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SAP2000弹塑性分析方法运用总结

结构的抗震设计一般可通过三个方面来实

现，一种是增加结构的截面和刚度来“抗震”，此

时如果要使结构在大震作用下保持弹性状态，结构需

要具有如右图所示的承载能力，此时结构的设计截面

会变得非常不经济；第二种方法是容许结构发生一定

的塑性变形，并保证结构不发生倒塌的耐震设计

（或叫延性设计）；第三种方法是通过一些装置

（如阻尼器、隔振装置等）来吸收能量的减震或地震响应比较

隔震设计。

当结构和结构构件具有一定的延性时，大震作用下部分构件会发生屈服，此

时结构的周期会变长，结构周期的变长反过来减小了地震引起的惯性力，即塑性

铰的出现吸收了部分地震能量，从而避免了结构的倒塌。对结构抗震性能的评价

以往多从强度入手，但结构在发生屈服后仍具有一定的耗能和变形能力，因此用

能够反映结构延性和耗能能力的变形评价结构的抗震性能应更为合适。通过动力

弹塑性分析我们不仅要了解结构发生屈服和倒塌时的地震作用的大小，同时也要

了解结构的变形能力（弹塑性层间位移角、延性系数等）、构件的变形能力、铰

出现顺序等，从而实现“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三水准设防目标。

目的：

1)评价建筑在罕遇地震下的抗震性，根据主要构件的塑性破坏情况和整体

变形情况，确认结构是否满足性能目标的要求。

2)研究超限对结构抗震性能的影响，包括罕遇地震下的最大层间位移；

3)根据以上分析结果，针对结构薄弱部位和薄弱构件提高相应的加强措施。

弹塑性分析两种方法：1、静力弹塑性方法push-over

2、动力弹塑性时程分析

《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（以下简称《抗规》)第1.0.1条中规定

了三水准设防目标为“小震不坏、中震可修、大震不倒”。《抗规》5.5.2条中分

别规定了应进行弹塑性变形验算和宜进行弹塑性变形验算的结构。《抗规》

第5.1.2条第3款规定对于特别不规则的建筑、甲类建筑和《抗规》表5.1.2-1所

列高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震(小震)下的补充计算。

《高层混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第3.3.4条也有相关规定。

一．静力弹塑性方法push-over基本原理：

Pushover的分析方法（拟动力推覆法）,主要基于两本手册,一本是由美

国应用技术委员会编制的《混凝土建筑抗震评估和修复》(ATC-40),另一本是由

美国联邦紧急管理厅出版的《房屋抗震加固指南》(FEMA273/274)。混凝土塑性

铰本构关系和性能指标来自于ATC-40,钢结构塑性铰本构关系和性能指标来自

于(FEMA273/274),而Pushover方法的主干部分,即分析部分采用的是能力谱法,

来自于ATC-40。

其主要步骤如下:

(1)用单调增加水平荷载作用下的静力弹塑性分析,计算结构的基底剪力-顶点

位移曲线(图1(a))。

(2)建立能力谱曲线

对不很高的建筑结构,地震反应以第一振型为主,可用等效单自由度体系

代替原结构。因此,可以将曲线转换为谱加速度-谱位移曲线,即能力谱曲线(图

1(b))

(3)建立需求谱曲线

需求谱曲线分为弹性和弹塑性两种需求谱。对弹性需求谱,可以通过将典

型(阻尼比为5%)加速度Sa反应谱与位移Sd反应谱画在同一坐标系上(图2(a)),

根据弹性单自由度体系在地震作用下的运动方程可知Sa和Sd之间存在下面的关

系

(4)性能点的确定

利用有效阻尼系数计算响应谱的谱折减系数.

将能力谱曲线和某一水准地震的需求谱画在同一坐标系(见图4),两曲

线的交点称为性能点,性能点所对应的位移即为等效单自由度体系在该地震作

用下的谱位移。将谱位移按式(1)转换为原结构的顶点位移,根据该位移在原结

构Vb、Un曲线的位置,即可确定结构在该地震作用下的塑性铰分布、杆端截面的

曲率、总侧移及层间侧移等,综合检验结构的抗震能力。

若两曲线没有交点,说明结构的抗震能力不足,需要重新设计。

SAP2000程序中的地震反应谱与我国《建筑抗震设计规范》(GB500112010)

的地震反应谱表达方