抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計3、結(jié)構(gòu)地震反應分析與抗震驗算課件.ppt

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1、3結(jié)構(gòu)地震反應分析與抗震驗算3.1概述3.2單自由度彈性體系的地震反應分析3.3單自由度彈性體系的水平地震作用及其反應譜3.4多自由度彈性體系的地震反應的振型分解法3.5多自由度體系的水平地震作用3.6結(jié)構(gòu)自振周期和振型計算3.7地基與結(jié)構(gòu)的相互作用3.10結(jié)構(gòu)的抗震驗算3.結(jié)構(gòu)地震反映分析與抗震驗算3.1概述1.結(jié)構(gòu)地震反應地震對結(jié)構(gòu)的影響稱為結(jié)構(gòu)的地震反應(如速度、加速度、位移和內(nèi)力等)。結(jié)構(gòu)在地震作用過程中的每一瞬間上，其動力反應是不同的，且結(jié)構(gòu)的動力反應又與自身的動力特性互相影響。只有求解結(jié)構(gòu)體系的運動微分方程，才能了解每一瞬時

2、的結(jié)構(gòu)動力反應。2.地震作用各類施加于結(jié)構(gòu)上的荷載為直接作用；結(jié)構(gòu)的地震反應是因慣性產(chǎn)生的，因此是一個間接作用。3.建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計步驟計算結(jié)構(gòu)的地震作用；計算結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的地震作用效應；將地震作用效應與其他荷載效應組合，進行結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的承載力及變形；滿足相應的構(gòu)造措施。4.工程中求解地震反應的方法擬靜力法（等效荷載法）：通過反應譜理論將地震對建筑物的組用以等效荷載的方法表示，并按靜力分析方法對結(jié)構(gòu)計算內(nèi)力和位移。直接動力法：通過對結(jié)構(gòu)動力方程積分，求出結(jié)構(gòu)的地震反應與時間的變化，繪制曲線－時程分析法。5.與各類型結(jié)構(gòu)相應的地震作用分析方

3、法不超過40m的規(guī)則結(jié)構(gòu)：底部剪力法；一般的規(guī)則結(jié)構(gòu)：兩個主軸的振型分解反應譜法；質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱結(jié)構(gòu)：考慮扭轉(zhuǎn)或雙向地震作用的振型分解反應譜法；8、9度時的大跨、長懸臂結(jié)構(gòu)和9度的高層建筑：考慮豎向地震作用；特別不規(guī)則、甲類和超過規(guī)定范圍的高層建筑：一維或二維時程分析法的補充計算。3.2單自由度彈性體系的地震反應分析補充：單自由度體系動力學分析回顧1.單自由度體系自由振動無阻尼時有阻尼時時阻尼：振動過程中的阻力。無阻尼自由振動：系統(tǒng)只在恢復力作用下維持的振動。其振動的振幅不隨時間而改變，振動過程將無限地進行下去。有阻尼自由振動

4、：系統(tǒng)在振動過程中，除受恢復力外，還存在阻尼力，這種阻尼力的存在不斷消耗振動的能量，使振幅不斷減小。強迫振動：在外加激振力作用下的振動稱為強迫振動。（工程中的自由振動，都會由于阻尼的存在而逐漸衰減，最后完全停止。但實際上又存在有大量的持續(xù)振動，這是由于外界有能量輸入以補充阻尼的消耗，一般都承受外加的激振力。）有阻尼受迫振動有兩部分組成。第一部分是衰減振動；第二部分是受迫振動。3.2.1計算簡圖1.單自由度彈性體系把結(jié)構(gòu)的所有質(zhì)量集中在屋蓋處，墻、柱視為一個無質(zhì)量的彈性桿，形成一個單質(zhì)點體系。（質(zhì)點是只有質(zhì)量、沒有大小的物體）當一個單質(zhì)點

5、體系只作單向振動時，形成一個單自由度體系。結(jié)構(gòu)動力自由度：結(jié)構(gòu)體系在任意瞬時的一切可能的彈性變形中，決定全部質(zhì)點位置所需的獨立參數(shù)的數(shù)目。3.2.2運動方程質(zhì)點相對于地面的位移地面的水平位移質(zhì)點的總位移質(zhì)點相對速度質(zhì)點加速度慣性力彈性恢復力阻尼力根據(jù)達朗貝爾原理：單質(zhì)點彈性體系在地震作用下的運動方程為：設(shè)單自由度彈性體系的地震反應分析就是常系數(shù)二階非齊次對方程的求解。解答包含兩個部分：對應齊次方程的通解；代表體系的有阻尼自由振動。方程的特解；代表體系在地震作用下的強迫振動——彈性直桿的剛度，即質(zhì)點發(fā)生單位位移時，在質(zhì)點上施加的力；——依

6、據(jù)粘滯理論的阻尼力，如材料的摩擦、地基土的摩擦以及周圍介質(zhì)對振動的阻力等；——阻尼系數(shù)；——無阻尼單自由度彈性體系的自振園頻率，單位為赫茲()；——體系的阻尼比，0.01～0.1(一般結(jié)構(gòu))，規(guī)范取為0.05。3.2.3自由振動1.自由振動方程根據(jù)常系數(shù)微分方程理論，齊次方程的解為：其中：為有阻尼時的自振頻率。當無阻尼時。由上圖可知，無阻尼自由振動時的振幅不變，而有阻尼體系自由振動的振幅隨時間的增加而減小，且體系的阻尼越大，其振幅的衰減就越快。2.自振周期與自振頻率自振頻率：即單位時間質(zhì)點的振動次數(shù)。圓頻率：即質(zhì)點在秒內(nèi)的振動次數(shù)。自振

7、周期：。有阻尼時的自振周期：嚴格講，有阻尼時的自由振動時不具有周期的，但由于體系的運動是往復的，質(zhì)點每振動一個循環(huán)所需要的時間間隔是相等的，此時間間隔就定義為有阻尼體系的周期。有阻尼時的自振圓頻率：可以看出，有阻尼時，結(jié)構(gòu)頻率減小，而周期增大。表示結(jié)構(gòu)不振動，為臨界阻尼比?？捎稍囼灤_定。＞1.0→體系不振動；＜1.0→體系振動。由得：稱為臨界阻尼系數(shù)。理論上：但由于值很小，故取。3.2.4強迫振動1.瞬時沖量及其引起的自由振動荷載Ｐ與作用時間△t的乘積，即Ｐ·△t稱為沖量。當作用時間為瞬時dt時，則稱Pdt為瞬時沖量。根據(jù)動量定律，沖量

8、等于動量的增量。即：若體系原先靜止，初速度為零，則體系在瞬時沖量作用下獲得的速度為：又因體系原處于靜止狀態(tài)，故體系的初位移為零。這樣可認為在瞬時荷載作用后的瞬間，體系的位移仍為零。也就是說，原來靜止的體系在