本书系统的介绍了建筑结构抗震弹塑性分析的理论、模型、方法和典型算例。主要内容包括:性能化抗震设计的基本概念;框架结构和剪力墙结构的常用弹塑性分析模型;静力弹塑性分析(Pushover分析、静力推覆分析)、动力弹塑性分析(弹塑性时程分析);ABAQUS、MSC.Marc、SAP2000、Perform-3D、OpenSees等有限元软件中的地震弹塑性分析模型和算例,以及作者在上述软件中开发的适用于抗震弹塑性分析的数值模型;本书还介绍了结构抗震弹塑性分析的一些最新进展,包括:结构倒塌模拟及基于倒塌的结构体系安全性研究,中美典型高层建筑抗震设计对比等内容。
本书可作为高等院校土建类专业的研究生教材,也可供广大土建设计人员在工程计算分析中参考。
目前,抗震弹塑性分析已经成为我国复杂建筑工程设计中不可缺少的一环,为保障我国复杂工程抗震安全发挥了非常重要的作用。
工程抗震设计,首先必须保证其在罕遇地震下的抗倒塌安全问题,其次还需要控制其在不同水准地震下的震害损失,实现性能化抗震设计。由于工程结构在设防及罕遇地震下不可避免的会出现非线性行为,因此弹塑性分析是抗倒塌设计和性能化设计所必须的工具。
特别是以美国为代表的国际抗震先进国家,已经将“基于一致倒塌率的抗震设计(即:50年内地震倒塌率不得高于1%)”作为常规结构的抗震设计的标准写入美国土木工程师学会(ASCE)设计规范,并将地震工程的前沿从性能化设计发展到“可恢复功能的抗震设计”,代表了未来的重要发展方向。无论是通过控制倒塌率实现“基于一致倒塌率的抗震设计”,还是通过控制震害损失实现“可恢复功能的抗震设计”,都离不开弹塑性分析手段。因此,在将我国从“地震灾害大国”建设成“工程抗震强国”奋斗的过程中,弹塑性分析势必还将发挥更加重要的作用。
清华大学抗震防灾课题组近10年来在结构抗震弹塑性计算模型、性能化抗震设计方法、结构震害原因分析和抗倒塌措施等方面开展了系统的科学研究和工程实践。本书以上述工作为基础,对抗震弹塑性分析理论、模型、方法及软件使用加以系统介绍,并给出了一些典型算例。在内容组织上主要面向实践应用,适当照顾其理论性和前沿性。一些更加深入的理论性或前沿性内容,读者可以参阅拙作《混凝土结构有限元分析(第2版)》及《工程地震灾变模拟:从高层建筑到城市区域》。
陆新征 于清华大学获工学学士和博士学位,现任清华大学土木工程系教授,防灾减灾工程研究所所长,兼任《工程力学》期刊主编。
主要从事土木工程防灾减灾及工程数值模拟方面的研究,承担国家、省部级课题十余项,发表学术论文200余篇,出版专著6部。论著累计被引用8000余次。多项研究成果被标准规范及重要结构计算软件采纳,并应用于重要工程的设计或分析。参与汶川、玉树、芦山、鲁甸等地震的抗震救灾工作。
1.5 结构弹塑性分析的未来发展