結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析與抗震計算分解課件

Tel-mail:gyhlhl@163.comQQ:329953890管友海中國石油大學(xué)（華東）儲建學(xué)院土木工程系

結(jié)構(gòu)抗震管友海結(jié)構(gòu)抗震2第3章結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析與抗震計算3.1概述3.2單自由度體系的彈性地震反應(yīng)分析3.3單自由度體系的水平地震作用與反應(yīng)譜3.4多自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析3.5多自由度彈性體系的最大地震與水平地震作用3.6豎向地震作用3.7結(jié)構(gòu)平扭耦合地震反應(yīng)與雙向水平地震影響3.8結(jié)構(gòu)非彈性地震反應(yīng)分析3.9結(jié)構(gòu)抗震驗算2第3章結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析與抗震計算3.1概述33.1概述一、結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)由地震動引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形、位移及結(jié)構(gòu)運(yùn)動速度與加速度等統(tǒng)稱結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。二、地震作用結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)是地震動通過結(jié)構(gòu)慣性引起的，因此地震作用（即結(jié)構(gòu)地震慣性力）是間接作用，而不稱為荷載，而稱為等效地震荷載。3.1概述

地震作用和結(jié)構(gòu)抗震驗算是建筑抗震設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，是確定所設(shè)計的結(jié)構(gòu)滿足最低抗震設(shè)防安全要求的關(guān)鍵步驟。三、地震作用的計算方法33.1概述一、結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)3.1概述地震作用4

由于地震作用的復(fù)雜性和地震作用發(fā)生的強(qiáng)度的不確定性，以及結(jié)構(gòu)和體形的差異等，地震作用的計算方法是不同的?？煞譃楹喕椒ê洼^復(fù)雜的精細(xì)方法：

一類為擬靜力方法，或稱等效荷載法，即通過反應(yīng)譜理論將地震對結(jié)構(gòu)物的作用，用等效的荷載來表示，進(jìn)而利用靜力分析方法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計算，以校核其抗震能力。

另一類為直接動力分析法，即對動力方程進(jìn)行直接積分，求出結(jié)構(gòu)反應(yīng)與時間變化的關(guān)系，得出所謂時程曲線，故此法亦稱時程分析法。三、地震作用的計算方法4由于地震作用的復(fù)雜性和地震作用發(fā)生的強(qiáng)度的不確定性5四、結(jié)構(gòu)動力計算簡圖及體系自由度描述結(jié)構(gòu)質(zhì)量：（1）連續(xù)化描述（分布質(zhì)量）：

偏微分分方程形式；（2）集中化描述（集中質(zhì)量）5四、結(jié)構(gòu)動力計算簡圖及體系自由度66專題研討（一）地震作用下單自由度體系的受力圖示？單自由度體系自由振動的解？何為阻尼？專題研討（一）83.2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)動方程質(zhì)點位移質(zhì)點加速度慣性力彈性恢復(fù)力阻尼力運(yùn)動方程83.2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9二、單自由度體系動力學(xué)分析回顧1.單自由度體系自由振動（1）無阻尼時時（2）有阻尼時9二、單自由度體系動力學(xué)分析回顧1.單自由度體系自由振動（110一般結(jié)構(gòu)的阻尼比很小，范圍為：0.01~0.1，（混凝土結(jié)構(gòu)一般取0.05；鋼結(jié)構(gòu)高度H≤50m時可取0.04；50m<H<200m時可取0.03；高度H≥200m時取0.02)10一般結(jié)構(gòu)的阻尼比很小，范圍為：0.01~0.1，11m

將荷載看成是連續(xù)作用的一系列沖量，求出每個沖量引起的位移后將這些位移相加即為動荷載引起的位移。2.單自由度體系強(qiáng)迫振動---沖量法11m將荷載看成是連續(xù)作用的一系列沖量，求出每個沖量12121313145.方程的通解

根據(jù)線性常微分方程理論：方程的通解=齊次解+特解(3-33a)

對于受地震作用的單自由度運(yùn)動體系，上式的意義為：體系地震反應(yīng)=自由振動+強(qiáng)迫振動(3-33b)145.方程的通解15三、單自由度體系地震作用分析運(yùn)動方程或其中由Duhamel積分可得零初始條件下質(zhì)點相對于地面的位移為最大位移反應(yīng)15三、單自由度體系地震作用分析運(yùn)動方程或其中由Duhame專題研討（二）由于地震是往復(fù)的，那該如何計算地震作用？什么是譜？何為地震反應(yīng)譜？專題研討（二）173.3.1水平地震作用的定義對于建筑設(shè)計來說，感興趣的是結(jié)構(gòu)最大反應(yīng)，為此，將質(zhì)點所受最大慣性力定義為單自由度體系的地震作用，即：

求得地震作用后，即可按靜力分析方法計算結(jié)構(gòu)的最大位移反應(yīng)！3.3單自由度體系的水平地震作用與反應(yīng)譜173.3.1水平地震作用的定義求得地震183.3.2地震反應(yīng)譜為便于求地震作用，將單自由度體系的地震最大絕對加速度反應(yīng)與其自振周期的關(guān)系定義為地震加速度反應(yīng)譜，或簡稱地震反應(yīng)譜，即：183.3.2地震反應(yīng)譜19

地震（加速度）反應(yīng)譜可理解為一個確定的地面運(yùn)動，通過一組阻尼比相同但自振周期各不相同的單自由度體系，所引起的各體系最大加速度反應(yīng)與相應(yīng)體系自振周期間的關(guān)系曲線，如圖所示。19地震（加速度）反應(yīng)譜可理解為一個確定的地面運(yùn)動20相對位移反應(yīng)譜絕對加速度反應(yīng)譜相對速度反應(yīng)譜地震反應(yīng)譜的特點1.阻尼比對反應(yīng)譜影響很大2.對于加速度反應(yīng)譜，當(dāng)結(jié)構(gòu)周期小于某個值時幅值隨周期急劇增大，大于某個值時，快速下降。3.對于速度反應(yīng)譜，當(dāng)結(jié)構(gòu)周期小于某個值時幅值隨周期增大，隨后趨于常數(shù)。4.對于位移反應(yīng)譜，幅值隨周期增大。20相對位移反應(yīng)譜絕對加速度反應(yīng)譜相對速度反應(yīng)譜地震反應(yīng)譜的專題研討（三）影響地震反應(yīng)譜的因素有哪些？專題研討（三）22

影響地震反應(yīng)譜的因素有兩個：一是體系阻尼比，二是地震動。一般體系阻尼比越小，體系地震加速度反應(yīng)越大，因此地震反應(yīng)譜值越大，如圖所示。22影響地震反應(yīng)譜的因素有兩個：一是體系阻233.3單自由度體系的水平地震作用與反應(yīng)譜地震動三要素，即振幅、頻譜和持時。由于地震動振幅對地震反應(yīng)譜的影響將是線性的，即地震動振幅越大，地震反應(yīng)譜值也越大，且它們之間呈線性比例關(guān)系。因此，地震動振幅僅對地震反應(yīng)譜值大小有影響。地震動頻譜反映了地震動不同頻率簡諧運(yùn)動的構(gòu)成。由共振原理知，地震反應(yīng)譜的“峰”將分布在震動的主要頻率成分段上。因此地震動的頻譜不同，地震反應(yīng)譜的“峰”的位置也將不同。233.3單自由度體系的水平地震作用與反應(yīng)譜地震動三要素，24

下圖分別是不同場地地震動和不同震中距地震動的反應(yīng)譜，反映了場地越軟和震中距越大，地震動主要頻率成分越小(或主要周期成分越長)，因而地震反應(yīng)譜的“峰”對應(yīng)的周期也越長的特性?？梢?，地震動頻譜對地震反應(yīng)譜的形狀有影響。因而影響地震動頻譜的各種因素，如場地條件、震中距等，均對地震反應(yīng)譜有影響。24下圖分別是不同場地地震動和不同震中距地震動的專題研討（四）地震反應(yīng)譜有什么用？地震反應(yīng)譜應(yīng)用到實際設(shè)計有哪些問題？專題研討（四）263.3.3抗震設(shè)計反應(yīng)譜一、單自由度體系的水平地震作用

對于單自由度體系，把慣性力看作反映地震對結(jié)構(gòu)體系影響的等效力，用它對結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震驗算。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)點處的重力荷載代表值；---重力加速度---動力系數(shù)---地震系數(shù)---水平地震影響系數(shù)263.3.3抗震設(shè)計反應(yīng)譜一、單自由度體系的水平地震作用27二、抗震設(shè)計反應(yīng)譜27二、抗震設(shè)計反應(yīng)譜28---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)0.28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

括號數(shù)字分別對應(yīng)于設(shè)計基本加速度0.15g和0.30g地區(qū)的地震影響系數(shù)---結(jié)構(gòu)周期；28---地震影響系數(shù)；---地震影響系數(shù)最地震影響系數(shù)最大29---特征周期；---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，應(yīng)取0.55。設(shè)計地震分組場地類別Ⅰ0Ⅰ1ⅡⅢⅣ第一組0.200.250.350.450.65第二組0.250.300.400.550.75第三組0.300.350.450.650.90注：計算罕遇地震作用時，特征周期應(yīng)增加0.05s。29---特征周期；---曲線下降段的衰減指數(shù)；---直線下專題研討（五）抗震設(shè)計反應(yīng)譜有多少種情況？專題研討（五）313132323333上臺講解例題3-2上臺講解例題3-235例：單層單跨框架。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)計地震分組為二組，Ⅰ類場地；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)多遇地震時的水平地震作用。h=5m課內(nèi)作業(yè)（10分鐘）35例：單層單跨框架。屋蓋剛度為無窮大，質(zhì)量集中于屋蓋處。已36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)0.28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：單層單跨框架。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)計地震分組為二組，Ⅰ類場地；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)多遇地震時的水平地震作用。h=5m36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37查表確定解：例：單層單跨框架。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)計地震分組為二組，Ⅰ1類場地；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查表確定設(shè)計地震分組場地類別Ⅰ0Ⅰ1ⅡⅢⅣ第一組0.200.250.350.450.65第二組0.250.300.400.550.75第三組0.300.350.450.650.90特征周期值(s)37查表確定解：例：單層單跨框架。屋蓋剛度為無窮大，質(zhì)量集中38解：例：單層單跨框架。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（0.20g），設(shè)計地震分組為二組，Ⅰ類場地；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）計算結(jié)構(gòu)水平地震作用38解：例：單層單跨框架。屋蓋剛度為無窮大，質(zhì)量集中于屋蓋處專題研討（六）多自由度彈性體系的地震反應(yīng)如何計算？專題研討（六）403.4多自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析

—振型分解反應(yīng)譜法ii+1m1m2mimn403.4多自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析ii+1m1m2m結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析與抗震計算分解ppt課件42424343444445454646專題研討（七）何為振型？專題研討（七）48484949505051

多自由度體系自由振動時，各質(zhì)點在任意時刻位移幅值的比值是一定的．不隨時間而變化，即體系在自由振動過程中的形狀保持不變。因此把反映體系自由振動形狀的向量稱為振型。對于串聯(lián)多質(zhì)點多自由度體系，其第幾階振型，在振型圖上就有幾個節(jié)點(振型曲線與體系平衡位置的交點)。利用振型圖的這一特征，可以定性判別所得振型正確與否。（教材例題3－4）51多自由度體系自由振動時，各質(zhì)點在任意時刻專題研討（八）三層框架結(jié)構(gòu)剛度如何計算？上臺講解（教材例題3－4）。專題研討（八）535354545555565657將各階振型用圖形表示，如圖3-15所示。圖中反映振型具有如下特征：對于串聯(lián)多質(zhì)點多自由度體系，其第幾階振型，在振型圖上就有幾個節(jié)點（振型曲線與體系平衡位置的交點）。利用振型圖的這一特征，可以定性判別所得振型正確與否。57將各階振型用圖形表示，如圖3-15所示。圖中反映振型具專題研討（九）振型正交性有什么意義？專題研討（九）595960振型的正交性i振型i振型上的慣性力j振型i振型上的慣性力在j振型上作的虛功i振型j振型60振型的正交性i振型i振型上的慣性力j振型i振型上的慣性力61j振型上的慣性力