第三章結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析和抗震計(jì)算演示文稿

第三章結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析和抗震計(jì)算演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有30頁\編輯于星期四優(yōu)選第三章結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析和抗震計(jì)算現(xiàn)在是2頁\一共有30頁\編輯于星期四1、結(jié)構(gòu)抗震理論的發(fā)展

1）靜力理論階段---靜力法

1920年，日本大森房吉提出。假設(shè)建筑物為絕對(duì)剛體。地震作用按下式計(jì)算其中地震系數(shù)為

然后將F作為靜荷載，按靜力方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)。

2）定函數(shù)理論

前蘇聯(lián)科學(xué)家首先提出的，地面運(yùn)動(dòng)可用若干個(gè)不同振幅、不同阻尼和不同頻率的衰減正弦函數(shù)的和來表示，也即常稱其為放大系數(shù)。現(xiàn)在是3頁\一共有30頁\編輯于星期四3）反應(yīng)譜法

1940年，美國皮奧特提出地震作用按下式計(jì)算---重力荷載代表值---地震系數(shù)（反映震級(jí)、震中距、地基等的影響）---動(dòng)力系數(shù)(反映結(jié)構(gòu)周期、阻尼等特性的影響)

計(jì)算出地震作用后，按靜力計(jì)算方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)；隨后又在此方法的基礎(chǔ)上發(fā)展出簡(jiǎn)化方法：底部剪力法。這是目前世界上最普遍采用的方法。4）直接動(dòng)力分析理論---時(shí)程分析法

將實(shí)際地震加速度時(shí)程記錄（簡(jiǎn)稱地震記錄作為動(dòng)荷載輸入，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析。此外有以地震時(shí)輸入結(jié)構(gòu)的能量進(jìn)行設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)所吸收的能量不致造成結(jié)構(gòu)破壞的理論等。但這些方法還沒有進(jìn)入抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，因此未被抗震設(shè)計(jì)使用?，F(xiàn)在是4頁\一共有30頁\編輯于星期四

a.不超過40m的規(guī)則結(jié)構(gòu)：底部剪力法

b.一般的規(guī)則結(jié)構(gòu)：兩個(gè)主軸的振型分解反應(yīng)譜法。

c.質(zhì)量和剛度分布明顯不對(duì)稱結(jié)構(gòu)：考慮扭轉(zhuǎn)或雙向地震作用的振型分解反應(yīng)譜法。

d.8、9度區(qū)的大跨、長懸臂結(jié)構(gòu)和9度區(qū)內(nèi)高層建筑需考慮豎向地震作用。

e.特別不規(guī)則、甲類和超過規(guī)定范圍的高層建筑需采用一維或二維時(shí)程分析法進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算。

正確反映結(jié)構(gòu)的慣性作用才能準(zhǔn)確計(jì)算結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)，結(jié)構(gòu)的慣性是由結(jié)構(gòu)的質(zhì)量及其分布決定的，因此確定結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖的關(guān)鍵是如何表述結(jié)構(gòu)的質(zhì)量及其分布。結(jié)構(gòu)質(zhì)量及其分布的描述有：1.分布質(zhì)量描述；2.集中質(zhì)量描述。2、動(dòng)力分析計(jì)算方法的適用范圍3.1.3結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算簡(jiǎn)圖及體系自由度現(xiàn)在是5頁\一共有30頁\編輯于星期四

a.集中質(zhì)量描述

按質(zhì)量分布劃分區(qū)域；以區(qū)域內(nèi)質(zhì)量中心為基準(zhǔn)，將區(qū)域內(nèi)全部質(zhì)量集中于此，形成質(zhì)點(diǎn)；單層廠房、水塔等絕大部分質(zhì)量集中在屋蓋處或儲(chǔ)水柜處，可把結(jié)構(gòu)中參與振動(dòng)的質(zhì)量按動(dòng)能等效的原理全部集中在一個(gè)點(diǎn)上，并用無質(zhì)量的彈性桿支承在地面上，形成一個(gè)單質(zhì)點(diǎn)體系。上述體系在單一水平向地震作用下，可按一個(gè)單自由度彈性體系來分析。

體系自由度的確定與結(jié)構(gòu)體系的組成、各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方式、各質(zhì)點(diǎn)受到的約束等有關(guān)。

b.分布質(zhì)量描述體系的質(zhì)量并不明顯地集中于某點(diǎn)或某幾點(diǎn)，因此體系的質(zhì)量是均勻或近似均勻分布的，所以只能采用分布質(zhì)量的方法來描述此類體系，造成體系的自由度有無數(shù)個(gè)。現(xiàn)在是6頁\一共有30頁\編輯于星期四3.2單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析一、地震作用下單自由度體系的運(yùn)動(dòng)方程質(zhì)點(diǎn)位移質(zhì)點(diǎn)加速度慣性力彈性恢復(fù)力阻尼力運(yùn)動(dòng)方程現(xiàn)在是7頁\一共有30頁\編輯于星期四二、單自由度體系動(dòng)力學(xué)分析回顧1.單自由度體系自由振動(dòng)（1）無阻尼時(shí)時(shí)（2）有阻尼時(shí)現(xiàn)在是8頁\一共有30頁\編輯于星期四m

將荷載看成是連續(xù)作用的一系列沖量，求出每個(gè)沖量引起的位移后將這些位移相加即為動(dòng)荷載引起的位移。2.單自由度體系受迫振動(dòng)---沖量法現(xiàn)在是9頁\一共有30頁\編輯于星期四m（1）.瞬時(shí)沖量的反應(yīng)a.t=0時(shí)作用瞬時(shí)沖量mb.

時(shí)刻作用瞬時(shí)沖量現(xiàn)在是10頁\一共有30頁\編輯于星期四(2).動(dòng)荷載的位移反應(yīng)m---杜哈美積分計(jì)阻尼時(shí)若t=0時(shí)體系有初位移、初速度b.

時(shí)刻作用瞬時(shí)沖量現(xiàn)在是11頁\一共有30頁\編輯于星期四三、單自由度體系地震作用分析運(yùn)動(dòng)方程或其中由Duhamel積分可得零初始條件下質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于地面的位移為最大位移反應(yīng)現(xiàn)在是12頁\一共有30頁\編輯于星期四質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于地面的速度為質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于地面的最大速度反應(yīng)為現(xiàn)在是13頁\一共有30頁\編輯于星期四質(zhì)點(diǎn)的絕對(duì)加速度為質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于地面的最大加速度反應(yīng)為現(xiàn)在是14頁\一共有30頁\編輯于星期四四、地震反應(yīng)譜最大相對(duì)速度最大加速度最大反應(yīng)之間的關(guān)系在阻尼比、地面運(yùn)動(dòng)確定后，最大反應(yīng)只是結(jié)構(gòu)周期的函數(shù)。

單自由度體系在給定的地震作用下某個(gè)最大反應(yīng)與體系自振周期的關(guān)系曲線稱為該反應(yīng)的地震反應(yīng)譜。最大相對(duì)位移現(xiàn)在是15頁\一共有30頁\編輯于星期四位移反應(yīng)譜Elcentro1940（N-S）地震記錄現(xiàn)在是16頁\一共有30頁\編輯于星期四相對(duì)速度反應(yīng)譜Elcentro1940（N-S）地震記錄現(xiàn)在是17頁\一共有30頁\編輯于星期四絕對(duì)加速度反應(yīng)譜Elcentro1940（N-S）地震記錄現(xiàn)在是18頁\一共有30頁\編輯于星期四相對(duì)位移反應(yīng)譜絕對(duì)加速度反應(yīng)譜相對(duì)速度反應(yīng)譜地震反應(yīng)譜的特點(diǎn)1.阻尼比對(duì)反應(yīng)譜影響很大2.對(duì)于加速度反應(yīng)譜，當(dāng)結(jié)構(gòu)周期小于某個(gè)值時(shí)幅值隨周期急劇增大，大于某個(gè)值時(shí)，快速下降。3.對(duì)于速度反應(yīng)譜，當(dāng)結(jié)構(gòu)周期小于某個(gè)值時(shí)幅值隨周期增大，隨后趨于常數(shù)。4.對(duì)于位移反應(yīng)譜，幅值隨周期增大。現(xiàn)在是19頁\一共有30頁\編輯于星期四不同場(chǎng)地條件對(duì)反應(yīng)譜的影響將多個(gè)地震反應(yīng)譜平均后得平均加速度反應(yīng)譜

地震反應(yīng)譜是現(xiàn)階段計(jì)算地震作用的基礎(chǔ)，通過反應(yīng)譜把隨時(shí)程變化的地震作用轉(zhuǎn)化為最大的等效側(cè)向力。周期（s)巖石堅(jiān)硬場(chǎng)地厚的無粘性土層軟土層結(jié)構(gòu)的阻尼比和場(chǎng)地條件對(duì)反應(yīng)譜有很大影響?，F(xiàn)在是20頁\一共有30頁\編輯于星期四3.3單自由度彈性體系的水平地震作用與抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜一、單自由度體系的水平地震作用

對(duì)于單自由度體系，把慣性力看作反映地震對(duì)結(jié)構(gòu)體系影響的等效力，用它對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震驗(yàn)算。結(jié)構(gòu)在地震持續(xù)過程中經(jīng)受的最大地震作用為---集中于質(zhì)點(diǎn)處的重力荷載代表值；---重力加速度---動(dòng)力系數(shù)---地震系數(shù)---水平地震影響系數(shù)現(xiàn)在是21頁\一共有30頁\編輯于星期四二、抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜現(xiàn)在是22頁\一共有30頁\編輯于星期四---地震影響系數(shù)；---地震影響系數(shù)最大值；地震影響系數(shù)最大值（阻尼比為0.05）1.400.90(1.20)0.50(0.72)-----罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震9876地震影響烈度

括號(hào)數(shù)字分別對(duì)應(yīng)于設(shè)計(jì)基本加速度0.15g和0.30g地區(qū)的地震影響系數(shù)---結(jié)構(gòu)周期；現(xiàn)在是23頁\一共有30頁\編輯于星期四---特征周期；地震特征周期分組的特征周期值（s）0.900.650.450.35第三組0.750.550.400.30第二組0.650.450.350.25第一組ⅣⅢⅡⅠ場(chǎng)地類別---曲線下降段的衰減指數(shù)；---直線下降段的斜率調(diào)整系數(shù)；---阻尼調(diào)整系數(shù)，小于

0.55時(shí)，應(yīng)取0.55?，F(xiàn)在是24頁\一共有30頁\編輯于星期四解：（1）求結(jié)構(gòu)體系的自振周期（2）求水平地震影響系數(shù)查表確定地震影響系數(shù)最大值（阻尼比為0.05）1.400.90(1.20)0.50(0.72)-----罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震9876地震影響烈度例：?jiǎn)螌訂慰缈蚣堋Ｎ萆w剛度為無窮大，質(zhì)量集中于屋蓋處。已知設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震分組為二組，Ⅰ類場(chǎng)地；屋蓋處的重力荷載代表值G=700kN，框架柱線剛度,阻尼比為0.05。試求該結(jié)構(gòu)多遇地震時(shí)的水平地震作用。h=5m現(xiàn)在是25頁\一共有30頁\編輯于星期四查表確定解：例：?jiǎn)螌訂慰缈蚣堋Ｎ萆w剛度為無窮大，質(zhì)量集中于屋蓋處。已知設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震分組為二組，Ⅰ類場(chǎng)地；屋蓋處的重力荷載代表值G=700kN，框架柱線剛度,阻尼比為0.05。試求該結(jié)構(gòu)多遇地震時(shí)的水平地震作用。（1）求結(jié)構(gòu)體系的自振周期（2）求水平地震影響系數(shù)h=5m查表確定地震特征周期分組的特征周期值（s）0.900.650.450.35第三組0.750.550.400.30第二組0.650.450.350.25第一組ⅣⅢⅡⅠ場(chǎng)地類別現(xiàn)在是26頁\一共有30頁\編輯于星期四解：例：?jiǎn)螌訂慰缈蚣?。屋蓋剛度為無窮大，質(zhì)量集中于屋蓋處。已知設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震分組為二組，Ⅰ類場(chǎng)地；屋蓋處的重力荷載代表值G=700kN，框架柱線剛度,阻尼比為0.05。試求該結(jié)構(gòu)多遇地震時(shí)的水平地震作用。（1）求結(jié)構(gòu)體系的自振周期（2）求水平地震影響系數(shù)h=5m（3）計(jì)算結(jié)構(gòu)水平地震作用現(xiàn)在是27頁\一共有30頁\編輯于星期四三、重力荷載代表值的確定

結(jié)構(gòu)的重力荷載代表值等于結(jié)構(gòu)和構(gòu)配件自重標(biāo)準(zhǔn)值Gk加上各可變荷載組合值。---第i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值；---第i個(gè)可變荷載的組合值系數(shù)；

不考慮

軟鉤吊車0.3

硬鉤吊車0.5

其它民用建筑0.8

藏書庫、檔案庫1.0按實(shí)際情況考慮的樓面活荷載

不考慮屋面活荷載0.5屋面積灰荷載