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Pushover分析原理与MIDAS/GEN计算实例
崔延卫李建新
(河南省建筑设计研究院有限公司，河南郑州450014)
摘要:阐述了Pushover分析的基本原理和步骤,对利用能力谱方法求目标位移等关键问题进行探讨。并对一个十二层框架进行
Pushover分析,结果表明Pushover分析方法是结构性能评价的有效方法。
关键词:Pushover分析方法;能力谱;需求谱
Abstract:Thebasicprinciplesandprocessesofpushoveranalysisareintroduced.Somecrucialaspects,solvingtheproblemoftar－
getdisplacementwiththecapacityspectrummethod,arediscussedindetailOnetwelve2storyreinforcedconcreteframestructureisana－
lyzedbythemethodofpushoveranalysis.Themethodhasbeenprovedtobeeffectivefortheevaluationstructureperformance.
Keywords:Pushoveranalysis;Capacityspectum;Demandspectrum
作为结构抗震性能分析的重要方法之一，
Pushover分析将非线性静力计算结果与弹性反应谱
紧密结合起来，用静力分析的方法预测结构在地震
作用下的动力反应和抗震性能，在基于性能的抗震
设计中得到了广泛的应用。
1Pushover分析方法的基本原理
Pushover方法是近年来国内外应用较为广泛的
一种地震反应静力弹塑性分析方法，利用静力弹塑
性分析(PushoverAnalysis)进行结构分析的优点在于:
既能对结构在多遇地震下的弹性设计进行校核,也
能够确定结构在罕遇地震下潜在的破坏机制,找到
最先破坏的薄弱环节,从而使设计者仅对局部薄弱
环节进行修复和加强,不改变整体结构的性能,就能
使整体结构达到预定的使用功能。对多遇地震的计(a)基底剪力-位移曲线(b)谱加速度-谱位移曲线
算,可以与弹性分析的结果进行验证,看总侧移和层图1荷载-位移曲线转换为ADRS模式的能力谱
间位移角、各杆件是否满足弹性极限要求,各杆件是
否处于弹性状态;对罕遇地震的计算,可以检验总侧
移和层间位移角、各个杆件是否超过弹塑性极限状
态,是否满足大震不倒的要求。
Pushover方法没有严密的理论基础,它是基于
以下两个假设[1]:a.假定结构的地震反应与某一等效
的单自由度体系相关,这就意味着结构的地震反应
仅由第一振型控制;b.在整个地震反应过程中，结构
的形状向量保持不变。显然,以上两个假设都不尽完
善,侧向荷载的分布形式只与结构的基本自振周期
和振型有关,没有考虑到结构高阶振型的影响;振型(a)标准模式(b)ADRS模式
向量一般只凭经验假定,现阶段没有具体可行的办图2标准反应谱转换为ADRS模式的需求谱
法,而振型向量选取的正确与否对结构特征参数的
确定有较大的影响。但经过大量的实验研究表明,对
于地震反应由第一振型控制的多自由度结构,
Pushover方法可以很准确地预测结构的最大地震反
应。
2Pushover分析方法的实施步骤
MIDAS/GEN程序提供的静力弹塑性分析方法,
基于两本手册[2]:美国技术应用委员会的《混凝土建
筑抗震评估和修复》(ATC-40)和美国联邦紧急管理
厅的《房屋抗震加固指南》(FEMA273/274)，其中混凝
图3性能点的确定图4模型平面图
土塑性铰特性和性能指标来自于ATC-40,而静力弹
塑性分析的具体方法则采用了ATC-40的能力谱法。而Pushover方2.3建立需求谱曲线
法的主干部分,即分析部分采用的是能力谱法，来自于ATC-40。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加速度反应谱与位移反应谱画在同
其主要步骤如下:(5%)SaSd
2.1基底剪力-位移曲线的计算一坐标系上(图2(a)),根据弹性单自由度体系在地震作用下的运动方
用单调增加水平荷载作用下的静力弹塑性分析,计算结构的基程可知Sa和Sd之间存在下面的关系[4]:
Á
底剪力-顶点位移曲线(图1a)。T
Sd=ÁSa
2.2建立能力谱曲线4P(1)
从而得到和之间的关系曲线即格式的需求谱
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SaSd,ADRS
由度体系代替原结构。因此,可以将荷载-位移曲线转换为谱加速(图2(b))。
度-谱位移曲线[3],即能力谱曲线(图1b)。将能力谱曲线和某一水准地震的需求谱曲线在