第六章結(jié)構(gòu)抗震分析

1、1第六章第六章 （一）結(jié)構(gòu)抗震分析（一）結(jié)構(gòu)抗震分析結(jié)構(gòu)抗震分析方法發(fā)展結(jié)構(gòu)抗震分析方法發(fā)展結(jié)構(gòu)抗震分析方法的理論基礎(chǔ)：結(jié)構(gòu)抗震分析方法的理論基礎(chǔ)：1.剛體體系地震反應(yīng)剛體體系地震反應(yīng)2.單自由度彈性體系自由振動單自由度彈性體系自由振動3.單自由度彈性體系強(qiáng)迫振動單自由度彈性體系強(qiáng)迫振動2結(jié)構(gòu)抗震理論的發(fā)展過程結(jié)構(gòu)抗震理論的發(fā)展過程l靜力理論階段靜力理論階段 l反應(yīng)譜理論階段反應(yīng)譜理論階段 l動力理論階段動力理論階段 l基于性態(tài)的抗震設(shè)計(jì)理論基于性態(tài)的抗震設(shè)計(jì)理論 -Performance-based seismic design3靜力理論階段靜力理論階段 l1920，日本大森房吉提出日本大森

2、房吉提出 所謂靜力理論是指估計(jì)地震力時，不考慮地震的動力所謂靜力理論是指估計(jì)地震力時，不考慮地震的動力特性和結(jié)構(gòu)的動力性質(zhì)（變形和阻尼），假定結(jié)構(gòu)為剛性，特性和結(jié)構(gòu)的動力性質(zhì)（變形和阻尼），假定結(jié)構(gòu)為剛性，其大小相當(dāng)于結(jié)構(gòu)的重量乘以一個比例常數(shù)（即與結(jié)構(gòu)特其大小相當(dāng)于結(jié)構(gòu)的重量乘以一個比例常數(shù)（即與結(jié)構(gòu)特性無關(guān)的地震系數(shù)）的理論，結(jié)構(gòu)上任何一點(diǎn)的加速度都性無關(guān)的地震系數(shù)）的理論，結(jié)構(gòu)上任何一點(diǎn)的加速度都等于地震動加速度。等于地震動加速度。)(txg m)(txmg GkxgGxmFggmaxmax 將將F作為靜荷載，按靜力計(jì)算作為靜荷載，按靜力計(jì)算方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)

3、盡管靜力法忽略了地震作用與結(jié)構(gòu)動盡管靜力法忽略了地震作用與結(jié)構(gòu)動力特性直接相關(guān)、結(jié)構(gòu)為非剛性等關(guān)鍵特性，力特性直接相關(guān)、結(jié)構(gòu)為非剛性等關(guān)鍵特性，造成求出的地震作用失真，但靜力法的產(chǎn)生造成求出的地震作用失真，但靜力法的產(chǎn)生在抗震領(lǐng)域卻具有劃時代意義，它使結(jié)構(gòu)抗在抗震領(lǐng)域卻具有劃時代意義，它使結(jié)構(gòu)抗震理論從無到有。震理論從無到有。4 靜力理論靜力理論 （1）輸入的地震動以歷史震害估計(jì)的地震動）輸入的地震動以歷史震害估計(jì)的地震動最大加速度為依據(jù)，采用假定沿高度分布的質(zhì)量最大加速度為依據(jù)，采用假定沿高度分布的質(zhì)量和加速度，和加速度， （2）不需要建立結(jié)構(gòu)動力模型進(jìn)行動力反應(yīng)分）不需要建立結(jié)構(gòu)動力模型進(jìn)

4、行動力反應(yīng)分析；析； （3）其設(shè)計(jì)原則也只是采用靜力的允許應(yīng)力；）其設(shè)計(jì)原則也只是采用靜力的允許應(yīng)力； 因此該理論所用的方法是一種經(jīng)過極大簡因此該理論所用的方法是一種經(jīng)過極大簡化的設(shè)計(jì)方法?；脑O(shè)計(jì)方法。5反應(yīng)譜理論階段反應(yīng)譜理論階段 1940年美國年美國Biot首先明確提出從實(shí)測記錄中計(jì)算反首先明確提出從實(shí)測記錄中計(jì)算反應(yīng)譜的概念，到應(yīng)譜的概念，到50年代初由美國年代初由美國(Housner)加以實(shí)加以實(shí)現(xiàn)。反應(yīng)譜理論的建立是建筑在現(xiàn)。反應(yīng)譜理論的建立是建筑在強(qiáng)震觀測強(qiáng)震觀測和和計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)應(yīng)用發(fā)展應(yīng)用發(fā)展的基礎(chǔ)上的。的基礎(chǔ)上的。 地震作用地震作用“擬靜力法擬靜力法”？目前，世界上普遍采用的

5、方法！目前，世界上普遍采用的方法！GFEK6反應(yīng)譜理論階段的主要進(jìn)展反應(yīng)譜理論階段的主要進(jìn)展與靜力法相比，其與靜力法相比，其主要進(jìn)展主要進(jìn)展是：是：(1) 改變了靜力法中關(guān)于剛體結(jié)構(gòu)的假設(shè)，更真實(shí)地模改變了靜力法中關(guān)于剛體結(jié)構(gòu)的假設(shè)，更真實(shí)地模擬了結(jié)構(gòu)振動，各質(zhì)點(diǎn)間具有相對振動加速度；擬了結(jié)構(gòu)振動，各質(zhì)點(diǎn)間具有相對振動加速度； (2) 指出地震作用與結(jié)構(gòu)動力特性密切相關(guān)，即地震作用指出地震作用與結(jié)構(gòu)動力特性密切相關(guān)，即地震作用隨結(jié)構(gòu)自振周期、振型和阻尼的改變而改變這個基本特隨結(jié)構(gòu)自振周期、振型和阻尼的改變而改變這個基本特點(diǎn)；點(diǎn)； (3) 根據(jù)多條強(qiáng)振實(shí)測記錄，經(jīng)計(jì)算統(tǒng)計(jì)給出了單自由根據(jù)多條強(qiáng)振

6、實(shí)測記錄，經(jīng)計(jì)算統(tǒng)計(jì)給出了單自由度體系反應(yīng)譜曲線，計(jì)算最大地震作用值，使計(jì)算大為度體系反應(yīng)譜曲線，計(jì)算最大地震作用值，使計(jì)算大為簡化；簡化；7動力理論階段動力理論階段 動力法把地震作為一個時間過程，選擇動力法把地震作為一個時間過程，選擇有代表性的地震加速度時程作為地震動輸入，有代表性的地震加速度時程作為地震動輸入，建筑物簡化為多自由度體系，計(jì)算得到每一建筑物簡化為多自由度體系，計(jì)算得到每一時刻建筑物的地震反應(yīng)，從而完成抗震設(shè)計(jì)時刻建筑物的地震反應(yīng)，從而完成抗震設(shè)計(jì)工作。工作。8動力理論階段的主要進(jìn)展動力理論階段的主要進(jìn)展？ （1 1）反應(yīng)譜法是最大值的包絡(luò)，而地震作用是一個）反應(yīng)譜法是最大值的

7、包絡(luò)，而地震作用是一個時間過程，時程分析可反映結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)隨時間變化的時間過程，時程分析可反映結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)隨時間變化的全過程；全過程； （2 2）時程分析可很好地反映結(jié)構(gòu)振動過程中剛度變）時程分析可很好地反映結(jié)構(gòu)振動過程中剛度變化的真實(shí)情況及實(shí)際地震波全過程的作用；化的真實(shí)情況及實(shí)際地震波全過程的作用； （3 3）反應(yīng)譜法強(qiáng)度計(jì)算，有時不能找出結(jié)構(gòu)真正薄）反應(yīng)譜法強(qiáng)度計(jì)算，有時不能找出結(jié)構(gòu)真正薄弱層弱層( (部位部位) )，而由彈塑性直接動力分析則可確認(rèn)識別結(jié)，而由彈塑性直接動力分析則可確認(rèn)識別結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)；構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)； （4 4）對于地震動三要素）對于地震動三要素幅值、頻譜和持續(xù)時間，幅

8、值、頻譜和持續(xù)時間，靜力法靜力法( (烈度法烈度法) )僅計(jì)及幅值，反應(yīng)譜法考慮了幅值和頻僅計(jì)及幅值，反應(yīng)譜法考慮了幅值和頻譜，而時程分析則全面考慮了幅值、頻譜和持續(xù)時間三譜，而時程分析則全面考慮了幅值、頻譜和持續(xù)時間三要素對結(jié)構(gòu)的影響。要素對結(jié)構(gòu)的影響。9靜力法的理論基礎(chǔ)靜力法的理論基礎(chǔ)剛體的地震反應(yīng)剛體的地震反應(yīng)10反應(yīng)譜法和時程分析法的理論基礎(chǔ)反應(yīng)譜法和時程分析法的理論基礎(chǔ)單自由度彈性體系的地震反應(yīng)單自由度彈性體系的地震反應(yīng)單自由度彈性體系的自由振動單自由度彈性體系的自由振動 單自由度彈性體系的強(qiáng)迫振動單自由度彈性體系的強(qiáng)迫振動 11單自由度彈性體系的自由振動單自由度彈性體系的自由振動

9、單自由體系系指體系單自由體系系指體系運(yùn)動可由一點(diǎn)的單一方向運(yùn)動可由一點(diǎn)的單一方向運(yùn)動描述的結(jié)構(gòu)體系，是運(yùn)動描述的結(jié)構(gòu)體系，是對實(shí)際結(jié)構(gòu)的最簡單的抽對實(shí)際結(jié)構(gòu)的最簡單的抽象；常用于解釋結(jié)構(gòu)振動象；常用于解釋結(jié)構(gòu)振動的基本概念，也可作為少的基本概念，也可作為少數(shù)實(shí)際工程結(jié)構(gòu)（如柱承數(shù)實(shí)際工程結(jié)構(gòu)（如柱承式水塔等）的計(jì)算模型。式水塔等）的計(jì)算模型。彈性意指結(jié)構(gòu)受力后將產(chǎn)彈性意指結(jié)構(gòu)受力后將產(chǎn)生可恢復(fù)變形。生可恢復(fù)變形。自由振動自由振動是無外界動荷載作用的結(jié)是無外界動荷載作用的結(jié)構(gòu)體系的往復(fù)運(yùn)動。構(gòu)體系的往復(fù)運(yùn)動。 121314單自由度彈性體系的強(qiáng)迫振動單自由度彈性體系的強(qiáng)迫振動 強(qiáng)迫振動是結(jié)構(gòu)體系在外強(qiáng)迫振動是結(jié)構(gòu)體系在外界擾動持續(xù)作用下的振動。廣界擾動持續(xù)作用下的振動。廣義的外界擾力包括作用于體系義的外界擾力包括作用于體系動荷載，也包括體系支承的往動荷載，也包括體系支承的往復(fù)運(yùn)動（如地震動）。經(jīng)典的復(fù)運(yùn)動（如地震動）。經(jīng)典的強(qiáng)迫振動理論研究彈性體系在強(qiáng)迫振動理論研究彈性體系在簡單荷載（如簡諧擾力）作用簡單荷載（如簡諧擾力）作用下的運(yùn)動性態(tài)，其振動包括自下的運(yùn)動性態(tài)，其振動包括自由振動和穩(wěn)態(tài)振動兩部分；前由振動和穩(wěn)態(tài)振動兩部分；前者隨時間的延續(xù)而迅速衰減、者隨時間的延續(xù)而迅速衰減、故又稱為瞬態(tài)振動；后者振動故又稱為瞬態(tài)振動；后者振動頻率與擾力頻率相同，但振動頻率與擾力頻率相同，但振動