時(shí)程分析方法課件

時(shí)程分析法概念

時(shí)程分析法是對(duì)結(jié)構(gòu)物的運(yùn)動(dòng)微分方程直接進(jìn)行逐步積分求解的一種動(dòng)力分析方法。由時(shí)程分析可得到各質(zhì)點(diǎn)隨時(shí)間變化的位移、速度和加速度動(dòng)力反應(yīng)，并進(jìn)而可計(jì)算出構(gòu)件內(nèi)力的時(shí)程變化關(guān)系。由于此法是對(duì)運(yùn)動(dòng)方程直接求解，又稱直接動(dòng)力分析法。直接動(dòng)力分析包括確定性動(dòng)力分析與非確定性動(dòng)力分析兩大類，即確定性動(dòng)力分析中的時(shí)程分析法與非確定性分析的隨機(jī)振動(dòng)分析法，這里主要介紹時(shí)程分析法。

《抗震規(guī)范》規(guī)定，重要的工程結(jié)構(gòu)，例如：大跨橋梁，特別不規(guī)則建筑、甲類建筑，高度超出規(guī)定范圍的高層建筑應(yīng)采用時(shí)程分析法進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算。時(shí)程分析法概念時(shí)程分析法是對(duì)結(jié)構(gòu)物的運(yùn)動(dòng)1結(jié)構(gòu)彈塑性時(shí)程分析方法的步驟

（1）按照建筑場(chǎng)址的場(chǎng)地條件、設(shè)防烈度、震中距遠(yuǎn)近等因素，選取若干條具有不同特性的典型強(qiáng)震加速度時(shí)程曲線，作為設(shè)計(jì)用的地震波輸入；（2）根據(jù)結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)特性、地震反應(yīng)內(nèi)容要求以及計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)量，建立合理的結(jié)構(gòu)振動(dòng)模型；（3）根據(jù)結(jié)構(gòu)材料特性、構(gòu)件類型和受力狀態(tài)，選擇恰當(dāng)?shù)臉?gòu)件恢復(fù)力模型，并確定相應(yīng)線段的剛度數(shù)值；（4）建立結(jié)構(gòu)在地震作用下的振動(dòng)微分方程：（5）采用逐步積分法求解振動(dòng)方程．求得結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的全過(guò)程。結(jié)構(gòu)彈塑性時(shí)程分析方法的步驟（1）按照建2輸入地震動(dòng)的選擇

《規(guī)范規(guī)定》：采用時(shí)程分析法時(shí)應(yīng)按建筑場(chǎng)地類別和設(shè)計(jì)地震分組選用不少于二組的實(shí)際強(qiáng)震記錄和一組人工模擬的加速度時(shí)程曲線，其平均地震影響系數(shù)曲線應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計(jì)意義上相符，其加速度時(shí)程的最大值可按規(guī)范給出的相應(yīng)值，彈性時(shí)程分析時(shí)，每條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的65%多條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的80%。輸入地震動(dòng)的選擇《規(guī)范規(guī)定》：采用時(shí)程分析法時(shí)應(yīng)3輸入地震動(dòng)選擇《2008橋梁抗震規(guī)范》：時(shí)程分析的最終結(jié)果，當(dāng)采用3組時(shí)程波計(jì)算時(shí)，應(yīng)取3組計(jì)算結(jié)果的最大值;當(dāng)采用7組時(shí)程波計(jì)算時(shí)，可取7組計(jì)算結(jié)果的平均值。在E1地震作用下，線性時(shí)程的計(jì)算結(jié)果不應(yīng)小于反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)果的80%。輸入地震動(dòng)選擇《2008橋梁抗震規(guī)范》：時(shí)程分析的最終結(jié)果，4輸入地震動(dòng)的選擇

輸入地震動(dòng)分為三種類型：1)擬建場(chǎng)地的實(shí)際強(qiáng)震記錄；2)典型的強(qiáng)震記錄；3)人工模擬地震波。

輸人的地震波，應(yīng)優(yōu)先選取與建筑所在場(chǎng)地的地震地質(zhì)環(huán)境相近似場(chǎng)地上所取得的實(shí)際強(qiáng)震記錄(加速度時(shí)程曲線)。所選用的強(qiáng)震記錄的卓越周期應(yīng)接近于建筑所在場(chǎng)地的自振周期，其峰值加速度宜大于100gal。此外，波的性質(zhì)還應(yīng)與建筑場(chǎng)地所需考慮的震中距相對(duì)應(yīng)。－《美國(guó)規(guī)范》規(guī)定最好的辦法是？數(shù)量、頻譜、強(qiáng)度、持時(shí)全方位考慮！輸入地震動(dòng)的選擇輸入地震動(dòng)分為三種類型：1)擬建5輸入地震動(dòng)的選擇

地震動(dòng)輸入對(duì)結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)影響非常大。目前的現(xiàn)狀是，輸入地震動(dòng)的選擇大多選擇為數(shù)不多的幾條典型記錄（如：1940年的ElCentro（NS）記錄或1952年的Taft記錄），國(guó)內(nèi)外進(jìn)行結(jié)構(gòu)時(shí)程分析時(shí)所經(jīng)常采用的幾條實(shí)際強(qiáng)震記錄主要有適用于I類場(chǎng)地的灤河波、適用于II、III類場(chǎng)地的El-Centrol波(1940，N-S)和Taft波（1952，E-w）、適用于IV類場(chǎng)地的寧河波等。輸入地震動(dòng)的選擇地震動(dòng)輸入對(duì)結(jié)構(gòu)的地6結(jié)構(gòu)時(shí)程分析的計(jì)算模型

結(jié)構(gòu)分析時(shí)均要根據(jù)結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)造、受力特點(diǎn)、計(jì)算機(jī)容量、要求的精度等各種因素，選擇既能較真實(shí)地描述結(jié)構(gòu)中力－變形性質(zhì)，又能使用簡(jiǎn)便的力學(xué)計(jì)算模型。這里將介紹最常用的層模型、桿模型以及有限元模型。結(jié)構(gòu)時(shí)程分析的計(jì)算模型結(jié)構(gòu)分析時(shí)均要7層模型

視結(jié)構(gòu)為懸臂桿。將結(jié)構(gòu)質(zhì)量集中于各樓層處，合并整個(gè)結(jié)構(gòu)的豎向承重構(gòu)件成一根豎向桿。用結(jié)構(gòu)每層的側(cè)移剛度代表豎向桿剛度，形成一底部嵌固的串聯(lián)質(zhì)點(diǎn)系模型即稱為層模型。層模型取層為基本計(jì)算單元。采用層恢復(fù)力模型以表征地震過(guò)程中層剛度隨層剪力的變化關(guān)系。層模型的基本假定：（1）建筑各層樓板在其自身平面內(nèi)剛度無(wú)窮大，水平地震作用下同層各豎向構(gòu)件側(cè)向位移相同；（2）建筑剛度中心與其質(zhì)量中心重合，水平地震作用下無(wú)繞豎軸扭轉(zhuǎn)發(fā)生。根據(jù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形狀況不同，層模型可分為三類．即剪切型、彎曲型與剪彎型，如圖所示，若結(jié)構(gòu)側(cè)向變形主要為層間剪切變形（如強(qiáng)梁弱柱型框架等)，則為剪切型，若結(jié)構(gòu)側(cè)向變形以彎曲變形為主（加剪力墻結(jié)構(gòu)等），則為彎曲型；若結(jié)構(gòu)側(cè)向變形為剪切變形與彎曲變形綜合而成（如框剪結(jié)構(gòu)、強(qiáng)柱弱梁框架等），則為剪彎型。層模型視結(jié)構(gòu)為懸臂桿。將結(jié)構(gòu)質(zhì)量集8層模型

利用層模型則可確定結(jié)構(gòu)的層間剪力與層間側(cè)移。工程實(shí)踐中，層模型主要被用于檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的薄弱層位置及層間側(cè)移是否超過(guò)允許值，并校核層剪力是否超過(guò)結(jié)構(gòu)的層極限承載力。層模型利用層模型則可確定結(jié)構(gòu)的層間剪力與層9桿系模型

視結(jié)構(gòu)為桿件體系。取梁、柱等桿件為基本計(jì)算單元。將結(jié)構(gòu)質(zhì)量集中于各結(jié)點(diǎn)．即構(gòu)成桿系模型，如下圖所示。

桿系模型視結(jié)構(gòu)為桿件體系。取梁、柱等桿件為10桿系模型

桿系模型采用桿件恢復(fù)力模型以表征地震過(guò)程中桿單元?jiǎng)偠入S內(nèi)力的變化關(guān)系，可方便考慮彈塑性階段桿單元?jiǎng)偠妊貤U長(zhǎng)的變化。根據(jù)建立單元?jiǎng)偠染仃嚂r(shí)是否考慮桿單元?jiǎng)偠妊貤U長(zhǎng)的變化，已提出了兩類桿單元?jiǎng)偠扔?jì)算模型：集中剛度模型、分布剛度模型。集中剛度模型將桿件塑性變形集中于桿端一點(diǎn)處來(lái)建立單元?jiǎng)偠染仃?，不考慮彈塑性階段桿單元?jiǎng)偠妊貤U長(zhǎng)的變化。分布剛度模型則考慮彈塑性階段桿單元?jiǎng)偠妊貤U長(zhǎng)的變化，按變剛度桿建立彈塑性階段桿單元?jiǎng)偠染仃?。桿系模型桿系模型采用桿件恢復(fù)力模型以表11有限元模型

將建筑結(jié)構(gòu)離散為層間模型或桿系模型，當(dāng)然可以看成是有限元模型。由于這兩種模型都使用了樓蓋平面內(nèi)剛度無(wú)限大的假定，樓層基本自由度數(shù)目大大減小，使問(wèn)題得以簡(jiǎn)化，有利于提高計(jì)算效率。但是，對(duì)彈性樓板問(wèn)題、多塔樓問(wèn)題、柔性樓蓋問(wèn)題，不能繼續(xù)沿用這一假定。使用桿元、板(殼)元、體元、索元、接觸單元等建立的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，適合于更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，這種模型叫做有限元模型。因?yàn)閱卧獎(jiǎng)澐殖叨瓤梢愿鶕?jù)結(jié)構(gòu)受力工作狀態(tài)確定，這種模型適合于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)情況，對(duì)一維、二維和三維問(wèn)題都是有效的。為減小自由度，提高計(jì)算速度，也可以在局部(如轉(zhuǎn)換層部位、結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜部位)使用劃分較細(xì)的有限元，在一般部位使用桿系模型，比如使用樓蓋分塊剛度無(wú)限大的假定建立的模型。有限元模型將建筑結(jié)構(gòu)離散為層間模型或桿系模12構(gòu)件恢復(fù)力模型

形式很多：如，雙線型模型、三線型模型、退化二線型等、退化三線型等，恢復(fù)力模型由兩部分組成包括：骨架曲線（各次滯回曲線峰值點(diǎn)的聯(lián)系）和滯回規(guī)則。構(gòu)件恢復(fù)力模型形式很多：如，雙線型模型、三線型13數(shù)值積分法

可以用迭代法和增量法進(jìn)行處理！由于迭代法不能不適合于動(dòng)態(tài)問(wèn)題和性態(tài)與加載路徑有關(guān)的材料，且不能描述加載全過(guò)程，因此在地震反應(yīng)分析中主要應(yīng)用的是增量法。用增量法求解地震反應(yīng)方程有多種，如：中點(diǎn)加速度法、線性加速度法、威爾遜－

法(Wilson－

)法、紐馬克－

(N