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1、专题一：基于性能的抗震设计理论 Push-over分析方法西南交通大学土木工程学院建筑工程系刘艳辉 副教授2016.3.21教 学 计 划绪论部分第一周绪论专题一：基于性能 的抗震设计理论第二周基于性能的抗震设计理论研究背景介绍第三周抗震设防水准与性能水准第四周Push-over分析方法第五周延性需求谱方法第六周机动时间1专题二：连续倒塌 设计理论第七周连续倒塌设计理论研究背景第八周倒塌判别标准第九周设计方法1构造措施方法第十周设计方法2拆除构件法第十一周机动时间2专题三：钢-混凝土 组合结构第十二周钢-组合结构研究进展第十三周混凝土本构模型介绍第十四周试验研究第十五周试验影响因素分析第十六周
2、机动时间3总结部分第十七周提交论文专题2：连续倒 塌设计理论1. 研究进展 2. 混凝土本构模型 3. 组合梁试验研究 4. 试验影响因素分 析及结论专题3：钢-混 凝土组合结构1. 理论背景 2. 抗震设防水准 3. 性能水准 4. 设计方法专题1：基于性能 的抗震设计理论绪论1.什么是现代 建筑？ 2.现代建筑面 临的问题 3.本课程的主 要内容 4.教学计划和 考评关注重点：研究进 展、Push-over分 析方法、延性需求 谱、地震波选波问 题。关注重点：研究进 展，本构关系，试 验方法研究的主要 步骤及细节问题1. 理论背景 2. 倒塌判别标准 3. 设计方法一 4. 设计方法二关注
3、重点：研究 进展、倒塌判别 标准研究、拆除 构件法今天讲课内容 Content in todays lecturel 传统抗震设计方法Traditional seismic design methodl 基于性能的抗震设计方法Performance-based seismic design methodl 能力谱法Capacity spectrum methodl Push-over分析方法Push-over analysis三水准: “大震不倒、中震可修、小震不坏 ”三水准两阶段设计方法1. 当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损失或者不需要 修理可继续使用；2. 当遭受相
4、当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或者 不需要修理仍然可以继续使用；3. 当遭受高于本地区抗震设防烈度预计的罕遇地震影响时，不至于倒塌或者发生 危及生命的严重破坏。1 传统抗震设计方法l 震级:是相对于某一次具体地震而言，是根据仪器测试结果衡量某次地震释放 的能量的来分级的，这个数据是唯一的。震级每相差1.0级，能量相差大约 32倍；每相差2.0级，能量相差约1000倍。l 地震烈度:国家根据地面破坏程度的观察和感觉，人为地划分了12个度，即 世界上通用的麦氏烈度表（MM），也有八度表和十度表。l 地震基本烈度:其实是根据某地区地震的历史等因素综合考虑给定的，那是一 种概
5、率评估的结果。基本烈度是指该地区今后50年时间内，在一般场地条件 下可能遭遇到超越概率为10%的地震烈度.l 抗震设防烈度:是与建筑物的抗震性能要求有关的，它根据各地区的地震基本 烈度、重要性等确定的抗震设防烈度。l 第一阶段设计：首先按基本烈度相应的众值烈度（相当于小震，约比基本烈度 低1.55度）的地震参数，用弹性反应谱法求得结构在弹性状态下的地震作用效 应，然后与其它荷载效应按一定的组合原则进行组合，对构件截面进行抗震设 计或验算，以保证必要的强度；再验算在小震作用下结构的弹性变形。l 第二阶段设计：在大震作用下，验算结构薄弱部位的弹塑性变形，对特别重要 的建筑和地震时易倒塌的结构除进行
6、第一阶段的设计外，还要按第三水准烈度 （大震）的地震动参数进行薄弱层（部位）的弹塑性变形验算，并采取相应的 构造措施，以满足第三水准的设防要求（大震不倒）。l 在设计中通过良好的抗震构造措施使第二水准要求得以实现，从而达到“中震 可修”的要求地震影响系数曲线（1）第一阶段设计第一阶段设计: 弹性反应谱法反应谱:单自由度弹性系统在给定地震动作用下的最大反应随结构自振周期的变 化曲线。同时是阻尼比的函数。单自由度体系:将结构中参与振动的质量全部集中在一点上，用无重的弹性杆件 系统支撑于地面上。并假定地面运动和结构振动只是单方向的水平平移运动， 不发生扭转。地基是刚性地面（即不考虑土-结构相互作用）
7、地震动峰值加速度:地震动峰值加速度，与地震动加速度反应谱最大值相应的水平加速 度。设计基本地震动峰值加速度:即对应基本烈度50年超越概率为10%的动峰值加速度 ，抗震规范明确：6度0.05g；7度0.10（0.15）g；8度0.20（0.30）g；9度0.40g。（2）第二阶段设计为实现性能抗震设计思想，可以借助多种方法，如传统的基于力的设计方 法、基于位移、能量、损伤的设计方法等。但就目前的研究水平而言，把性能设计应用到实际设计中主要有两种方法：1传统的基于力的抗震设计方法。即首先进行基于地震作用的强度计算， 然后进行变形验算。与目前设计方法主要不同的是，结构性能水平要有多水准明 确的量化，
8、在考虑多级地震作用下，进行结构性能的验算。2基于位移的抗震设计方法。即采用位移作为结构性能指标。直接以目标 位移作为设计变量。采用基于位移的抗震设计方法，可以在结构设计初始就明确 结构的性能设计水平，并且使设计的结构性能正好达到目标性能水平，而不是传 统设计时给出一个限值。2 基于性能的抗震设计方法基于位移的抗震设计方法l延性系数法：通过建立构件的位移延性系数或截面曲率延性系数与塑性 铰区混凝土极限压应变的关系，由约束箍筋来保证核心混凝土能够达到 所要求的极限压应变，从而使构件具有要求的延性系数l能力谱法：将地震需求谱曲线和结构能力谱曲线绘在同一图中，求得两 个曲线相交点的位移，或采用图示的方
9、法直观地评估结构在给定地震作 用下的性能，它的关键就是地震需求谱曲线的研究和能力谱曲线的确 定。l直接基于位移的设计方法：把位移作为基本设计变量，在设计的整个过 程中，位移始终处于控制地位，针对不同的功能目标，位移向量可以方 便地进行调整，进而对整个设计过程做出调整，从而设计出满足不同功 能的结构。能力谱其最初概念是由Freeman等人在1975年为美国海军抗震工程项目 做简化评估时提出的, 后来经过不断改进。后应用于ATC-40,FEMA-273中。它是通过图形方法, 把结构的能力与地震地面运动对结构的要求进行比较3 能力谱法三个概念：能力谱：是指通过弹塑性静力分析方法得到的结构特征点位移与
10、基底剪力之 间的关系，并通过等效 SDOF 体系公式将其转化为加速度位移的关系曲线；地震需求谱（Demand Spectrum）实质上是地震反应谱曲线或者输入地震 动记录的某一弹塑性反应谱曲线。一般情况下，通过将需求谱和能力谱相叠加在谱 位移-谱加速度坐标体系中来评估结构在地震作用下的结构的反应特征。性能点：如果两曲线不相交，说明结构未达到设计地震的性能要求（即发生 破坏或倒塌），无法抵御预计的地震，如果两谱线相交，则说明结构的抗震性能能 够满足抗震的需要，相交点被定义为结构抗震性能点（Performance Point），从 而可根据该点对应的结构基底剪力、顶点位移等。能力谱的基本计算步骤
11、:( 1)按规范进行结构承载力设计;( 2)用静力弹塑性分析方法( Push- over)计算结构基底剪力-顶点位移vb - un 的曲线;( 3)建立能力谱曲线, 用等效单自由度体系代替原结构, 因此可将vb - un 曲线 转换为谱加速度Sa -谱位移Sd 曲线, 即能力谱曲线;( 4)建立非弹性需求谱曲线, 可将需求谱曲线转化成Sa - Sd 谱曲线;( 5)确定结构的等效延性系数, 将能力谱曲线和需求谱曲线画在同一坐标系中, 检验结构的抗震能力, 如图2所示。两曲线的交点对应的位移即为等效单自由度体 系的谱位移。将谱位移转化成原结构的顶点位移, 根据曲线即可确定结构的塑性铰 分布, 然
12、后修改设计方案或加固原结构。4 Push-over方法弹塑性静力分析方法（也称Push-over方法），是在一组能够近似反应结构 的动力特性、单调递增的侧向荷载作用下，进行逐步弹塑性静力分析，直到结构 达到预先确定的目标位移或倒塌状态，以得到结构位移与剪力的关系曲线。弹塑性静力分析方法的分析结果在很大程度上依赖于水平荷载的分布模式， 因此，水平荷载分布模式的合理确定，成为这一方法最为重要的研究内容。目前 ，荷载分布模式的研究主要分为两种：基于力的加载模式和基于位移的加载模 式。l Anil K Chopra , Rakish K Goel. Capacity Demand Diagram Me
13、thod for Estimating Seismic Deformation of Inelastic Structures: SDOF System. University of California, Berkeley, PEER Report1999/ 02l 王克海,李茜.基于模态分析的Push-over方法在桥梁抗震分析中的应用. 铁道学报，2006(4)：7984l 李琪,顾荣蓉,缪志伟,王德信.基于位移模式静力弹塑性分析方法的研究. 河海大学学报( 自然科学版),2005(11)：688691通讯地址:610031四川成都二环路北段1段111号西南交通大学土木学院 刘艳辉电子信箱:
