如何學習、學好、掌握結構彈塑性時程分析？

01-08

謝謝邀請

結構彈塑性時程分析，我搞過一段時間，以我的能力，我恐怕只能回答如何入門，至於學好與掌握，恐怕還很遠很遠。

首先我們明確一下，結構彈塑性時程分析這個問題，我默認你指的結構是鋼筋混凝土結構，而不是鋼結構。而你想討論的，確定是時程分析方法，不是其他的分析方法例如pushover。

然後，我想談一下，我對彈塑性時程分析，目前研究程度的一個認識。

我認為彈塑性時程分析，至今還是一個前沿問題，一個尚未很好解決的問題，一個在工程應用中，尚未不能很好應用的方法。

基於這個認識，我只能談如何入門，至於掌握，談不上。

從這個課題的題目而言，涉及到幾方面的知識，混凝土結構學，混凝土力學，結構動力學，地震工程學。

因此在進入彈塑性時程分析領域前，應該有前面幾方面的基礎知識。

先說結構動力學。

從我的經驗上看，很多人恐怕都認為時程分析方法是比反應譜方法更高級，更準確的方法。實際上，時程分析方法是比反應譜更簡單的方法，也更早被發明出來（這個待考證，憑記憶），只是因為時程分析方法的計算量大，當時沒有計算機，搞不定，所以大家才費勁腦殼，去想出反應譜等其他方法。時程分析方法的提出，是最水到渠成的，寫出振動微分方法，然後求解，怎麼解，最暴力的直接積分。從編程的角度上看，時程分析方法也很簡單，而譜方法的特徵值，特徵向量求解，就是個麻煩事。

從分析方法的效果上說，反應譜方法他是一個統計結果，是若干次單質點的時程分析結果的統計，他有他的有效性，而時程分析方法，雖然很直接，但是成功的一個很重要的前提就是要選對地震波，選波本身就是一個難題。

所以地震工程學是必不可少了。

這些搞清楚了，之後，就可以進行結構的彈性時程分析了。

那麼要進入混凝土彈塑性分析，就要搞清楚這個彈塑性的問題。

混凝土的彈塑性是怎麼來的，這涉及到鋼筋混凝土結構的材料非線性。與鋼結構相比，鋼筋混凝土結構的材料非線性有他自己的特點。

首先，混凝土開裂特性，開裂後剛度削弱，開裂後裂縫閉合擠壓，都是混凝土材料特有的材料非線性；其次鋼筋屈服後卸載的包辛格效應；最後，鋼筋和混凝土搞到一塊的效應。在靜力非線性計算，上面這個問題材料非線性就不是一個簡單問題。

動力時程分析，實際上就是進行若干次的非線性靜力分析迭代，同時要考慮鋼筋和混凝土的加卸載效應。也就是說，動力時程分析的正確性是建立在非線性靜力分析的正確性上。所以某些同志，在靜力非線性都搞不好的時候，就搞動力非線性，自己都要把自己搞暈。

把彈塑性和動力時程分析方法，搞到一塊，就成了彈塑性動力時程分析了。

到此為止，算是把混凝土結構彈塑性時程分析的大概意思搞明白了。

混凝土結構彈塑性時程分析的做法，大概有2種，

一種是直接方法，就是把鋼筋，混凝土的加卸載應力應變關係定義好，然後直接搞非線性時程積分，這是最直接的方法，也是真正的彈塑性時程分析。直接方法，原理很簡單，但是計算工作量太大了，對於一個複雜的大型結構而言，那計算工作量簡直就是災難。

一種是間接方法，剛才說混凝土結構材料非線性很難搞，那麼就簡化這個問題吧。非線性效應我們不要考慮那麼仔細，我們就關心屈服之後的吧。

在地震中，某些截面，鋼筋屈服後，荷載會達到承載力，這時候在增加荷載，這個位置就會轉動，這個被稱為塑性鉸。這些位置也已經進入了塑性。塑性鉸方法，就是先把鋼筋和混凝土搞一塊，分析出截面的塑性鉸特性。然後分析一下，結構哪些位置比較薄弱，比較容易進入塑性，就把這些地方定義為塑性鉸，定義出整個截面的彈塑性效應（而不是材料的彈塑性效應）。用這個來模擬，結構進入非線性後，內力重分配效應。這個截面彈塑性特性，可以用實驗做滯回曲線，也可以用截面分析方法得到滯回曲線。這樣就進行彈性時程分析，計算內力，其他位置材料都是彈性的，塑性鉸位置，達到極限荷載前也是彈性的，當荷載超過時，就要按照塑性鉸的特性來計算。

這個方法比起直接方法來，簡化了很多工作量，使得大型結構的彈塑性時程分析成為可能（僅僅是可能）。但是塑性鉸方法成功的前提是，能夠準確的定義塑性鉸特性，這個還好說，更重要的一點是，要能夠預測塑性鉸出鉸位置，這個對於複雜結構而言，我覺得也是一件非常非常麻煩的事情。

同時對於複雜空間結構，這個塑性鉸恐怕也沒那麼好定義。

把上面說的這些都搞懂，學完之後，我覺得才算終於算摸著彈塑性時程分析的門邊了。

接下來，應該看一些文獻綜述，看看目前為止大家是怎麼做的，哪些是成熟的，哪些是正在研究的。

EESD（Earthquake Engineering and Structural Dynamic）雜誌的主編Chopra是這方面的大牛。

然後，然後我也不知道該怎麼做了，那就沒有然後了。

很久沒做這方面的事情了，啰嗦的說了半天。

太高深了

根據工程來學習，基本的理論以及性能設計方法

徐教授寫的不錯。直觀簡明。。