模拟构件屈服和屈服后行为

（1）杆单元模型。程序中常采用离散的塑性铰来模拟杆件的非线性行为，它们可以被指定到杆件的任意位置，允许使用非耦合弯矩、扭矩、轴力和剪力铰。还有基于铰位置轴力和弯矩相互作用的P-M2-M3耦合铰，在同一位置可以有不止一种类型的铰。例如，梁单元的同一端可以同时存在一个弯矩铰和一个剪力铰。

除了使用塑性铰模型模拟杆件的塑性行为，还可以使用纤维模型。纤维模型，基于平截面假定，将杆件的内力—变形关系转化成混凝土与钢筋的应力—应变关系。

（2）剪力墙模型

SAP2000V14中增加了用于模拟剪力墙非线性行为的单元—非线性分层壳单元。分层壳单元基于复合材料力学原理，将一个壳单元分成多层，每层根据需要设置不同的厚度和材料，材料一般包括钢筋或混凝土等。在有限元计算时，首先得到壳单元中心层的应变和曲率，然后根据壳单元各层材料在厚度方向满足平截面假定，由中心层应变和曲率得到各钢筋和混凝土层的应变，进而由材料本构方程可以得到相应的应力，积分得到整个壳单元的内力。分层壳单元考虑了面内弯曲-面内剪切-面外弯曲之间的耦合作用，比较全面地反映了壳体结构的空间力学性能。文献[1～3]中，分层壳模型计算和实际结构试验进行了大量对比，表明了分层壳模型在分析剪力墙结构时具有很高的精度和实用性。另外壳的平面外性能受分层壳的层数影晌，层数越多，计算结果越精确，文献[2]对其精度与层数的关系进行了详细研究。

钢筋混凝土剪力墙通常由若干混凝土层和钢筋层构成。在SAP2000中，钢筋是单轴材料，通过指定材料角来描述钢筋的分布方向，钢筋层的厚度通过将实配钢筋均匀“弥散”到一层的原理来换算。对于混凝土材料，可以选择Mander模型来考虑箍筋的影响，用于模拟墙体端部的约束混凝土。因此，根据剪力墙厚度、配筋量、钢筋分布方式、材料等级的不同可以定义不同的分层壳单元，来模拟不同位置的墙肢或连梁的非线性行为。值得一提的是，在SAP2000中，可以有选择性地考虑分层壳单元各个自由度方向的非线性行为，以及有选择性地考虑平面外的非线性行为。因此可以根据实际情况合理简化剪力墙的分层壳模型，达到加快运算速度，保证计算精度的目的。

由于早期版本的SAP2000以及目前的ETABS程序中，只提供了杆件单元的塑性铰模型，没有壳面的弹塑性模型，对于含剪力墙结构的Pushover分析需要用等代框架代替剪力墙。按照性能等效、内力等效的原则，将墙体等效为框架，并加上塑性铰来模拟剪力墙的塑性行为。许多科研人员、工程人员就该问题展开了广泛深入的讨论，并提出了多种等效模型。比如，文献[4]提出的“刚性柱—刚性梁—斜撑—链杆”模型；文献[5]提出的“修正的多垂直杆模型”；文献[6～7]提出的“等效柱”模型等。这些模型已被运用于工程实践中，为实现带有剪力墙结构的抗震性能评估进行了有益的尝试。当然，等效框架模型是在没有更完善的理论和程序支持的前提下探寻的解决办法，随着理论研究和计算方法的不断完善，成熟的壳面弹塑性模型会成为更多工程人员的一首选，被广泛运用于实际工程当中。