随着震害经验的不断积累，人们逐渐认识到地震时的地面运动是多维的，因此将结构简化成平面模型并只考虑单向地震动作用的弹塑性分析不能全面反映和揭示结构地震反应的本质。为了正确评估结构的抗震安全性，必须对结构进行空间弹塑性动力反应分析。目前可以进行结构三维非线性分析的计算模型主要包括微观模型和宏观模型。微观模型直接用实体或者板壳单元等模拟结构或构件，虽然微观模型力学原理清晰，但存在建模难、计算量大，试验分析校正困难等问题，对于实际复杂结构的分析完全依赖微观模型模拟是不现实的。与微观模型相对应的是宏观模型，宏观模型具有单元自由度少，计算量小的优势，但却难以反映结构破坏的微观机理。目前宏观模型作为一种有效的单元分析模型广泛应用于结构的弹塑性地震反应分析。宏观-微观结合方法是较有希望解决复杂结构弹塑性问题的一种方法。它也是以构件作为基本单元，但是在单元内部进一步划分子单元，利用某些假定，譬如平截面假定等，来规定内部子单元相互之间的变形协调关系，这些子单元可以遵循不同的本构关系，使单元内部复杂的应力状态得以较好地描述。纤维单元模型和分层单元模型等可以归结为这类单元。　　 为了在计算精度和计算代价之间寻求一个较好的平衡点，目前可利用两种途径来解决：①宏、微观结合的方法。对于结构中特别重要的构件，例如角柱，可以采用较为精细的微观模型，而对于那些相对次要的结构构件可以则采用宏观模型。②采用柔度法计算。目前，在梁柱单元分析的假定上大多采用的是刚度法，刚度法采用三次多项式的位移插值函数，当构件进入非线性范围内，其假设的形函数与构件实际变形差异较大，导致计算所得内力分布与实际受力分布间存在重大差异，无法准确描述构件的应变软化和局部强非线性问题。柔度法在单元状态确定阶段需要相对更多的步骤与过程，但由于其通常能给出真实准确的形函数矩阵，因而能更加接近梁柱单元实际受力情况，在理论上有其明显的优越性；并且其最大的优点在于仅用一个单元来模拟结构构件就可以达到相当的精度，可以同时满足计算精度和计算效率问题。　　 鉴于宏、微观模型和柔度法梁柱单元的优点，本文对其进行了以下几个方面的研究。　　 纤维模型作为宏观模型和微观模型之间的一种模型，由于其可以很好地考虑弯曲和轴向效应的耦合效应，已经被广泛的应用于结构或构件的非线性分析当中，但它不能模拟构件的剪切效应。对于纤维模型中考虑剪切效应的模型化方法，国内外研究甚少。为此，本文将Timoshenko梁理论与柔度法纤维模型相结合，推导了单元刚度矩阵，选择目前较为公认的PARK三参数滞回模型作为剪力-剪切变形本构，并利用大型有限元程序ABAQUS通过用户自定义单元二次开发接口UEL加以实现，给出了柔度法基于Timoshenko梁理论纤维模型非线性分析方法，最后通过算例验证了该方法的可靠性和有效性。　　 柔度法纤维模型和柔度法四折线恢复力模型在钢骨混凝土结构中的应用研究。为了解决高层建筑下部“胖柱”占用空间较大的问题，一些组合柱的形式相继被提出，如钢骨混凝土柱、钢管混凝土柱以及这些柱的联合型式。而这些组合柱的计算模型远没钢筋混凝土柱和钢柱那样成熟，为此本文将柔度法纤维模型推广应用于钢骨混凝土结构，探讨了各参数对钢骨混凝土柱弯矩-曲率的影响；综合钢骨混凝土的受力特性和现有钢骨混凝土的恢复力模型，给出了钢骨混凝土压弯构件四折线恢复力模型并规定了详细的滞回规则，将其与柔度法相结合，并通过用户自定义单元UEL 将其嵌入到通用有限元程序ABAQUS中，给出了柔度法基于四折线钢骨混凝土结构的非线性分析方法。通过对柔度法纤维模型和柔度法四折线恢复力模型的算例分析，验证了柔度法纤维模型和柔度法四折线恢复力模型在模拟钢骨混凝土结构非线性分析方面具有一定的精度。　　 基于塑性的屈服面模型的研究。作为空间恢复力模型中基于塑性的屈服面模型自被提出以来，由于演变过程较为复杂，未在实际工程中得到广泛应用，并且以往的屈服面模型都是基于刚度法的集中塑性假定模型。为了推广该方法在结构非线性分析中的应用，本文将其与柔度法相结合，并通过用户自定义单元UEL 将其嵌入到通用有限元程序ABAQUS中，给出了柔度法基于屈服面模型的结构非线性分析方法，通过算例验证了该方法的可靠性和有效性。　　 对柔度法纤维模型和柔度法屈服面模型的计算效率和计算精度进行了对比，将柔度法基于Timoshenko梁理论的纤维模型分析方法和柔度法基于屈服面模型的分析方法相结合对九层1:6钢筋混凝土框架-剪力墙结构振动台试验模型进行地震反应分析，并在结构顶层位移、加速度、基底剪力、及各层的最大层间位移角等多个方面与试验结果进行了对比，得出与试验结果相一致的结论。表明本文方法兼顾了计算效率和计算精度，具有较好的可靠性和稳定性，可以比较真实的模拟结构的弹塑性地震反应，这对研究结构三维非线性地震反应有较大的参考意义。