建筑工程结构动力弹塑性时程分析

摘要：本文主要对深圳某建筑工程结构动力弹塑性时程情况进行了分析，包括弹塑性分析
方法、单元类型及有限元模型、抗震情况等，最后对该工程的总体抗震性能作出评价，并提
出建议。

 

　　关键词：结构

; 动力弹塑性; 时程分析; ABAQUS 

　　

 工程概况 

　　

 该项目位于深圳地铁 3 号线六约站原检修主厂房的上部，为 12 层的保障性住房。原检

修主厂房为纯框架结构水平向跨度为

12m，竖向跨度为 18m 及 21m。层高 12.3m，基础为人

工挖孔桩。本次设计是在原有已完工建筑基础上进行。先设一层转换层，层高

7.2m，然后是

塔楼部分，均为

12 层，结构形式为剪力墙结构。 

　　

 工程特点：一是转换结构，塔楼没有墙肢落地；二是大跨结构，混凝土转换梁最大跨

度达

21m；三是竖向刚度突变，首层层高 12.3m，第二层层高 7.2m。 

　　

 结构动力弹塑性时程分析 

　　

 （一）弹塑性分析方法 

　　

 目前常用的弹塑性分析方法从分析理论上分有静力弹塑性（ pushover）和动力弹塑性

两类，从数值积分方法上分有隐式积分和显式积分两类。本工程的弹塑性分析将采用基于显
式积分的动力弹塑性分析方法，这种分析方法未作任何理论的简化，直接模拟结构在地震
作用下的非线性反应。

 

　　

 单元类型及有限元模型分析 

　　

 单元类型 

　　

 模拟梁柱采用 B31 单元，ABAQUS 中的 B31 单元考虑塑性区发展， 杆件刚度由截面

内和长度方向动态积分得到，其双向弯矩和弯拉的滞回性能可由材料的滞回性能精确反映。
钢筋混凝土截面或钢骨混凝土截面定义（本分析没有采用钢骨混凝土构件）：不考虑钢筋
和型钢构件和混凝土的相对滑移，程序根据平截面假定，对各个部分构件截面积分点，计
算出混凝土构件的截面弯矩、轴力和剪力。

 

　　

 剪力墙采用 S4R 单元，楼板采用 S4R 和 S3R 单元，剪力墙和楼板内的钢筋采用 rebar

单元，

 可以考虑多层钢筋布置，边缘构件和暗柱配筋采用箱型截面构件代替。 

　　

 有限元模型分析 

　　

 整体模型由转换程序从 etabs 导入，包括几何信息，单元划分，梁单元长度 1m 左右，

剪力墙单元

0.7-1m，楼板单元 1m 左右；梁柱构件的配筋根据 Satwe 计算的配筋结果由程

序自动导入，梁钢筋考虑了各段的不同和顶面筋和底面筋的不同；剪力墙和楼板的配筋根
据

satwe 计算配筋调整后的配筋手动输入；重力荷载代表值和质量源由转换程序自动导入 。

ABAQUS 有限元模型如图（一） 
　　

 

　　图（一）

ABAQUS 有限元模型 

　　

 为了确保 ABAQUS 非线性结构分析模型正确性，在构件进入弹塑性阶段之前，计算

模型的动力特性与

ETABS 弹性分析模型保持一致，对两个程序计算的周期和振型进行对比。

下表给出了

ABAQUS 模型和 ETABS 模型前 3 个振型及周期的对比。下图则给出前 3 个振型

的变形形状对比。

ABAQUS 计算的结构总质量为 83198t，ETABS 计算的为 82570t，基本一

致；同时通过下表结果显示，

ABAQUS 弹性模型与 ETABS 弹性分析模型的动力特性基本

是一致的，周期对比表如表

2。