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钢框架结构非线性静力Pushover分析方法的应用研究-结构工程专业论文
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硕士研究生学位论文第一章
硕士研究生学位论文
第一章 绪论
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第一章 绪论
第一章 绪论
硕士研究生学位论文
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第一章绪论
1.1 结构抗震分析理论的发展
抗震思想早在一二千年前就已经在古代的一些建筑中体现出来了,只不过那时还没有 把它作为一个科学的概念提出来[1]。这种朴素的抗震思想可以从已经成功抵御多次强烈地 震而完整保留至今的世界各地及我国的古建筑和古结构上得到体现。比如建于北魏后期
(公元5000年)的山西浑源悬空寺;建于1879年的台湾台北孔庙;建于公元70年的位于意 大利的罗马斗兽场等。虽然古代建筑在一些建筑技术上已经体现了抗震思想,但这只是抗 震思想的初期形式。他们主要是通过经验和直觉(构造上)来进行抗震的而不是通过计算 方法来计算结构的地震作用。而抗震分析理论作为一门学科来研究还不到一百年的历史, 抗震设计理论与思想的成熟则只是近几十年的事。随着科学技术的发展和人们对地震作用 认识的不断深化,尤其是近四十年来,地震检测、人工模拟地震实验装置和电子计算机的 广泛应用,使结构抗震分析理论得到了迅速的发展,其间根据计算理论的不同,地震反应 分析大致经历了静力理论、反应谱理论和动力理论等三个阶段[2]。
(1)静力理论 日本学者在19世纪末20世纪初提出了静力法,即把结构假设看成为绝对刚体,并且刚
接于地面上。这样根据地面最大水平加速度,忽略结构自身的振动,计算出结构所受的最 大惯性力,并以此作为等效静力进行结构的地震反应分析。因此当结构地基以水平加速度
a0 做水平运动时,在结构中产生的水平惯性力为:
F = W a
g
0 = KW
(1-1)
式中: K -地震系数, K = a0 ,根据经验确定;
g
F -作用于结构的水平地震作用,用它来验算结构的强度和稳定性。 静力理论是由经验直接得出的,其有某种程度的合理性和可靠性,而且概念简单,使
用方便,可以用做估算一般建筑物、尤其是刚性结构的地震作用。但由于当时人们对地面 运动的频谱特性了解还不够,随着地震学及地震工程领域的研究发展以及越来越多的工程 结构抗震设计的需要,静力法显然已满足不了要求,在理论上属于过时的方法,当前大多 数国家已不再使用。因此考虑结构阻尼性质、弹性性质及相应动力特性的反应谱法发展起 来。
(2)反应谱理论 反应谱理论出现在20世纪40年代,目前仍然是工程界广泛采用的地震作用分析方法,
在世界各国的抗震规范中大多国家都把它作为规范的地震反应分析方法之一。反应谱理论 的建立是在计算机应用发展与强震观测基础上的。
用动力方法计算质点体系地震反应,建立反应谱;再用加速度反应谱计算结构的最大
惯性力作为结构的等效地震荷载;然后按静力方法进行结构计算的方法,就称为反应谱法。 它是以单质点弹性体系在实际地震作用过程中的反应为基础来进行结构反应分析的,其中 应了解结构的自振特性,包括振型、阻尼和自振周期等。反应谱法主要包括以下几个步骤:
①根据强震记录并统计用于抗震设计的地震反映谱;②将结构进行振型分解求得各振型的 最大反应值;③用适当的方法将各振型的最大反应值组合起来得到结构的最大反应值。
地震反应谱是现阶段计算地震作用的基础,即通过反应谱把随时间变化的地震作用转 化为最大的等效侧向力。地震反应谱是给定的地震加速度作用下,单质点体系弹性最大反 应随质点自振周期变化的曲线。
图 1.1 地面运动产生的加速度反应最大值 Sa
反应谱理论既保持了原有的静力理论形式,又考虑了结构动力特性与地震动特性的动 力关系。它将单质点体系所受的最大地震基底剪力表示为:
V0 = Kβ (T )W
式中: β (T )-加速度反应谱 Sa (T )与地震动加速度 a 之比,即:
β (T ) = Sa (T )
a
它表示质点运动加速度对地面最大加速度的放大系数。
(1-2)
(1-3)
显然,单质点体系由反应谱计算得出的地震作用力 F 等于其底部
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