抗震设计中的Push-over分析方法存在的问题
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摘要：主要写了抗震设计中的push-over分析方法存在的问题及解决措施
关键词：抗震设计，Push-over
Abstract: mainly wrote the seismic design of the Push-over analysis method to solve the existing problems and measures
Keywords: seismic design, Push-over
中图分类号： TU352.1+1 文献标识码：A 文章编号：
前言：Push-over analysis静力弹塑性分析，它是相对于动力弹塑性分析（弹塑性时程分析）的另外一种结构弹塑性分析方法。
在罕遇地震作用下，抗震结构会部分进入塑性状态，而弹性分析不能预测屈服后内力和变形的分布，必须进行弹塑性分析，才能知道结构的弹塑性变形能力，检验结构是否满足大震作用下的功能要求。
Push-over分析方法较弹塑性动力分析，易于为工程设计人员所掌握。这种方法既可得到有用的静力分析结果，又可很方便地利用其得到的层剪力―层间位移骨架曲线进行动力时程分析。Push-over分析方法在现阶段是可行的、而且在定量分析上是具有积极意义的，在应用过程中也会逐步完善。新的抗震规范已经明确的提出采用Push-over分析方法进行大震下的弹塑性变形验算。
关于Push-over分析方法的研究和工程实例已经很多，但由于其本身计算假定的局限性，有很多问题尚未解决，有很多结构形式也并不适用于Push-over方法进行分析。如果盲目的采用Push-over方法进行设计，会产生较大隐患。本文从Push-over原理出发，对一些Push-over分析中容易产生的问题做一简单介绍，希望引起设计者的重视。
1、几种Push-over分析方法的适用范围
Push-over分析中有两个关键的环节：结构目标位移的确定、水平荷载模式的选择。这些将直接影响静力弹塑性分析方法对结构抗震性能的评估结果。而目前各种Push-over分析方法的不同，也主要集中于这两个方面。主要的分析方法有等效单自由度时程分析、能力谱法、适应谱法。
能力谱方法分析时，必须进行等效单自由度的过程和等效线性化的过程。多自由度体系等效成单自由度体系的过程中，意味着结构响应仅有结构的第一振型控制，而且在整个地震反应过程中，不管结构的变形大小，振型向量保持不变。对于较低的结构且塑性变形不是很大的情况下，该假设还可以成立，对于高层结构塑性发展比较大，高振型的成分占的比例很大，这种假设引起的误差将会很大。另外在能力谱方法中，将非线性结构用一系列线性体系来代替，以求得修正的阻尼比，进而求需求曲线，这部分等效关系也会引起一定的误差。为了满足工程设计需要的精度，仍需经过进一步的修正。
基于Push-over的等效单自由度时程分析方法虽然回避了等效线性化的问题，但等效单自由度的问题同样存在。进行等效单自由度弹塑性时程分析时，必然涉及到地震波的选择问题。输入地震波应能反映场地的近、中、远地震环境，应能反映场地的主要特征。作为输入地震波，应以修改的实际地震波为主，人造地震波为补充。在进行结果统计或组合时，可以从这些地震波可能发生的概率入手，综合评定结构的目标位移。
适应谱Push-over方法本质上是一种适应性调整水平力分布的方法。每一步施加的荷载增量都是基于结构瞬时的动力特性。只要有某一层或某几层达到屈服，就需要修正刚度，重复以上的反应谱分析。即使对于强度或刚度分布不均匀的结构，这样的加载模式也可以合理地反映出结构在各瞬间的反应特性。而且这一方法考虑了多振型的组合，因而给出的惯性力的分布形式是可信的，该方法不需要进行一系列的等效过程，所得到的是多自由度体系的能力曲线，但所用到的荷载特征是基于弹性反应谱的，这同样是这种方法的不足之处，而且这种适应性调整水平力分布的方法，它的工作量比固定分布的工作量自然会加大很多。
2、需要进一步讨论的问题
2.1水平荷载形式的选择
结构在地震过程中经受的地震作用是不规则变化的，特别是结构构件屈服后，地震作用更复杂。静力弹塑性分析的结果在很大程度上与所选择的水平荷载分布模式有关。
通常采用固定分布的形式。按照我国结构抗震规范的观点，均匀分布只适用于刚度相对较大的少数结构体系;倒三角形分布适用于以第一振型为主的结构体系，但在结构的顶部几层需加大侧向力作用。较为合理的水平荷载加载模式应当是在建筑底部采用倒三角形加载模式，而在建筑顶部选幂级数加载模式。
2.2、结构的弹塑性计算模型
2.2.1、变轴力双向受弯RC柱的恢复力骨架曲线
结构力学模型如果采用二维模型，进行Push-over分析已没有多大问题，但对于不规则的结构，二维模型不能反映由于偏心等造成的扭转，会低估结构反应，所以要进行三维模型的分析。在Push-over分析中，因为需要判断构件是否进入了塑性阶段，所以在三维模型中还存在许多问题。由于双向偏心受力的柱子，它的M-N关系是一个三维曲面，这个曲面的方程如何确定就是应用中必须回答的问题。
2.2.2、剪力墙的计算模型
剪力墙非线性的研究和模拟是较困难的。目前提出的几种剪力墙模型，在结构静力弹塑性分析中，问题较多。剪力墙的计算模型应该能反应弯、剪、压的共同作用，自由度和运算量足够小，可用于结构在水平力作用下的弹塑性分析；此外，目前的剪力墙模型计算结果都存在刚度偏大的问题。
2.2.3、非线性下降段的计算处理
用混凝土应力-应变关系计算结构构件截面的弯矩-曲率关系，通过弯矩-曲率关系计算结构基底剪力-顶点位移、层剪力-层间位移关系时，都会遇到下降段的负刚度问题。如果不能解决静力弹塑性分析中的负刚度问题，得到的能力曲线的基底剪力或层剪力是随着顶点位移或层间位移的增大而增大，并不能反映结构的实际承载能力和屈服后变形能力。目前虽然在处理非线性下降段有很多算法，比如位移控制法、硬化刚度法等，特别是弧长法在很多程序中应用很广。但在实际的静力弹塑性分析中，负刚度的处理问题仍然难度很大。
2.3、弹塑性反应谱的建立和等效阻尼比的问题
能力谱方法中得到需求曲线的方法有两种，一是直接建立不同延性比的弹塑性Sa-Sd反应谱曲线，另外一种是使用等效阻尼比的弹性Sa-Sd谱曲线，以此来反应结构的弹塑性。
对于第一种方法，国外一些学者建立了不同延性比的弹塑性Sa-Sd反应谱曲线，但这些谱未反应中国的地震地面运动的特性，因此有必要建立中国自己的弹塑性Sa-Sd反应谱曲线。
对于等效阻尼比的问题，也没有完成成熟。结构构件屈服后进入塑性，构件滞回耗能的滞回阻尼可以用等效粘滞阻尼比来表示。阻尼比的增大减小了结构的地震响应，也就是减小了结构的需求。构件滞回耗能的大小与构件的弹塑性位移即延性比有关，还与滞回环的饱满程度有关，而主要的影响因素还是构件的纵向配筋、轴压比以及配箍特征值等。建立构件、结构的滞回耗能与等效阻尼比的关系，也是值得进一步深化研究的问题。
结束语
在国内外，基于性能/位移的抗震设计已经受到足够的重视和发展。静力弹塑性分析是实现基于性能/位移抗震设计的重要步骤。结构的静力弹塑性分析方法，目前已为我国新一轮的抗震设计规范所采用，可以用来评估结构的抗震性能。，进一步开展相关的研究和实践，将有利于提高我国建筑结构的抗震设计水平，建设更加安全、合理的抗震建筑。