ETABS中Pushover的使用

一、静力弹塑性分析的基本原理

ETABS程序提供的Pushover的分析方法，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一40)，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一40，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一40。

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一顶点位移曲线。

(2)建立能力谱曲线。

(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S 反应谱与位移S 反应谱画在同一坐标系上。

对弹塑性结构需求谱的求法，一般是在典型弹性需求谱的基础上，通过考虑等效阻尼比或延性比两种方法得到折减的弹性需求谱或弹塑性需求谱。ATC一40采用的是考虑等效阻尼比的方法。

(4)性能点的确定

将能力谱曲线和某一水准地震的需求谱画在同一坐标系中，两曲线的交点称为性能点，性能点所对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。将谱位移转换为原结构的顶点位移，根据该位移在曲线中的位置，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。

在输入已知条件时，需要注意的是：程序中的地震反应谱与我国《建筑抗震设计规范》(GB50011—2oo1)的地震反应谱表达方式略有不同，需经等效后换成程序中的系数。

二、计算步骤

2.1 建立模型、内力分析和配筋

利用程序，求出构件在设计规范规定的各种荷载工况下的内力并配筋，其中柱最大配筋率为1％，梁最大配筋率为1．5％ 。内力分析时，梁、柱用框架单元模拟，现浇板、用壳单元模拟，由于ETABS程序没有给壳单元提供塑性铰，因此，我们用模拟框架来代替剪力墙，以考虑剪力墙进人塑性时的性能。

2.2 塑性铰的定义和设置

ETABS给框架单元提供了弯矩(M)、剪力( )、轴力(P)、轴力和弯矩相关(PMM)四种塑性铰，可以在一根构件的任意部位布置一个或多个塑性铰。涉及到塑性铰本构关系中屈服力和屈服位移的确定，ETABS程序提供了两种方法，一种是自定义，输入某一具体值，另一种是程序按照美国规范FEMA273和ATC一40给定。我将采用后一种方法来定义塑性铰的本构关系。

对梁单元，一般仅考虑弯矩(M)屈服产生塑性铰，对柱单元，一般考虑由轴力和双向弯矩相关(PMM)作用产生塑性铰。对钢筋混凝土结构，程序根据截面的配筋值，可自动计算屈服弯矩值和轴力弯矩相关面。

塑性铰的位置，应设置在弹性阶段内力最大处，因为这个位置最先达到屈服。对梁、柱单元，一般情况是两端弯矩最大，弯曲塑性铰和压弯铰(PMM)应设置在两端，在剪力最大处，应设置剪切铰。

2.3 侧向加载模式和Push—over工况

侧向荷载的分布方式，即应反映出地震作用下各结构层惯性力的分布特征，又应使所求得位移，能大体真实地反映地震作用下结构的位移状况。事实上，由于任何一种荷载分布方式都不可能反映结构全部的变形及受力要求，因为不论用何种分布方式，都将使得和该加载方式相似的振型作用得到加强，而其他振型的作用则被削弱。而且，在强地震作用下，结构进人弹塑性状态，结构的自振周期和惯性力大小及分布方式也因之变化，楼层惯性力的分布不可能用一种分布方式来反映。因此，最少用两种荷载分布方式进行Pushover分析。

FEMA一273推荐三种形式：

1)均匀分布：各楼层侧向力可取所在楼层质量；

2)倒三角形分布：结构振动以基本振型为主时的惯性力的分布形式，类似于我国规范中用底部剪力法确定的侧向力分布；

3)SRSS分布：反应谱振型组合得到的惯性力分布。

ATC一40采用与第一振型成正比的侧向力分布形式。

在定义Push—over工况时，除了按上述方法考虑各种水平荷载及组合外，应首先定义重力荷载作用作为Push—over第一工况，各种水平力及其组合作为其它工况，计算时首先计算第一工况下的内力和变形，其它工况下的计算是在第一工况下内力和变形基础上施加水平荷载，水平荷载不断增加，结构侧移不断增大，直到达到规定的位移为止。

常用的Push—over工况主要有：

1．重力+振型1(纵向)

2．重力+振型2(横向)

3．重力+ 向加速度

4．重力+Y向加速度

2.4 结果分析和性能评价

经Pushover分析后，得到性能点，根据性能点时的变形，对以下三个方面进行评价：

1)顶点侧移 是否满足抗震规范规定的弹塑性顶点位移限值。

2)层间位移角 是否满足抗震规范规定的弹塑性层间位移角限值。

3)构件的局部变形是指梁、柱等构件塑性铰的变形，检验它是否超过建筑某一性能水准下的允许变形。

ATC一40将房屋遭受地震后，可能出现的状态主要分为IO(Immediate Occupancy)、DC(Damage Contro1)、LS(Life Safety)、SS(Structural Stability)四种状态，可解释为“立即居住”、“损坏控制”、“生命安全”和“结构稳定”。

                         关于ETABS弯距配筋计算

以前一直用SATWE(PKPM,200502),最近开始用ETABS,做一个工程的初设时发现SATWE与ETABS配筋结果有较大出入,经过内力复核,发现二者设计内力几乎毫无差别.进一步计算发现 原因在于:ETABS弯距配筋计算是首先考虑受压区钢筋参与抗弯计算,这样混凝土的受压区高度就会降低,钢筋力臂增长,混凝土抗弯能力计算值是接近真实情况的.而SATWE配筋则疑似不考虑受压区钢筋参与抗弯(除非混凝土受压区大于0.25(0.35)H0,或大于界限受压区高度),这样计算出的混凝土受压区高度会增加,不符合结构受力的真实情况(增大了弯距抗力,不符合强剪弱弯的原则),配筋会增大,且不符合混凝土规范7.2.1-1的要求.