績能點(diǎn)對應(yīng)典的位移即樸為單自由膠度體系在揉該地震作碧用下的譜搞位移。利乒用反變換竊，則可得重到原結(jié)構(gòu)膝在該地震晃作用下的播頂點(diǎn)位移淚、塑性鉸源分布、桿殘端截面曲湊率、總側(cè)旋移，以及渣層間側(cè)移很等用于檢潔測結(jié)構(gòu)抗密震能力的純有用信息眨。廁相對動力崖時程分析斧方法而言時，靜力非同線性分析搶方法的優(yōu)協(xié)點(diǎn)是計算睬量小，效瓶率較高，油但因?qū)Y(jié)牧構(gòu)的簡化旋較多，其狗不足在于制適用范圍贈小，分析羊精度有限幻，僅適用旅于層數(shù)不禁多、自振盟周期小鉆于榴2馳秒，并且軟以第一振彼型為主的糕結(jié)構(gòu)。朵（三）動翻力非線性蕉分析方法輩動力非線夜性分析方辣法是一種蠅直接動力研分析方法霜，直接求桌解結(jié)構(gòu)的廣動力平衡博方程崖：啞宴咱椒甚。求解結(jié)批構(gòu)動力平黃衡方程的錯方法很多悟，下面會埋詳細(xì)介紹重。相顏比之下，死動力非線渴性分析方憲法對結(jié)構(gòu)訓(xùn)的簡化假牽定較少，捐適用面廣袍，分析精鞭度高，結(jié)夫果更為真顏實可靠。繩其主要缺流點(diǎn)是計算夏量大，對疏計算機(jī)硬拒件資源要補(bǔ)求高。隨冤著計算機(jī)舅硬件水平月的提高和店非線性分緊析理論的太不斷完善遭，該方法懸將在工程香設(shè)計中得刻到越來越秩廣泛的應(yīng)艱用。燕三、國內(nèi)壁外非線性真動力時程訂分析軟件蜂近幾十年姥來，各國貼研究者一咸直在研制標(biāo)結(jié)構(gòu)非線因性分析的并計算機(jī)軟客件。廣為蓋人知故的刊DRAI記N蝶－悅2看D嘩程序即是錦首先問世繳的平面二籍維非線性旗分析程序拔。其后的陷一些程序屠，寺如奶DRAI成N御－魚3修D(zhuǎn)匆、編IDAR沿C薦都可視為勉在碧DRAI娛N糠－項2色D剪基礎(chǔ)上發(fā)濾展起來的倘分析程序瓶。近年來雖國內(nèi)的研贊究者們也涂致力于開抖發(fā)簡單實紙用的彈塑秒性動力分饑析軟件，旬如建研鍋院郊PKP蠢M峰工程部獨(dú)硬立開發(fā)嚴(yán)的趴EPD濫A腦等軟件。遙下面簡要史介紹目前仿在工程應(yīng)膚用中具有瘦代表性的什一些非線綢性分析軟衣件。辮（一）國墾外非線性甩分析軟件室1只．怎DRAI蘭N哨－卡2D蹤[5]裁該程序是絹美國加利電福尼亞大晶學(xué)伯克利胸分校最早惕推出的平向面結(jié)構(gòu)彈康塑性分析挨程序?？蓭浺酝瓿伸o壯力非線性疤分析、動坊力時程分遙析。該程券序共提供傍八種單元數(shù)，包括非烘線性桿單偶元、塑性給鉸梁單元旅、連接單進(jìn)元、彈性竊板單元、翁單向受力和的拉壓聯(lián)衡系單元、塞纖維梁單身元等。用爐戶可以采均用塑性鉸吳單元或纖超維梁單元猛來模擬鋼麥或鋼筋混匪凝土梁或盟柱，非線合性連接單股元可以用嗓來模擬特鎖殊廳的億“腫骨殼棒量”觀梁柱連接槳等情況。澇該程序可排考慮屑效應(yīng)，逐壽步積分求瞞解采用的暢是中點(diǎn)加廟速度法。奮該程序曾臥獲得過廣眉泛的應(yīng)用吩，但因為關(guān)開發(fā)較早胞，前后處盈理功能較許弱，恢復(fù)淹力模型比德較粗糙，遲不能完整薪的反映混盤凝土滯回?fù)u特性。逗2.C讀ANNY死[6]神該程序由耀李唐寧博胡士開發(fā)的剛，由四部令分構(gòu)成：紀(jì)窗口程序湊、前處理阻部分、計盲算部分和請后處理部襲分，適用刮于鋼筋混放凝土和鋼盲結(jié)構(gòu)的三個維非線性據(jù)分析，可泰處理各種尖復(fù)雜不規(guī)避則的結(jié)構(gòu)費(fèi)。該程序纏主要包括熔以下功能再：振型分煎析、彈塑劍性靜力分奏析、擬動感力分析、祝動力時程捐反應(yīng)分析轉(zhuǎn)等。該程朱序可以考冬慮節(jié)點(diǎn)和談桿件之間涼的鉸接、血剛結(jié)或半破剛結(jié)。程撫序中包含霜有多種單繡元模型可盼供用戶選到擇。用戶選可采用兩蘇端帶彈簧嘆的等效梁耐單元或塑購性鉸梁單劉元模擬框球架梁和柱舟，采用多湖彈簧模型漲模擬剪力深墻，采用衫剛性板單谷元模擬混蹈凝土樓板嶄。何3純．殊Y-Fi坦ber3監(jiān)D態(tài)[7]霞Y腔-強(qiáng)Fibe叉r3D灘軟件是日舒本耳YAMA律TO卷設(shè)計株式年會社于鏈19糟9忠6匯年開發(fā)成愿功的，對詞土木結(jié)構(gòu)汁進(jìn)行非線辜性動力和怕靜力分析裹的實用工貓程軟件。絨該軟件使第用纖維模腐型模擬鋼偏及鋼筋混寧凝土梁柱距和支西撐，采用狹多彈簧模浸型模擬校剪力墻脅。姓Y-Fi禿ber3退D朗軟件在日醉本獲得了統(tǒng)廣泛應(yīng)用兔，成為很而多規(guī)范指趙定使用的果標(biāo)準(zhǔn)軟件臥，如日本家土木學(xué)會筒、日本道鄰路公團(tuán)，鞋東京首都拜高速道路盲公團(tuán)，日尾本鐵道時(堪JR)框等日本最聞主要的土建木、道路染橋梁政府鉤投資機(jī)構(gòu)跌，在他們桂的工程中良廣為采用影Y-Fi栽ber3墓D添軟件進(jìn)行筑非線性計候算。雄4.校ETAB衣S/SA訪P200叢0血[8]執(zhí)ETAB白S/SA因P200翠0個是美儉國陶CS孔I戒公司開發(fā)勻研制的房賞屋建筑結(jié)強(qiáng)構(gòu)分析與站設(shè)計軟件糧，提供了你結(jié)構(gòu)靜力棍彈塑性分蘋析和動力梁時程分析特功能，該流軟件采用谷塑性鉸模宣型來模擬葉框架梁柱安及剪力墻絨。在靜力災(zāi)非線性分立析中，可筆以定義任罪意位置的俯塑性鉸，違可以自定鍬義各種類赴型塑性鉸餅的應(yīng)力－頂應(yīng)變曲線消，然后把盆該鉸的屬亮性指定到鴨單元上。墳為模擬各憤種隔震減珠震設(shè)備和捆一些局部觸非線性行生為，該程虛序提供了羽較為豐富簡的非線性與連接單元上，包括非釘線性阻尼織、檔縫持(塑單指壓渠)流和鉤單元樹、單軸塑特性單元、您雙軸塑性獅單元等，徐可以模擬棒各種非線凳性連接問錫題。該軟說件具有較謠好的圖形棋處理功能坐?；?.躁ANSY命S悔ANSY閥S波軟件是秧由脾ANSY攜S送公司開發(fā)般的通用有閉限元程按序附坊，是集結(jié)未構(gòu)、流體逆、電場、鬧磁場、聲胞場分析于梯一體的大輔型通用有孟限元分析屠軟件。該乒軟件提供微了強(qiáng)大的選前后處理騎功能，可沖以求解靜否態(tài)和瞬態(tài)數(shù)非線性問常題。包括毫材料非線遼性、幾何鄙非線性和悄接觸非線救性三種。養(yǎng)該軟件提櫻供了兩節(jié)悄點(diǎn)和三節(jié)簡點(diǎn)梁單元衫可以用來辮模擬鋼梁幣，但不能債直接用于間模擬鋼筋蚊混凝土梁譜。該軟件循提供的各澤種厚殼及伍薄殼單元協(xié)也不支持?jǐn)冷摻罨炷赏敛牧?，陜該軟件只魚提供了三盤維混凝土汗實體單元摸，一般需特要通過二妄次開發(fā)，詞開發(fā)出鋼比筋混凝土筐梁及殼單慈元才能進(jìn)尖行高層混靜凝土結(jié)構(gòu)棵的周靜力彈塑場性分析及餓動力彈塑志性分析。環(huán)6.A亮BAQU末S鉤與撥MARC個枕AB汁AQU秀S破和譯MAR咱C咱軟件都是累源屑于須Hibb訪it籠t止在念Pedr仔oMa嶄rca么l雷教授指導(dǎo)束下的博士役論文，它少們都是通腿用有限元洲軟件。目勵前袖ABAQ侮U臨S嚼提供了混圍凝土三維霞實體單元吐，殼單元災(zāi)和梁單元勝，但是其牧梁單元并斧不支持反并復(fù)加載的鳴混凝土本妥構(gòu)模型闊，蘇MAR潛C非軟件提供絞了混凝土怪二維，三仆維實體單冰元，未提讓供混凝土膊梁單元。孟作為通用賢軟件，都畏能完成鋼欄結(jié)構(gòu)非線刷性分析，每但都不能質(zhì)直接進(jìn)行偏混鋼筋凝泛土結(jié)構(gòu)的借動力反應(yīng)蓬分析。要共想進(jìn)行這銅類分析，巷必須進(jìn)行隊二次開發(fā)束，目前國愿內(nèi)已經(jīng)有求學(xué)者開展觸這方面的畢工作。武（二）國臣內(nèi)非線性惜分析軟件蛾1.賭獅清華大學(xué)鉆的彈塑性樹分析軟姐件訓(xùn)NTAM缸S驢清華大學(xué)么結(jié)構(gòu)工程累研究所開哥發(fā)了彈塑靜性地震反石應(yīng)分姑析今NTAM毫S河，該程序遙包括三部汗分，牢前處理模絲塊墊(PPC番AD幫)河、彈塑性哄靜力分析境模捏塊色(NSA通MS牙)踏、地震反娛應(yīng)分析模刺塊丸(TAM鉗S)柜,構(gòu)該程序能鐘完成高層蔥建筑靜力飽推覆分析虧及彈塑性爹動力反應(yīng)魚分析，采約用塑性鉸孤模型模擬賺框架梁、朗柱，采用恩可以考慮聞彎曲屈服娃和剪切屈寧服的多彈哀簧模型模扎擬剪力墻險。在地震終反應(yīng)模塊糕中利用子平結(jié)構(gòu)的方媽法形成單蹈串或多串餅集中質(zhì)量洋模型，程玩序中提供疲了四種恢鳥復(fù)力模型輝供用戶選林用，動力嚷微分方程白求解采用燒法，該程利序是國內(nèi)靠較早獨(dú)立顫開發(fā)的彈雀塑性地震表反應(yīng)分析懇程序。到2.壇詳中國建筑侄科學(xué)研究望院的彈塑榆性分析軟儉件鹿EPD尖A棒該軟件是糊由中國建伐筑科學(xué)研默究乒院刑PKPM可CA趴D界工程部開損發(fā)的簡單哭實用的彈哪塑性動力走反應(yīng)分析寇軟件。采軍用株纖維模型翠模擬鋼及溉鋼筋混凝稅土梁柱和夸支撐，采豪用彈塑性濱殼單元模師擬剪力墻化。參EPD糞A此可以按任儲意給定方愈向計算結(jié)臭構(gòu)的彈塑難性時程響之應(yīng)，適用膚于各種材總料的多、箏高層及超航高層建筑譜結(jié)構(gòu)，包嫌括鋼筋混扎凝土結(jié)構(gòu)某、鋼結(jié)構(gòu)救和鋼與混突凝土混合醒結(jié)構(gòu)。同冰時，程序始中還考慮想了多塔、案轉(zhuǎn)換層等者結(jié)構(gòu)特點(diǎn)乖。其前后堪處理功能妥強(qiáng)，應(yīng)用株簡單。能給夠自動讀恩取饅SATW慮E烈、市TA鍵T妄、匪PMSA堤P叉的幾何信草息、荷載驚信息和鋼屯筋混凝土轟梁、柱、蛾墻的實配龍鋼筋信息繞。粉四、影響嫁非線性動誤力時程分抓析軟件的炒關(guān)鍵技術(shù)衣（一）材既料本構(gòu)關(guān)跨系術(shù)1.岡脹箍筋約束駐混凝土本湖構(gòu)關(guān)系鋪由震害調(diào)奪查與試驗表結(jié)果分析仗，均可看袋出配有箍測筋的鋼筋喂混凝土構(gòu)及件明顯地懂改善了鋼哈筋混凝土勉結(jié)構(gòu)的抗感震性能，河其實質(zhì)就恰是改善箍貢筋所約束勻的核芯混斧凝土的應(yīng)埋力－應(yīng)變涼特征。最躍早對混凝識土約束效膜應(yīng)進(jìn)行研佛究的歌是炸Rich吉art(各1928錦)故[9]陶。迄今為夫止，對于婆約束混凝性土的應(yīng)力早－應(yīng)變關(guān)蘭系已經(jīng)提波出很多計溜算模型。奉應(yīng)用較廣玉及有代表經(jīng)性的箍筋易約束混凝德土本構(gòu)關(guān)忙系見準(zhǔn)表絡(luò)1犧。蒙表很1磨伐約束混凝伍土的抗壓喉強(qiáng)度及峰磚值應(yīng)變計泉算公式丈研究者及怎發(fā)表時間北約束抗壓更強(qiáng)度望約束峰值單應(yīng)變淘過鎮(zhèn)海監(jiān)[9]咸(198禍8知)勒及修正薄[10]豪-[13衰]魄(集普泰通錫)母(疑高袋強(qiáng)宮)炕(訴普準(zhǔn)通鴨)匠(擊高棉強(qiáng)詞)討Park我(198蕩2)倆同非倚約束峰值兩應(yīng)變頑Mand柔er仙[14]甚(舟1988屬)蔥CE物B錄－袍FI叛P嶺－標(biāo)9吉0刪模型削[15]伶Saat經(jīng)ciog瘡lu遇(載1992黎)尾[16]枝Yal穴ci挎n漿修鼠正驕(筆2000卡)煙2.課體反復(fù)加載侍單軸受力旅應(yīng)力－應(yīng)叮變滯回模蔬型崖混凝土及丙鋼筋的滯殼回本構(gòu)模怕型對結(jié)構(gòu)慨彈塑性分圍析的結(jié)果最有很大的擴(kuò)影響，迄機(jī)今為止，暈在眾多學(xué)項者的努力單下，已經(jīng)資提出很多甲模型用來挺進(jìn)行結(jié)構(gòu)晨的彈塑性惱分析。較勵常用的混誘凝土滯回旋本構(gòu)模型耕見導(dǎo)圖騙1饅，主要有怎四類模型敞：綿A棄為簽Blak炭eley董(197躍3業(yè))震模型，在炎該模型中鄙，受壓骨頁架曲線上時升段為曲幣線，下降站段簡化為誘直線。當(dāng)投應(yīng)變小于屈峰值應(yīng)變洋時，卸載藥及再加載倘曲線取初耗始彈性模慕量。當(dāng)應(yīng)綠變大于峰盯值應(yīng)變時慢，卸載及牽再加載考伏慮剛度退花化。受拉粗時，當(dāng)應(yīng)則力超過抗礦拉強(qiáng)度將唯一次性拉民裂，下一感次循環(huán)不棍能恢復(fù)，枯但可重新繡受壓。論B則為嘩Rist昆ice標(biāo)tal探(198巷6帆)逼模型，在婆該模型中覽，受壓骨撿架曲線、雷卸載及再禽加載曲線尖均為曲線纏，該模型柏基本上是沃對試驗數(shù)濟(jì)據(jù)的擬合趨，精度高暑于直線模飯型，但程茂序編制是牙比較復(fù)雜錦的。該模守型受拉時夸，當(dāng)應(yīng)力序超過抗拉色強(qiáng)度將一濫次性拉裂膜，下一次務(wù)循環(huán)不能警恢復(fù)，但姐可重新受使壓。鳥C妖為啊Yank由elev齊sh退y迷和麻Rein揮hard糞t(19五87召)充所提出的胸焦點(diǎn)模型襯，該模型結(jié)受壓及受退拉骨架曲候線均取為版曲線，卸姑載及再加收載曲線為吳直線。該寨模型的一忘個突出特驗點(diǎn)是將過石原點(diǎn)的骨窗架曲線切崗線上的一方些點(diǎn)命名障為焦點(diǎn)，鳴利用這些供點(diǎn)與卸載押及再加載復(fù)點(diǎn)的連線幫來定義加歪卸載曲線講。滋D沉模型為弱法化彈塑性劣拉斷壓碎槳有退化滯繼回模型。較該模型的廉滯回骨架窮曲線通過欲能量等效抽從混凝土柳的剃Saen歐z巡曲線換算奉過來的。鋤應(yīng)力超過斤抗拉強(qiáng)度腦將一次性部拉裂，下灑一次循環(huán)議不能恢復(fù)魄；應(yīng)力超兵過抗壓強(qiáng)挑度材料進(jìn)狹入塑性，碰彈性模量議小于零；陪滯回過程翁中發(fā)生退抵化。應(yīng)變答超過抗壓榴極限應(yīng)變棋，材料將渾徹底破壞夾，退出工紫作。慮到目前為重止，混凝查土滯回模吼型基本上講都是對大豪量實驗數(shù)蝦據(jù)的擬合窮及簡化，低雖然在實顛際工程中挎發(fā)揮了重兼要作用，挎但還是缺緊乏較為明昨確的力學(xué)寸基礎(chǔ)，目拐前，提出伏具有明確與力學(xué)基礎(chǔ)食的混凝土虧滯回本構(gòu)令模型還需漸要有很多逢工作要做惰。扶池媽A鎖鋪模聰型舅久菠猶疲攝局跨興急朝B杯模型腳襪貸吩多C樣模瓶型昌管緣使啦竹噸攝亞謙D南模型劇鐘驢另艱瞞殺囑圖息1雀拾混凝土滯劈回本構(gòu)模牲型咬3.豎煙混凝土材土料性能的仆率相關(guān)下性餡絡(luò)自藏191燙7談年四Abra拴m獻(xiàn)對混凝土留進(jìn)行壓縮旱試驗時發(fā)跌現(xiàn)混凝土改抗壓強(qiáng)度始存在率敏聽感性飲后廚,井很多學(xué)者原開始對混轉(zhuǎn)凝土材料蒙進(jìn)行各種某力學(xué)性質(zhì)轎的動載試隔驗研究。覺在地震作難用票下吼察(鑰此時應(yīng)變百率諷)問，混凝土不的主要力曉學(xué)性能參雜數(shù)均發(fā)生扁變化，包站括：彈性般模量、極我限強(qiáng)度等幟。但是，隊由于它的俯復(fù)雜性以悉及數(shù)值模究型中實現(xiàn)授的困難，合遠(yuǎn)沒有達(dá)坑到一般應(yīng)寄用階段。堪目前，只赤是通過經(jīng)唱驗公式和目很大的簡劃化假定來茶考慮應(yīng)變座率的影響灣。較有影讓響的幾個爹公式見文忘獻(xiàn)鍛[15]巷[17]俊[18咱]昂。洗見（二）彈宰塑性梁元挽1.舅踏彈塑性梁孟元模型嚷常用的彈偉塑性梁元夠模型主要蔑有兩類：近塑性鉸模旨型焦和纖維束噴模型。塑優(yōu)性鉸模型蹤假定在構(gòu)徐件的兩端綢形成塑性嬸鉸，而構(gòu)防件的其它延部位保持逗彈性哄，需要預(yù)重先確析定招“立P東-M-竭M(jìn)捆”襲屈服面等礙相關(guān)構(gòu)件粗參數(shù)究。協(xié)“六纖維巾束丙”曠模型直接黃從材料的侵本構(gòu)關(guān)系噴出發(fā)解決流彈塑性問智題，沒有殿過多的假惜定和預(yù)先草的構(gòu)件參巴數(shù)計算。指因鋼材為懸理想彈塑狐性材料，奏不存在開澤裂和壓碎裹問題，采弟用纖維束嬌模型是比叉較適合的區(qū)，可以模血擬各種截順面形式的拿鋼構(gòu)件。俘在引入平橡截面假定乳的條件下悉，可以采創(chuàng)用纖維束蜻模型模擬鄰各種截面鼓形式的鋼唉筋混凝土宰構(gòu)件。而己若不引入防平截面假朵定，因開再裂影響，墊各高斯積光分點(diǎn)坐標(biāo)適應(yīng)隨開裂聞的不同而信變化，計腔算量很大象。井2.瓜崗彈塑性梁歉元的效率鎖太批按照位移乞模式分類全，常用的自彈塑性梁食元有兩類哄：鐵摩辛助柯梁元和平歐拉梁元向。在彈性帥分析中多葡采用歐拉謙梁元，而棵在非線性晌分析中，頑鐵摩辛柯冒梁元的性杯能更好。痰梁單元的欠細(xì)分對計挖算精度有嘩一定影響疑，也決定陸計算效率高。算例表正明析，波ABAQ治U擴(kuò)S踩軟件采用刮鐵摩辛柯插梁元時，焦選用不同鹿的細(xì)分方祖案對結(jié)果講影響不大鐮，只是對屈收斂性影摩響較大。緒3.營愉材料非線雄性和幾何江非線性嫁 麻輩鋼柱和鋼深支撐在材陽料進(jìn)入非堡線性前或旋進(jìn)入非線原性后，有潮可能因軸議向壓力過與大而失穩(wěn)表，所以在沈其單剛中放，要能夠烏反應(yīng)失穩(wěn)績因素懼。蔑ABAQ礎(chǔ)U旅S分提供的梁促單元可以盡同時考慮湖材料非線東性和幾何含非線性，念能夠考慮烘鋼構(gòu)件的東失穩(wěn)影響紹。鋼筋混泉凝土構(gòu)件桌的截面一陳般較大，伐失穩(wěn)不是乳其主要矛體盾，為簡閉化分析，級可以不考婆慮鋼筋混鎖凝土構(gòu)件辜的失穩(wěn)問倆題，而開匯裂和壓碎想是鋼筋混資凝土構(gòu)件胡的重要特第點(diǎn)，應(yīng)在補(bǔ)其單剛中戰(zhàn)考慮。連滾梁是鋼筋羨混凝土框漂剪、框筒眾等結(jié)構(gòu)中欠的一類特悲殊構(gòu)件，宋在設(shè)計上鞭允許較早餐開裂，以櫻便釋放地慧震能量，息這類構(gòu)件庭在地震作丘用下，首厲先發(fā)生的薪是剪切破拳壞，與普插通框架梁上不同，未械必能夠形疤成塑性鉸窄，這一點(diǎn)蓮也應(yīng)特殊搏考慮。幫4.埋淘塑性鉸定逢義窮對于框架購結(jié)構(gòu)中的蚊桿件，在晌地震作用塵下往往形嶺成反彎點(diǎn)撓在中間，陣塑性鉸在漂兩端的破寒壞形式。鑰因此可以桿認(rèn)為塑性瘦變形都集果中在兩端思塑性鉸區(qū)習(xí)，此為塑煌性鉸模型憐，已經(jīng)有礎(chǔ)許多學(xué)者研提出了塑仆性鉸區(qū)的抬等效長度可計算公式盞，墻如咬Bake耍r(19飾56)原[19]螺督、擦Corl弄ey(1錄966)胡[20]焰抄、達(dá)Prie革stle罷yand祥[21]鋒等，但不征同公式的挪計算結(jié)果撇還是有相懲當(dāng)大差異饞[22]店。鳥在采用纖腎維束模型異時，可以否避免塑性岡鉸模型的門缺陷，可紀(jì)直接計算塔出構(gòu)件各勿截面所有迫高斯積分碼點(diǎn)的應(yīng)力璃應(yīng)變狀態(tài)賣，但如何膀判定構(gòu)件斤各截面是辯否已經(jīng)進(jìn)蛋入塑性鉸騎狀態(tài)，也蠟是一個值送得商榷的稈問題。便（三）剪鏡力墻的有鋼限元模擬線鋼筋混凝像土剪力墻磚是目前高吐層建筑中拍最主要的礎(chǔ)抗側(cè)力構(gòu)承件，其單奏元模型對毛時程分析邁的結(jié)果有消較大影響誰。多年來歉，各國研劇究人員提水出了各種野不同的計膝算模型，紗主要分為事兩大類市:櫻店宏觀模型欠和微觀模巨型。讓1.叔豆宏觀模型既(1)鑼設(shè)兩端帶彈么簧的梁模泄型羅[23]翅柴碼這種模型蕩是用梁單細(xì)元沿軸線顆來離散剪呈力墻。梁腫單元模型暫是單分量裙模型，它菠由一個兩綁端帶趣有等效非李線性旋轉(zhuǎn)驚彈簧的線籠彈性單元德組成。剪價力墻的全匪部非線性些變形集中流到兩端塑煎性鉸上。陪該模型為榨最早建立乓的模型，處其缺點(diǎn)是爸忽略了剪奮力墻中軸鄰力的變化令，并且未亡考慮剪力展墻橫截面征中性軸的晃移動，事士實上，隨童著墻體非仔線性反應(yīng)格的產(chǎn)生，略其中性軸餡向受壓區(qū)降移動。柜(2)暗輩等效桁架搭模型您[24]舊Hira捐ish睜i袍和咸Kawa汁shim鍵a(19陳89)爺]膨引用等效奧桁架來模浮擬剪力墻趨，該力學(xué)業(yè)模型可以貨計算由對俯角開裂引祝起的應(yīng)力仿重分布，滅但不能體新現(xiàn)軸向剛鞠度。此模庭型的等效用力學(xué)特性吵較難確定皂，因而應(yīng)鴿用很少與。顏沙(3)散格三垂直桿竭單元模型努[25]讀該模型桌是晉198躺4疾年霧Kabe峽yasa綁w賊a睛等為解釋棋美日合作雀研究的七精層足尺框兔架結(jié)構(gòu)偽侮動力試驗屢結(jié)果，而彼提出的宏胖觀模型。融該模型由體三個垂直蘋桿單元將爹上下兩層覆樓板連接伯起來，兩肢個外邊桿缸元代表墻靠兩邊柱的驗作用，中城間單元代音表墻體的冠作用，中慮間桿元由伴垂直、水滾平和彎曲只彈簧組成屯。這一模眼型的優(yōu)點(diǎn)筑是可以模撐擬剪力墻打橫截面中舒性軸向壓瘡縮端的移糊動，而且港，物理概愁念清晰。隱用此模型全進(jìn)行的數(shù)選值模擬計鋪算與足尺抱試驗的結(jié)緊果吻合得縱較好。但掩中間單元脈的彎曲彈液簧剛度的惜取值困難脆。辭(4)占塔兩元桿模只型圍[26]謠蜂Vulc薪an末o偏和剃Bcrt好er散o顆對三元桿委模型作了徹進(jìn)一步簡屯化，去掉休了三元件取模型中滯估變特性比藍(lán)較難以確使定的拉壓稼桿彈簧，際將其剛度獸以及滯變躲特性等包亡括在彎曲鈔彈簧中，箱從而形成享了二元桿理模型，即隸將剪力墻緣單元理想仙化為一個訪連接上下錘樓面水平暮無限剛梁屑的串聯(lián)水箏平彈簧和給轉(zhuǎn)動彈簧膛組件。水萍平彈簧代濁表墻的橫幕向剪切剛駐度，轉(zhuǎn)動型彈簧代表他墻的彎曲絞剛度。兩忙元桿模型臥簡單、直富觀，保留徐了能較好使描述剪力繡墻主要彎澆剪性態(tài)的共特點(diǎn)。工(5)價叢多垂直桿妥單元模型掀[27]很為解決三捆垂直桿元侍模型的彎談曲彈簧取舅值困難以校及和兩邊找柱單元相徑協(xié)調(diào)的問組題誠，項Vul墨can此o烤等俯于其198鐵8糠年提出了苦多垂直桿蝶單元模型腿。該模型煙用幾個垂玩直桿代替狂剪力墻的獨(dú)彎曲彈簧煙，同時也資代表了剪涌力墻的軸杠向剛度，啄水平彈簧溫代表剪力件墻的剪切煌剛度。多再垂直桿元檢模型的優(yōu)紅點(diǎn)是解決屋了三垂直輔桿單元中征彎曲彈簧墊和邊柱元縮協(xié)調(diào)不明蕉顯的缺點(diǎn)蠻，并保留政了其優(yōu)點(diǎn)膏。朵(6)死塞二維板單禽元模型刻[28]攝Mile陜v頁對多垂直適桿元模型嚇進(jìn)行了修粗正，把代滔表中間墻窩板部分的綿乖直、水訂平和轉(zhuǎn)動挑彈簧用一魂個二維的系非線性板宜單元來代售替。二維滴板單元的糟材料本構(gòu)公模型建立檔在彌散裂抗縫的基礎(chǔ)斥上，把鋼服筋均勻分孕散到整個霞單元中，尺并考慮開冰裂面的剪芝力傳遞特家性。此模怎型有較好獄的計算精蕩度，但計犧算比較復(fù)荒雜。勺2.跪珍微觀模型保微觀模型豎以鋼筋混芽凝土有限拆元模型為釘代表，將憂剪力墻斷葡面細(xì)分網(wǎng)背格，根據(jù)脂鋼筋與混迅凝捆土材料的廁本構(gòu)關(guān)系浸，直接建洋立單元的著計算模型肆。該模型珠力學(xué)概念比清晰，求脹解精度較頸高燭;惜但需計算廢較多的自后由度，需晃要大量的意計算時間停，目前用羊于剪力墻稠結(jié)構(gòu)的微泳觀模型主相要有平面糠應(yīng)力膜單豈元和板殼熱單元。開(共1譜)省呼平面應(yīng)力摸膜單元轎在平面應(yīng)盯力膜單元性中，每個風(fēng)節(jié)點(diǎn)有兩唉個自由度宜，不考慮鋤平面外的需自由度，箱可采用三葵角形單元憑、矩形單彈元和四邊抖形等參單灘元。由于刃三角形單傍元是常應(yīng)罩變單元，遇矩形單元謝不適應(yīng)曲飲線邊界等宣復(fù)雜的邊西界形狀，時四邊形等吹參單元具號有較高的據(jù)計算精度惕，且其網(wǎng)悼格的劃分佛不受邊界佛形狀的影桃響，所以扮目前應(yīng)用炸較多。炭(筑2撤)丙愚殼單元糧殼單元是纖平面應(yīng)力祥問題和板洲彎曲問題干的組合，溉每個節(jié)點(diǎn)比有六個自史由度，三莖個為平移翠，三個為奔轉(zhuǎn)角，單忌元精度高賭。顯然，褲板殼單元援由于考慮蛙了平面外扭的自由度蠅，比平面酒應(yīng)力膜單雖元更為精計確，但計猜算量也增去加較多。孕隨著計算沫機(jī)硬件資拼源的快速晌發(fā)展，板咬殼單元模奔型的應(yīng)用準(zhǔn)已經(jīng)成為久主導(dǎo)趨勢貧。乞（四）非駝線性動力廟方程的求繳解琴草伶結(jié)構(gòu)振動忌方程的求扒解可分為片兩類：一妄類是時程個積分法，寧即在離散層的時間域布上直接求委動力方程揀的數(shù)值解騎，另一類載是振型迭墾加法。后探者主要用望于線性系鋪統(tǒng)的分析勇。目前，茅非線性系攪統(tǒng)的動力卵分析主要遣采用時程余積分法。雀綢職時程積分贏法分為隱領(lǐng)式算法和浪顯式算法想兩種。所泉謂顯式算珍法是指利舉用貝時刻的平喝衡條件就肉可獲得怕時刻的反炊應(yīng)值。隱穿式算法是賤指必須用趴時刻的動塌平衡方程盟來求明時刻的反基應(yīng)。顯式像算法與隱個式算法在釋計算上各借有利弊，僻顯式算法賽在存儲和飽計算速度扯方面均較嘴隱式算法雅要優(yōu)越得謹(jǐn)多，但顯烈式算法只后是條件穩(wěn)排定的算法軋，為保證研計算結(jié)里派的穩(wěn)定性料，必須采級用較小的恰計算步長漁，這使得點(diǎn)顯式格式世只適于持保續(xù)時間較顆短的動力踩問題。與暮此相反，搶隱式格式央為無條件左穩(wěn)定的，濕步長的選樓取只取決按于精度要碌求掙.搖顯式格式治方法有二橫階中心差哪分法、中偉點(diǎn)加速度廣法、四課階槐Rung洞e-Ku抽tt徑a鎮(zhèn)法、剛性默穩(wěn)定法以場及隙Tayl建o始r做級數(shù)展開笑法。隱式征格式算法稀中有線性慕加速度法俊、瞧法、地法拖。目前，濕數(shù)值積分腥法已經(jīng)從驅(qū)最初的舊法或腹等二階精葬度的分析駝方法向高謎精度的三汁階、四階政和五階精慣度的方向療發(fā)展，鐘澆萬勰在文鏡獻(xiàn)丑[29輝]苦中提出了妄精細(xì)積分戶法。汪夢獲甫在文辦獻(xiàn)通[30附]鐮提出以精嘴細(xì)積分法猴為基礎(chǔ)，輸結(jié)合高斯犯積分法建幣立新的精鎮(zhèn)細(xì)積分法鼓。請五、結(jié)束沃語筋就目前階都段而言，王在大地震講作用下建來筑結(jié)構(gòu)非齒線性分析巖應(yīng)用中，梅存在兩方宅面問題。盆一是軟件蛾開發(fā)不到焦位，軟件倡難用，分餓析結(jié)果難棗以把握。涉目前應(yīng)用繁效果較好錦的，基本母上都是國涼外的通用縱非線性分俊析軟件，醫(yī)如悶ABAQ駐U竟S濁等。這類棵軟件特點(diǎn)閥是理論和犁技術(shù)先進(jìn)美，功能全孔面，適用們領(lǐng)域廣，內(nèi)在建筑結(jié)唐構(gòu)領(lǐng)域的自應(yīng)用，僅循僅是其非殼常小的一指個方面。扁但因操作捎繁瑣、缺劑乏對建筑冒結(jié)構(gòu)專業(yè)蔥特點(diǎn)的考衡慮，難以顧在建筑結(jié)若構(gòu)設(shè)計領(lǐng)騙域普及應(yīng)篩用；二是鳴應(yīng)用環(huán)境理不健全。糕設(shè)計人員學(xué)對非線性驗分析理論古了解，遠(yuǎn)枯不及對線率彈性分析窗理論的了怕解，對軟授件的分析煎結(jié)果準(zhǔn)確瘦性缺乏信斥心。時大震作用順下建筑結(jié)充構(gòu)非線性錄分析軟件就的研發(fā)與姜應(yīng)用還任也重而道遠(yuǎn)產(chǎn)，不僅需猶要開發(fā)出定簡單實用巾的非線性番分析軟件合，還需要求營造大震絕作用下建姑筑結(jié)構(gòu)非膀線性分析嘆軟件應(yīng)用薯環(huán)境突——營讓廣大的傷結(jié)構(gòu)總工殊們了解非拔線性分析車?yán)碚?、能憤夠把握非艘線性分析柄結(jié)果、對國分析結(jié)果哥的準(zhǔn)確性止有信心。參考文獻(xiàn)慣[1摸]踢中華人民預(yù)共和國標(biāo)蠅準(zhǔn)駛.(GB鉛5001扮1-20艘01關(guān))燙建筑抗震支設(shè)計規(guī)責(zé)范紋[S答]專，北陜京續(xù):方中國建筑凍工業(yè)出版掘社宰，位2001兵[2]糟孝汪大綏勁等文.耀靜力彈塑透性分析魚（菌push獅over賢ana撫lysi達(dá)s袍）的方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