学文网摘要：结构抗震设计方法较多，静力非线性分析法是比较成熟的一种，我国已普遍采用，本人对Pushover分析法进行了详细的剖析。
关键字：抗震设计、静力非线性分析法、Pushover分析法
Abstract: the seismic design method of structure is more, static nonlinear analysis method is a more mature, has been commonly used in our country, I for the Pushover method were analyzed in detail.
Keywords: seismic design, non-linear static analysis method, Pushover analysis method
中***分类号： U452.2+8 文献标识码： A 文章编号：
Pushover 分析法在国外应用较早，上世纪80年代初期在一些重要的刊物上就有论文采用过这种方法。进入90年代以后，国际抗震工程界提出了基于性能的抗震设计（PBSD）的新概念，这个概念的提出成为了工程抗震发展史上的一个重要的里程碑。Pushover 分析法作为实现基于性能的抗震设计的重要方法，其研究逐渐深入，应用也逐渐得到推广。该方法引入我国后，很快得到了大家的普遍重视与应用。在我国《建筑抗震设计规范》的修订过程中，有些专家就提出了将Pushover 分析法引入规范的想法，只是最后在提法上明确没有采用这个词。
Pushover分析法的早期形式是“能力谱方法”(Capacity Spectrum Method C***)，基于能量原理的一些研究成果，试***将实际结构的多自由度体系的弹塑性反应用单自由度体系的反应来表达，初衷是建立一种大震下结构抗震性能的快速评估方法。从形式上看，这是一种将静力弹塑性分析与反应谱相结合、进行***解的快捷计算方法，它的结果具有直观、信息丰富的特点。这种方法本身主要包含两方面的内容：计算结构的能力曲线(静力弹塑性分析)、计算结构的目标位移及结果的评价。第一方面内容的中心问题是静力弹塑性分析中采用的结构模型和加载方式；第二方面内容的中心问题则是如何确定结构在预定地震水平下的反应，目前可分为以ATC-40为代表的C***和以FEMA356为代表的NSP（Nonlinear Static Procedure，非线性静力方法)，C***的表现形式是对弹性反应谱进行修正，而NSP则直接利用各种系数对弹性反应谱的计算位移值进行调整，两者在理论上是一致的。
基于结构行为设计使用Pushover分析可以得到能力曲线，并确定结构近似需求谱与能力曲线的交点。其中需求曲线是基于反应谱曲线，能力谱是基于Pushover分析。在Pushover分析中，结构在逐渐增加的荷载作用下，其抗侧能力不断变化（通常用底部剪力-顶部位移曲线来表征结构刚度与延性的变化，这条曲线我们可以看成为表征结构抗侧能力的曲线）。将需求曲线与抗侧能力曲线绘制在一张***表中，如果近似需求曲线与能力曲线的有交点，则称此交点为性能点。利用性能点能够得到结构在用需求曲线表征的地震作用下结构底部剪力和位移。通过比较结构在性能点的行为与预先定义的容许准则，判断设计目标是否满足。在结构产生侧向位移的过程中，结构构件的内力和变形可以计算出来，观察其全过程的变化，判别结构和构件的破坏状态，Pushover分析比一般线性抗震分析提供更为有用的设计信息。在大震作用下，结构处于弹塑性工作状态，目前的承载力设计方法，不能有效估计结构在大震作用下的工作性能。Pushover分析可以估计结构和构件的非线性变形，结果比承载力设计更接近实际。Pushover分析相对于非线性时程分析(非线性动力分析)，可以获得较为稳定的分析结果，减少分析结果的偶然性，同时可以大大节省分析时间和工作量。
Pushover分析的一般过程：
（1）建立结构的计算模型，包括几何尺寸、物理参数、节点及杆件编号、结构的水平及竖向荷载（其中水平荷载的计算方法将在第3步中描述）。为了进行弹塑性分析，还应求出各个构件的塑性承载力。
（2）求出结构在竖向荷载作用下的内力，以便于水平荷载作用下的内力进行组合。
（3）施加一定量的沿高度呈一定分布状态的水平荷载。目前国内外大多采用沿建筑物高度呈倒三角形分布的水平侧向力，但对于高层建筑来说，地震反应不是一个单一振型起决定性作用，基于第一振型的加载函数可能在中间层处大大低估地震作用。因此，有些专家提出沿建筑高度均匀分布或者下面几层呈倒三角形、上面各层均与分布的加载方法。事实上，由于建筑结构本身振动特点的多样性和复杂性，以上任何一种加载模式都很难做到与地震来临时建筑物实际所受到的地震作用分布特点高度吻合，因此，对高层建筑进行Pushover分析应至少采用两种及以上的加载方式分别进行计算分析。水平荷载施加于各楼层的质心处，水平荷载值的选取应使结构在该水平荷载增量作用下结构的内力和竖向荷载作用下的结构内力以及前面所有的n步结构的累计内力相叠加以后，刚好使一个或者一批构件进入屈服状态为宜。
（4）对于上一步进入屈服的构件，改变其形态，采用塑性铰考虑构件进入塑性状态，结构的刚度及内力传递途径均发生变化，形成了一个“新”的结构，修改结构的刚度矩阵并求出新的结构周期，在其上施加一定量的水平荷载，又使一个或一批构件恰好进入屈服状态。
（5）不断重复第4步直至结构的侧向位移达到预定的目标位移或结构倾覆。记录每一步的结构自振周期并累计每一步施加的水平荷载。
（6）将每一个不同的结构自振周期及其对应的水平力总量与结构自重的比值（地震影响系数）绘成曲线，同时把相应场地的反应谱曲线也绘制在同一张***中，如果二者相交，则其交点即为前文中所提到的性能点，该性能点所对应的结构位移即为结构在该反应谱曲线所对应的地震作用下的水平位移。 如性能点不存在，可进行如下处理：一是提高结构能力，如增加强度或刚度；增加结构延性；或者上述的复合；
二是折减地震需求，如增加阻尼，采用隔振器等。在进行上述处理后重新进行结构分析。
进行Pushover分析时尚需注意以下问题：
（1）在对建筑物推覆之前确定性能目标。任何建筑没有破坏时都不能发生无限大位移。因为Pushover分析的目的是评估建筑的状态及构件的破坏状态，确定建筑特定的目标行为非常重要。
（2）做设计之前不能进行推覆。对结构来说仅仅给出构件的弹性模量、惯性矩、面积等是不够的，Pushover的特性完全取决于各个构件和连接的力－位移特性，必须能够确定构件屈服特性。如果具体构件的特性未知，则Pushover分析也无意义。
（3）不要忽略重力荷载。考虑或者忽略重力荷载将显著影响Pushover曲线的形状以及构件屈服和失效的次序。
（4）注意配筋形成和搭接长度对于已建成结构中的钢筋混凝土构件，计算其性能时有必要注意钢筋的搭接长度。如果存在不充分的搭接长度，必须折减有效钢筋的面积来考虑不充分搭接的影响。
(5）不要忽略剪力破坏机制。如果结构构件的抗剪能力不足以支持弯曲塑性铰的形成，则在形成塑性铰之前，构件端部将先出现剪切破坏。即使钢筋混凝土构件有充分的抗剪能力，但如果在塑性铰区域的箍筋间距不够密，混凝土也可能在约束不够充分的情况下破碎。所以，若计算机程序不能自动考虑上述情况，设计者必须明白这些问题并进行人为的处理。
（6）P－Δ效应比想象的要重要。一般情况下，随侧移和柱的轴力增大，P－Δ效应也明显增强。在未变形情况下，强柱弱梁的设计方法普遍用来计算柱的抗弯能力。在实际的变形状态下，柱的抗弯能力可能大幅下降，从而背离设计预期的强柱弱梁效果。因此pushover分析中，柱中的塑性铰形成出现早于梁的情况也是常见的。
（7）不要混淆Pushover和实时地震加载。 Pushover分析中荷载是单调增加的，而实际情况下地震产生的力的幅值和方向，在地震地面运动的过程中是不断变化的。并且Pushover荷载和结构的反应是同相的，而实际结构中地震激励和结构反应不一定是同相的。因此Pushover分析和实时地震加载反应是不同的。
（8）三维建筑一般不能用平面推覆进行分析。对于平面严重不对称的结构，或存在大量非正交构件的结构，平面的Pushover分析并不适用。这种情况下，需要建立空间模型来进行Pushover分析。三维结构可分别沿主方向推覆，也可以在两个正交方向同时进行推覆。
（9）Pushover分析法有比较明确的适用范围。对于总高度较低、且弹塑性地震响应主要取决于第一振型的结构,可以采用Pushover 方法, 但需采用两种不同形式侧力模式。对于结构底部楼层, 宜采用均布侧力模式的Pushover 分析结果,而对于其它楼层,可以采用近似考虑高阶振型影响的侧力分布模式(如SRSS 分布模式,考虑高度影响的侧力分布模式等) 的Pushover 分析结果。对于总高度较高、且受高阶振型影响较大的结构,无论采用何种固定侧力模式,均与弹塑性时程分析结果有较大的差距,不能准确反映结构的抗震性能。因此,对于这种类型的结构,采用单一固定侧力分布模式进行Pushover 方法来确定其弹塑性地震响应是不合适的。尽管如此,采用Pushover 方法来确定结构的薄弱部位仍具有一定的参考价值。此外, Pushover 分析结果一般来说是偏于保守的,但对受高振型影响较大的结构则过于保守。因此,正确认识Pushover方法的准确性和适用性,有助于在实际工程中更合理的采用这种简化近似方法。
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