Pushover的侧向荷载及分析工况

Pushover的侧向荷载及分析工况一般需要多个分析工况。一个典型的Pushover工况可能由3个以上工况构成：第一个将施加重力荷载给结构，第二个和第三个可施加不同的侧向荷载。Pushover分析是非线性的，所以将分析结果和其他线性和非线性分析叠加是不合理的。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，结构进入弹塑性状态，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，最少用两种以上的荷载分布方式进行Pushover分析。结构目标位移的确定和水平荷载模式的选择，将直接影响对结构抗震性能的评估结果。Pushover分析尚存的某些缺陷也主要反映在这两个方面。其中，后者又直接决定了结构塑性铰开展过程。FEMA-273推荐三种形式水平荷载加载模式：为表述方便，首先定义第i层的水平加载系数为i层的水平荷载增量与加载底部总剪力增量的比值。1)均匀分布：各楼层侧向力可取所在楼层质量；结构各层水平荷载与该层重力荷载代表值成正比，结构在第i层的水平加载系数iδ为：1/NiiiiGGδ==∑其中，iG为结构第i层的重力荷载代表值；N为结构总层数。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；1/NiiiiiiGHGHδ==∑其中，iH为结构第i层距地面的高度。3)SRSS分布：反应谱振型组合得到的惯性力分布。这种加载模式更接近于真实的水平地震荷载分布情况，结构在第i层的水平加载系数iδ为：21nNijjmjmjmiVXGαγ==⎡⎤=⎢⎥⎣⎦∑∑1iiiFVV+=−1/iiFVδ=其中，jα为j周期对应的地震影响系数；mjX为j振型m层的水平相对位移；jγ为j振型参与系数；n为考虑的振型个数；iV和iF分别为i层的地震剪力和地震作用。ATC-40采用与第一振型成正比的侧向力分布形式。4)沿高度等效加载模式：引入高度影响因子k，以考虑加速度沿高度的变化，结构在第i层的水平加载系数iδ为：1/iiNkkiiiiGHGHδ==∑其中，k的取值与结构基本振型的弹性周期有关，当基本周期0.5Ts时1.0k=，2.5Ts时2.0k=，在两者之间时线性插值。Sap2000程序提供了自定义分布、均匀加速度分布和振型荷载分布三种加载方式。均匀加速度分布提供的侧向力是用均一的加速度和相应质量分布的乘积获得；振型荷载分布提供的侧向力是用给定的振型和该振型下的圆频率的平方，及相应质量分布的乘积获得的，可以取任何一个振型。其中，均匀加速度方法相当于均匀分布，振型荷载分布方法，当取第一振型时，相当于倒三角分布。用户也可以自定义水平力分布情况,也可以把三者按一定系数组合。在定义Pushover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Pushover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+x向加速度4.重力+y向加速度