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结构动力学
DynamicsofStructures
结构动力学
第7章对一般动力荷载的反应
Chapter7GeneralDynamicLoading:SuperpositionMethods
本章提要
§7-1脉冲荷载作用下的动力响应§7-2任意荷载作用下的动力响应
§7-3利用频域进行的反应分析
§7-4时域和频域转换函数之间的关系
3
△t
点上m,使其增加动量,记作:D=m
●假设冲击之前的初始位移和初始速度均为零,则冲量I全部传给质点m,即I=D,就有:P△t=m
●瞬时冲量I作用下质点获得的初速度:=Po△t
§7-1脉冲荷载作用下的动力响应
·瞬时冲量:脉冲荷载在极短时间t≈0内给
·动量增值:t=0时,瞬时冲量I作用于质
予振动物体的冲量:
m
4
Ap(t)
Po
t
■自由振动方程:mv+CV+kv=0
■位移反应:·因为vo=0,
●脉冲荷载作用下体系的位移反应为:
●由于瞬时冲量I作用时间很短t≈0,
▲
质点获得初速度后还未来得及产生
Po
位移冲量即行消失,体系将产生自
由振动。
Ap(t)
t
△t
5
由一系列连续发生的脉冲荷载组成!
●任一时刻t=t时的脉冲作用下,体系的位移反应:
§7-2任意荷载作
用下的动力响应
●任意荷载:
●根据叠加原理,体系在任意荷载下的反应可以看作是一系列脉
冲连续作用的结果:
6
称为Duhamel积分。
定义单位脉冲响应函数:
则(a)式成为卷积积分:
方程的通解:
■即对单自由度受迫振动体系的运动方程:
mv+cV+kv=p(t)
的一个特解是:
(b)
(a)
■
7
Duhamel积分的物理意义
整个荷载时程可以看作是由一系列连续的短脉冲所组成
每个短脉冲都激起结构的振动
每个短脉冲的幅值是不同的
所有的脉冲反应均按同样的圆频率、同样的衰减规律振动
每个脉冲在t时刻都有反应
体系的动力反应可以将0tT时段内所有荷载时程Fp(t)所激励的在时刻t的全部微分反应相加获得
Itisimportanttonotethatthisapproachmaybeapplied
onlytolinearsystemsbecausetheresponseisobtainedby
superpositionofindividualimpulseresponses.8
F(t)
质点的绝对加速度为:
x+X=-2ξwx-w²x
质点相对于地面的速度为:
在求最大值的过程中,作如下简化
(1)由于阻尼比ζ很小;
(2)wa与w很相近,所以可以取wa=W;
(3)用sina(t-t)取代cosa(t-t)。
质点的最大绝对加速度为:
max
质点相对于地面的最大速度反应为
质点相对于地面的速度为
11
最大相对位移
最大相对速度
在阻尼比、地面运动确定后,最大反应只是结构周期的函数。
最大加速度
12
S),
z
(s)₂]
T₂
(S)₃
个时
/T₂
地震输人个
亭
加速度
5
T₁T₂T₃周期(s)
c)
最大加速度反应
(S),(S)₂
(S)₃
间
T₃
时间a)
T₃
b)
速度应
OoQ9
T=2.0sT=4.0s
ElCentro地震动作用下SDOF位移反应
T=0.2sT=1.0s
考虑固有频率为w。的单自由度体系的一个物理量A,它与体系在地震地面运动作用下的峰值位移D=u。存在如下关系:
(6.6.3)
A具有加速度的单位,它与峰值基底剪力Vh。[或者是等效静力峰值f。,即式(6.4.4a)]有关
Vb=fs。=mA(6.6.4)这个关系是式(6.4.4b)在峰值反应时刻的简化[峰值A(t)用A表示]。峰值基底剪力可以写成
如下形式:
(6.6.5)
式中,w为结构重量,g为重力加速度。当写成这种形式时,A/g可以理解为基底剪力系数或侧向力系数。这个系数应用在建筑规范中,用来代表与结构重量相乘可以得到基底剪力
的系数。
注意到基底剪力与质量m具有加速度为A时的惯性力相等。由式(
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