非线性动力分析：动力弹塑性分析

动力弹塑性分析基本过程

动力弹塑性分析的首先需要定义框架单元的塑性铰，对于钢结构和混凝土结构程序提供了常用的默认铰属性，工程师根据需要可以对于塑性铰进行自定义，关于这一部分内容与静力Pushover分析完全相同，此处就不再做重复叙述了。定义塑性铰以后，需要将塑性铰指定给框架单元，指定方式与静力Pushover分析完全相同。其原则是对于轴向应力铰一般指定在单元中部，对于其他类型的铰指定于单元的两端。另外，需要指出的是，对于实际工程的弹塑性时程分析需要占用的计算资源比较大，因此建议工程师对于概念判断有可能为薄弱部位的单元指定相关塑性铰，而不要对于太多构件单元甚至全部构件指定塑性铰。指定框架单元的塑性铰后，就可以进行弹塑性时程分析工况的定义，这类时程工况的定义与一般时程工况定义相同。需要注意的是，如我们在前面对于程序所考虑非线性的讨论，模态积分的时程分析是不考虑结构材料非线性的，在这一类分析工况中不能够考虑框架单元的塑性铰。因此，如果需要进行弹塑性时程分析，在工况定义过程中必须选择直接积分的时程分析类型，这时程序会默认考虑框架塑性铰属性。在定义时程分析工况以后，就可以进行弹塑性时程分析，分析完成之后可以根据我们后面算例给出的结果查看方式进行结果查看和分析。静力弹塑性铰的属性中卸载方式可以选择卸载整个结构、应用局部重分配和使用正割刚度重新开始三种方法，但是在动力弹塑性分析中程序将默认使用第二种卸载方法，即应用局部重分配。只是含有铰的单元被卸载。当一个铰在应力应变曲线的负斜率部分上，而且应用荷载引起应变反转时，程序将使用暂时的、局部的、自平衡的内部荷载以卸载此单元。这将引起铰卸载。在铰卸载之后，暂时的荷载被反转，传递移除的荷载到附近的单元。这个方法模仿了局部惯性力稳定一个快速卸载单元的方式。

   动力弹塑性分析需要说明的几个问题

在SAP2000中框架塑性铰是刚塑性的，也就是说塑性铰由刚性和塑性两个阶段组成，不存在弹性的阶段。由于没有弹性属性，因此与我们后面将谈到的非线性连接单元不同，添加到框架对象的塑性铰对于框架单元的弹性属性没有影响，因此对于结构线性分析，比如结构的模态分析和线性动力分析不会产生影响。由于塑性铰是刚塑性的，因此在塑性铰在屈服之前无论是卸载状态还是重新加载状态，铰内部都不会发生任何变形（体现在塑性铰发展曲线上，是沿着铰发展曲线中与Y轴线重合部分变化）。所有的弹性变形均发生在框架单元中。当塑性铰屈服以后，塑性铰内部将发生塑性变形，并且在卸载时沿着平行于Y轴的直线卸载。当进行动力弹塑性分析时，由于动力荷载一般体现了一定的周期性，因此塑性铰将出现加载和卸载的往复作用，如果塑性铰在这些往复作用过程中没有达到屈服，则塑性铰不会发生任何变形，也不会产生能量的耗损作用。当作用的幅值足够大时，塑性铰将达到屈服，而进入塑性变形状态，此后的在往复加载过程中，将沿着类似如图

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所示的滞回曲线轨迹发展，此时塑性将产生结构的能量耗损。为了能够判断该塑性铰所处于的塑性发展阶段，图

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同时输出了铰曲线和塑性铰骨架曲线。