地震作用计算——地震反应分析研讨.pptx

建筑结构抗震设计与施工目录：第一章 地震灾害与对策 第二章 抗震设防水准 第三章 建筑选址与建筑、结构方案 第四章 地震作用计算（一） 第五章 地震作用计算（二） 第六章 混凝土结构抗震承载力及位移计算 第七章 混凝土结构抗震构造措施 第八章 地基与基础 第九章 砌体结构、钢结构、单层工业厂房抗震设计 第十章 防震和耗能减震设计 第四章 地震作用计算（一）本章应思考的问题：用什么物理量描述地震作用？地震作用大小与哪些因素有关？地震作用计算所依据的基本原理是什么。本章要点：地震作用计算的主要方法；各种方法的主要区别和适用对象；反应谱的概念，加速度反应谱的特征，影响反应谱特征的主要因素，设计反应谱的特征参数。§4.0 概述 一、地震作用 地震时由于地面加速度在结构上产生的惯性力称为结构的地震作用。(地震波地面运动 上部结构的受迫振动 惯性力)地震作用的简化：两个水平方向，一个竖向。二、地震反应 地震作用下，在结构中产生的内力、变形、位移、速度和加速度等称为结构的地震反应（地震作用效应）。§4.0 概述 三、地震反应分析 用计算的方法来确定结构的地震反应，也就是考虑地震作用的结构计算方法。（地震力理论） 抗震计算设计的过程：计算地震作用（荷载）—— 计算结构的地震作用效应（内力、变形）—— 承载力计算 —— 变形验算 地震作用效应的计算是一个复杂的动力学问题，涉及到地震的影响、结构本身的动力特性（自振周期、阻尼）、场地的特性等。§4.0 概述 §4.0 概述 四、对结构地震反应分析的基本认识 难以准确计算原因：.需准确知道地面运动，而这是不确定的；.结构材料的力学性能的不确定性；.结构和地基的相互影响、协同工作的不确定性。§4.0 概述五：地震作用的确定方法结构抗震设计理论发展过程主要经历三个阶段:1.静力理论阶段---静力法 1920年，日本大森房吉提出。假设建筑物为绝对刚体。2.反应谱理论---振型分解反应谱法 1940年美国皮奥特教授提出。是目前世界上普遍采用的方法。3.直接动力分析理论---时程分析法 1960年以后，随着计算机的应用推广而产生，将实际地震加速度时程记录（简称地震记录 earth-quakerecord）作为动荷载输入，进行结构的地震响应分析。用于大震分析计算以及大型、复杂结构的地震反应计算。 §4.1 早期的等效静力法 根据牛二定律，结构上的质量乘以加速度等于惯性力。以x代表位移，x对时间的微分为速度，二阶微分为加速度。将结构看做刚体，则结构与地面具有相同的加速度。结构第i层受到的最大惯性力为：式中：mi为第i层的总质量，Gi为第i层的重力，K成为地震系数（日本称之为“震度”，所以该方法成为震度法）取K=0.2§4.1 早期的等效静力法 考虑到实际结构并非刚体，具有弹性或弹塑性性质，多数情况下顶部的位移、速度以及加速度都较下部为大，所以引入了“高度变化系数”。地震力沿高度变化如下图示： 后来引入了“区域差异系数”、“结构类型系数”、“高度变化系数”，一定程度考虑了场地因素、结构种类和变形的影响。但是仍无法考虑结构刚度、震动持续时间的影响，也未反映远震近震的影响。§4.1 早期的等效静力法由此提出新的问题：为什么烈度相同的不同场地上结构的地震反应存在差别？为什么烈度相同震中距不同也会造成地震反应的差异？在相同的干扰作用下，结构所受惯性力仅仅与质量相关么？§4.2 结构动力学方法——弹性解答4.2.1 结构体系的振动模型及通常的简化假定体系的自由度： 一个自由质点,若不考虑其转动,则相对于空间坐标系有3个独立的唯一分量,因而有三个自由度,而在平面内只有两个自由度。一个自由刚体具有六个自由度，即沿三个坐标轴的位移分量和绕三个轴的转动分量。 如果忽略直杆的轴向变形，则在平面内与直杆相连的质点只有一个位移分量，即只有一个自由度。n层房屋就具有n个自由度。具体如图所示：§4.2 结构动力学方法——弹性解答4.2.1 结构体系的振动模型及通常的简化假定体系的自由度：单质点单自由度3质点3自由度单质点2自由度§4.2 结构动力学方法——弹性解答4.2.1 结构体系的振动模型及通常的简化假定根据上述可以对某些结构进行简化，如下图示：b、水塔建筑a、单层房屋主要质量：屋面部分主要质量：水箱部分次要质量：塔柱部分梁、柱、屋面质量集中到屋顶标高处 水箱全部质量部分塔柱质量集中到水箱质心单质点体系§4.2 结构动力学方法——弹性解答4.2.1 结构体系的振动模型及通常的简化假定根据上述可以对某些结构进行简化，如下图示：d、烟囱c、多、高层建筑主要质量：楼盖部分结构无明显主要质量部分各跨质量集中到各区域质心 集中到各跨屋盖标高处结构分成若干区