常用建筑结构静力弹塑性分析软件功能对比研究

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《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)首次以规范的形式确定基于性能的抗震设计方法,地震作用下构件抗震承载力和塑性变形已作为设计中控制指标。在罕遇地震作用下建筑结构处于高度非线性状态,如何确保建筑结构满足抗震性能要求,是抗震设计中的关键所在。通过建筑结构静力弹塑性分析软件对建筑结构进行推覆分析,定量判断结构的耗能性能和承载能力,已作为抗震设计性能设计的主要手段。本文主要用能力谱法Pushover评估建筑结构的抗震性能。本主要内容包括:(1)计算模型与试验模型对比。Pushover分析方法和伪静力试验得到的基底剪力-顶点位移关系曲线变化趋势基本一致,说明Pushover数值分析方法的合理性。(2)用ETABS、ABAQUS、PERFORM-3D、EPDA、MIDAS和GSNAP等六个软件对结构构件和实际工程进行Pushover分析对比研究。框架结构模型计算发现塑性铰模型和纤维束模型的承载力有较大的差别,随着钢筋面积的增大,两种模型的承载力差别减小,说明塑性铰模型和纤维束模型的差别主要在混凝土材料的本构上。剪力墙结构模型计算发现纤维束模型、壳元损伤模型和弹塑性墙元模型在模拟剪力墙构件上存在差异,纤维束模型极限承载力小于壳元损伤模型和弹塑性墙元模型的极限承载力。(3)推覆分析中设置不同的加载模式研究,对比发现不同加载模式之间计算结果最大相差达32%,建议使用两种以上的横荷载分布模式进行分析,通过比较取不利的结果进行判断。(4)单元剖分、配筋率和位移收敛条件的研究。计算发现当框架结构的位移位移收敛条件取0.01,剪力墙结构的位移位移收敛条件取0.1时,计算结果可满足实际工程的精度需要。通过设置不同的单元剖分,分析单元剖分的敏感性和合理取值。当框架结构的单元剖分取2米,剪力墙结构的单元剖分取1米,可以保证计算结果有足够的精度。水平分布钢筋的增加对剪力墙的极限承载力提高不多,竖向分布钢筋和暗柱钢筋的增加对剪力墙极限承载力的提高较明显。由于构件配筋率对推覆分析结果影响很大,在实际工程计算中,应按照实配钢筋进行验算,才能保证得到准确的结果。(5)对正在研制的GSNAP软件Pushover功能进行测试。发现GSNAP与EPDA的框架计算结果较为接近,剪力墙结构的计算结果差别较大,原因是剪力墙暗柱配筋率不同及墙元间变形协调处理方法不同。
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