结构抗震-第3章-第5讲解读.ppt

结 构 抗 震 刘君阳 2016年3月 课程性质：必修课 课程学时：24学时 授课班级：2013级土木工程 第 4 讲 3.1 概述 3.2 单自由度弹性体系的地震反应分析 3.3 单自由度弹性体系的水平地震作用及其反应谱 第三章 结构地震反应分析与抗震计算 ＋ 3.4 多自由度弹性体系的地震反应分析的振型分解法 3.5 多自由度弹性体系的水平地震作用 3.6 竖向地震作用 3.7 建筑结构抗震验算 3.1 概述 1 2 3 结构地震反应 地震作用 结构动力计算简图及体系自由度 4 结构抗震设计步骤及方法选择 1 结构地震反应 1. 结构地震反应： 由地震动引起的结构内力、变形、位移及结构运动速度与加速度统称为结构地震反应。 2. 结构地震位移反应：专指由地震动引起的结构位移。 动力反应 地面运动 结构动力特性 结构动力学 方法 大小 3. 求解方法：拟静力方法、直接动力分析法。 2 地震作用 作用：能引起结构内力、变形等反应的各种因素。 直接作用：各种荷载（重力、风载、土压力等）。 间接作用：各种非荷载作用（温度、基础沉降等）。 地震作用：间接作用，随机脉冲动力作用。 是地震动通过结构惯性引起的（即结构地震惯性力）。 影响因素：地震烈度大小、震中距、场地条件、 结构本身的动力特性、时间历程。 3 结构动力计算简图及体系自由度 1. 描述结构质量的两种方法 （1）连续化描述（分布质量） （2）集中化描述（集中质量） 2. 采用集中质量方法确定结构计算简图 （步骤）： （1）将区域主要质量集中在质心； （2）将次要质量合并到相邻主要质量的质点上去。 地震作用 — 结构地震惯性力 — 质量 4 结构抗震设计步骤及方法选择 1. 结构抗震设计步骤 （1）计算结构的地震作用—地震惯性力 （2）计算结构、构件的地震作用效应—M、Q、N及位移 （3）地震作用效应与其他荷载效应进行组合、验算结构和构件的 抗震承载力及变形（确保结构、构件的内力材料抗力）。 2. 结构抗震设计方法 （1）静力理论阶段，1920年，静力法 （2）反应谱理论阶段，1940年，底部剪力法和振型分解反应谱法 （3）动态分析阶段，时程分析法 3.2 单自由度弹性体系的地震反应分析 把结构的所有质量集中在屋盖处，墙、柱视为一个无质量的弹性杆，形成一个单质点体系。当一个单质点体系只作单向振动时，形成一个单自由度体系。 单自由度体系 知识回顾 单自由度体系自由振动 （1）无阻尼时 时 （2）有阻尼时 单自由度弹性体系在地震作用下的运动方程 取质点为隔离体，由结构动力学可知，作用在质点上的力： 惯性力： 弹性恢复力： 阻尼力：（粘滞阻尼理论） ：地面（基础）的水平位移 ：质点对地面的的相对位移 ：质点的总位移 ：质点的绝对加速度 根据达朗贝尔原理：单质点弹性体系在地震作用下的运动方程为： 或： 令： 则： 方程的通解：齐次解+特解 体系地震反应：自由振动+强迫振动 3.3 单自由度弹性体系的水平地震作用及反应谱 1 2 3 水平地震作用 地震反应谱 标准反应谱 4 设计反应谱 1 水平地震作用 水平地震作用：质点所受到的最大的惯性力 物体震动一般规律：加速度最大时，速度最小 即： 意义：求得地震作用后，即可按静力分析方法计算结构的最大 地震位移反应。 质点的绝对加速度： 根据： 位移反应表达式： 质点的最大加速度： 由上式可知，质点的绝对最大加速度 ，取决于地震时地面运动加速度 、结构的自振周期T及结构的阻尼比 。 2 地震反应谱 质点的最大加速度： 由上式可知：若给定地震时地面加速度记录 和体系的阻尼比 ，则可计算出质点的最大加速度Sa和体系自振周期T的一条关系曲线。 这类Sa—T曲线被称为加速度反应谱。 （1）加速度反应谱曲线为多峰点曲线 （2）当自振周期较小，随周期增大值急剧增加，但至峰值点后，则 随着周期的增大其反应逐渐衰减，而且趋于平缓。 （3）水平地震作用：F=mSa 3 标准反应谱 水平地震作用基本公式： 引入地面运动最大加速度： 式中：G——重力 β——动力系数 k——地震系数 （1）地震系数 地震系数k为： 地震系数表示地面运动的最大加速度与重力加速度之比。 地震系数k与