1、SAP2000 高级应用：pushover 分析 2010-12-30 11:34:55| 分类： 结构软件sap200 | 标签： |字号大中小 订阅 .1.Pushover 分析方法一般过程Pushover 分析是基于性能设计的有力工具。基于性能的设计可以使工程师更深入的理解和控制不同荷载水平下的结构行为。SAP2000 的非线性版本提供了 Pushover 分析功能。进行Pushover 分析的一般过程如下。 下面列出了 Pushover 分析的一般步骤，注意，其中某些步骤是由 SAP2000 自动完成的。 1）建立结构和构件的计算模型。 2）定义框架铰属性并指定其给框架/索单元。 3）
2、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，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，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。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。若准备使用加速度荷载或模态荷载，不需要任何新的荷载工况，虽然模态荷载需要定义一个模态分析工况。 8）定义 Pushover 分析使
3、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。被监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，且打印或显示需要的结果。 11）按需要修改模型并重复。 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
4、响应，这是很重要的。特别地，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，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模态。 2.pushover 分析结果查看：Pushover 分析之后，可以获得的分析结果包括：基底剪力-监测点位移曲线；基底剪力-监测点位移曲线的数据表格；铰属性、力位移曲线控制点外的铰的数量。基底剪力-被监测位移可以 ADRS 格式绘制，其竖轴为加速度谱，横轴为位移谱。在此图中可以叠加需求谱和不同阻尼值的反应谱曲线。一般称为能力谱图。能力谱的表格值（ADRS 能力和需求曲线）
5、 ，有效周期和有效阻尼可在屏幕显示、打印输出或保存为文件。对于 Pushover 工况的每一步，铰形成的序列和每一铰有颜色的状态可逐步地使用图形界面查看，包括铰承受的力或弯矩、塑性位移或旋转、铰所处的状态。在图形底部的图签对应于在力变形曲线上定义的点。当在图形界面显示 Pushover 分析工况下的结构变形时，SAP2000 把铰绘制为彩色的点，用来表示铰所处的不同状态。不显示未经历任何塑性变形（A to B）的铰。使用 分析 运行分析 命令，选择定义的静力非线性分析工况进行 Pushover 分析。当对影响 Pushover 的模型或属性（如铰）进行修改时，必须重新运行分析得到分析结果。 1
6、分析结果对于一个非线性静力分析或非线性直接积分时程分析工况，可获取对这些铰的分析结果。这些结果包括：1）铰承受的力和/或弯矩。对铰没有定义的自由度将输出零值，即使铰在此自由度上为刚性、承载力为非零值。2）塑性位移和/或转动。3）铰在任意自由度所经历的最极端情形，此情形不区分是对正变形发生或对负变形发生：A-B B-C C-D D-E E。4）铰在任意自由度所经历的最极端性能情形，此情形不区分是对正变形发生或对负变形发生：A-B B-IO IO-LS LS-CP CP。当在图形界面显示一个非线性静力或非线性直接积分时程分析工况的变形时，铰被绘制为彩色的点，用来指示其最极端的情形或状态： B-IO
7、 IO-LS LS-CP CP-C C-D D-E E 对不同的情形使用不同的颜色来指示其情形。未经历任何塑性变形（A到 B）的铰没有显示。 SAP2000 的 Pushover 分析的主要结果之一是结构的静力 Pushover曲线。静力 Pushover 曲线是一条由静力非线性分析而得出的单一力-位移曲线。在加速度位移反应谱（ADRS ）对话框中可查看 Pushover 曲线并将其与不同的反应谱相叠加，从而可在 SAP2000 中执行能力谱分析。运行静力非线性 Pushover 分析后，执行显示显示静力Pushover 曲线命令可打开 Pushover 曲线 对话框，选择 Plot Type
8、 区域中相应选项确定Pushover 输出参数。也可以通过 定义Pushover 参数集定义显示的的命名集。 此对话框的区域有：静力非线性分析工况下拉框，出图类型选项区，基底抗剪合力与监控位移复选框，以及能力谱复选框用于以 ADRS 格式绘制 Pushover 曲线的能力谱选项。当显示基底剪力与检测位移时，选择修改/显示参数按钮打开基底剪力对检测位移参数对话框。 SAP2000 也可以显示针对 FEMA 440 等效线性化和 FEMA440 位移修正输出结果。相应的说明参见联机帮助和 FEMA 440。可以打印当前显示的 Pushover 曲线，单击 Pushover 曲线对话框顶部的文件菜单
9、并选择打印图形命令。要显示屏幕上当前显示的 Pushover 曲线的输出表，可单击 Pushover 曲线对话框顶部的文件菜单并选择显示表格命令，这可显示一个与绘制类型相关的表格。要将表格打印到打印机或文件，可单击表格左上角的文件菜单并选择打印表格到文件 其中 AtoB、BtoO、IotoLS 等表示过程中出现铰的数目。Teff、Beff 表示有效周期 Teff 和eff，SdCapacity、SaCapacity 表示能力谱的 Sd 和 Sa，SdDemand、SaDemand 表示需求谱的 Sd、Sa。Alpha 表示质量参与系数 1；PFPhi 表示模态参与系数 1 点击 显示 显示铰结
10、果 打开 铰结果 对话框如下。 3.Pushover 分析时注意事项 Pushover 分析需要时间和耐心。每一个非线性问题都是不同的。需要时间来摸索最适合的方法。进行线性静力分析时，由于时间限制，经常进行快速的分析和设计，花很少的时间来查看结果，一般的结构规范可以提供足够的规定和构造要求，并不总是需要完全理解结构行为就能够得到一个满意的设计。但 Pushover 的目的在于理解结构的行为，特别是屈服后行为。要完全地进行 Pushover 分析和设计，必须有足够的时间来查看和理解分析结果。从一个简单的模型开始逐渐建立。确认模型在线性静力荷载和模态分析下按期望来表现。不是在所有地方都从非线性属性
11、开始，而是从最期望的非线性开始，逐步增加他们。当建立一个模型进行 Pushover 分析时，建议先从一个简单模型开始并逐步细化。判断模型在线性静力荷载和振型分析下是否符合预期的结构反应。然后研究线性静力分析结果来辨认结构的关键部位。开始时不要在结构的各处都设置铰，而应该从预期的非线性的部分开始，逐步的添加铰。建议以不失去承载力的框架铰属性开始，可以随后修改铰属性或重新设计结构。若使用框架铰，以主要构件的承载力不失效开始模型；随后改变铰模型或重新设计结构。可能的话，进行没有几何非线性的初始分析。随后加上 P- 效应，以及可能的大变形和其他。以适度的位移目标和有限的步数开始，目的是尽快的进行分析，
12、从相对简单的模型得到经验，当对模型的力学行为有所把握时，可进一步向前推进，并且考虑更极端的非线性行为。数学上讲，非线性静力分析不总保证一个单独解。动力分析中惯性力效应限制着结构遵循的路径。但对于静力分析不是这样，特别对于失稳结构中由于材料或几何非线性而失去强度的情况。若非线性静力分析困难加大，建议将其转变成一个直接积分时程分析，且拟静力地施加荷载（非常慢） 。在属性或荷载的小变化可引发非线性反应较大的变化。出于此原因，考虑多种不同的荷载工况，且进行对于结构属性变化的敏感性分析，这是十分重要的。当性能点不存在时，可以使用下面方法：1）提高结构能力，如增加强度或刚度；增加结构延性；或者上述的复合。
13、2）折减地震需求，如增加阻尼，采用隔振器等。进行 Pushover 分析时需要注意的： 1）不要低估加载或位移形状函数的重要性。荷载或变形形状选择要表示建筑物的主要控制动力模态形状。常见的，可以使用倒三角形荷载表示规范定义的静荷载横向力分布。一般在 Pushover 分析中保持荷载形状不变，使用自适应加载形状也在增加。目前不存在自适应荷载函数的定义和应用的通用准则。加载函数对高层建筑很重要，因为地震反应不是一个单一振型起决定性作用。对此类结构，基于第一振型的加载函数可能在中间层处大大低估地震反应。 2）在对建筑物推覆之前知道性能目标任何建筑没有破坏时都不能发生无限大位移。因为Pushover
14、分析的目的是评估建筑的状态及构件的破坏状态，确定建筑特定的目标行为非常重要。对象行为如“防止倒塌” 、 “生命安全” 、 “立即使用”等必须转换为技术术语如“给定设计谱” ；在反应谱中反映“在需求地震状态下”对不同结构构件上指定极限状态。由于Pushover 分析的目的是评估结构性能以及结构在破坏状态下的组分，因此，了解结构需要达到的性能目标是极为重要的。诸如预防倒塌、生命安全、临近倒塌等性能目标必须被翻译为专用术语，如“一组给定的设计谱”和“承受设计谱体现的地震作用时，各个结构组分容许的极限状态” 。没有明确性能目标的 Pushover 分析是无用的。 3）做设计之前不能进行推覆对结构来说仅
15、仅给出构件的弹性模量、惯性矩、面积等是不够的，Pushover 的特性完全取决于各个构件和连接的力位移特性。必须能够确定构件屈服特性。如果具体构件的特性未知，则 Pushover 分析也无意义。例如：a）钢筋混凝土和钢筋的力位移特性有很大的不同，必须特别留意确定它们的初始刚度、开裂弯矩、屈服弯矩和屈服后特性。b）对于钢结构，弯矩曲率主要是双线性或三线性的。c）分析中应该考虑节点板区域可能的失效机制。 4）不要忽略重力荷载考虑或者忽略重力荷载将显著影响 Pushover 曲线的形状以及构件屈服和失效的次序。例如：a）由于钢筋混凝土梁中正负配筋的不对称分布，重力荷载将延迟梁发生屈服和开裂，使得在较
16、小基底剪力作用下，形成更刚的结构。b）随着重力荷载的增加，结构的极限承载能力通常会减小。同时竖向构件的轴力作用对 PMM 铰的影响不能忽略。 5）除非能模拟失效，不要推到破坏之外 Pushover 是对结构进行性能分析，不是模拟结构的倒塌过程。是评估结构破坏前的综合指标评定。 6）注意配筋形成和搭接长度对于已建成结构中的钢筋混凝土构件，计算其性能时有必要注意钢筋的搭接长度。如果存在不充分的搭接长度，大量老式建筑中会出现这种情况，必须折减有效钢筋的面积来考虑不充分搭接的影响。若不这样处理，将过高估计构件的实际承载力，并导致不准确的 Pushover 曲线。 7）不要忽略剪力破坏机制如果结构构件的
17、抗剪能力不足以支持弯曲塑性铰的形成，则在形成塑性铰之前，构件端部将先出现剪切破坏。即使钢筋混凝土构件有充分的抗剪能力，但如果在塑性铰区域的箍筋间距不够密，混凝土也可能在约束不够充分的情况下破碎。如果上述情况发生，塑性承载力立即下降到由纵筋单独提供。用于常规 Pushover 分析的计算机程序，几乎都没有考虑上述两点说明。所以，若计算机程序不能自动考虑上述情况，设计者必须明白这些问题并进行人为的处理。 8） P 效应比想象的要重要一般情况下，随侧移和柱的轴力增大，P 效应也明显增强。在未变形情况下，强柱弱梁的设计方法普遍用来计算柱的抗弯能力。在实际的变形状态下，柱的抗弯能力可能大幅下降，从而背离
18、设计预期的强柱弱梁效果。因此在 Pushover分析中，柱中的塑性铰形成出现早于梁的情况也是常见的。 9）不要混淆 Pushover 和实时地震加载 Pushover 分析中荷载是单调增加的，而实际情况下地震产生的力的幅值和方向，在地震地面运动的过程中是不断变化的。并且 Pushover 荷载和结构的反应是同相的，而实际结构中地震激励和结构反应不一定是同相的。因此Pushover 分析和实时地震加载反应是不同的。 10）三维建筑一般不能用平面推覆进行分析对于平面严重不对称的结构，或存在大量非正交构件的结构，平面的 Pushover 分析并不适用。这种情况下，需要建立空间模型来进行Pushover 分析。三维结构可分别沿主方向推覆，也可以在两个正交方向同时进行推覆。
