結(jié)構(gòu)抗震講稿

1、PAGE PAGE 37可得：式中結(jié)力中：第i質(zhì)點(diǎn)t時(shí)的水平地震作用就等于作用在i質(zhì)點(diǎn)的慣性力：體系t時(shí)j振型i質(zhì)點(diǎn)的為：取的絕對(duì)最大值，標(biāo)準(zhǔn)值地震水平作用力 （4-95）式中為、的，將和代入4-95，得到抗震規(guī)范的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的公式： （i=1、2n，j=1、2n） （4-96）：高振型自振周期地震影響系數(shù)；：位移；：j振型參與系數(shù)；：i質(zhì)點(diǎn)的重力代表值。六、地震作用效應(yīng)作用效應(yīng)包括M、V、N、f等，層間剪切型結(jié)構(gòu)，剪力：水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)七、樓層水平地震剪力最大值：剪力系數(shù)，表4-11舉例八、扭轉(zhuǎn)影響的地震作用和作用效應(yīng)（1）單向水平地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)：耦聯(lián)系數(shù)（j與k振型）：k與j振

2、型的自振周期比（2）雙向地震作用的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)第五節(jié) 底部剪力法用振型分解法計(jì)算水平地震荷載比較復(fù)雜，層數(shù)多時(shí)無(wú)法手算，必須電算，當(dāng)高度40m時(shí)，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布均勻的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)振動(dòng)位移反應(yīng)的以第一振型為主，且第一振型接近直線。故當(dāng)滿足上述條件時(shí)，抗震規(guī)范建議采用底部剪力法，使計(jì)算簡(jiǎn)化。一、底部剪力的計(jì)算j振型結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，式中G：結(jié)構(gòu)的總重力荷載，結(jié)構(gòu)總的水平地震作用（結(jié)構(gòu)的底部剪力）為：為高振型影響系數(shù)，當(dāng)相等，高度分布均勻時(shí)，n：質(zhì)點(diǎn)數(shù)規(guī)范取q=0.5，n=1時(shí)，q=1：自振周期水平地震影響系數(shù)：結(jié)構(gòu)等效總重力荷載，單質(zhì)點(diǎn)取G，多質(zhì)點(diǎn)取0.85G。二、水平地震

3、作用標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算由于結(jié)構(gòu)以基本振型為主，且基本振型近于直線，則：質(zhì)點(diǎn)水平位移和高度的比值：質(zhì)點(diǎn)計(jì)算高度 （3-89）三、頂部附加地震作用的計(jì)算當(dāng)層數(shù)較多時(shí)，3-89計(jì)算結(jié)果往往小于振型分解法結(jié)果，特別是基本周期較長(zhǎng)的多，高層建筑相差較大，因?yàn)楦哒裥蛯?duì)結(jié)構(gòu)反應(yīng)的影響主要在結(jié)構(gòu)上部，且震害也較重，所以，規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)自振周期大于的建筑，附加集中水平力于頂部修正，：頂部附加地震作用系數(shù)，表4-12，四、突出屋頂小屋的地震作用震害比下面主體結(jié)構(gòu)嚴(yán)重，由于剛度小，質(zhì)量輕，反應(yīng)大，稱“鞭端效應(yīng)”，作用于處，而不是小屋頂部。五、大空間的房屋地震作用應(yīng)看成是房屋一部分，并且振型分解法計(jì)算底部剪力法的計(jì)算步驟：（1

4、）T、；（2）判別與的關(guān)系，是短波，是長(zhǎng)波；（3）判別是否有小屋；（4）判別是否有大空間；（5）計(jì)算。第六節(jié) 時(shí)程分析法一、概述1、定義是對(duì)結(jié)構(gòu)物的運(yùn)動(dòng)微分方程直接進(jìn)行積分求解的一種動(dòng)力分析方法?？纱_定各質(zhì)點(diǎn)隨時(shí)間變化的位移、速度和加速度動(dòng)力反應(yīng)，算出構(gòu)件內(nèi)力和變形的時(shí)程變化?？芍苯忧蠼膺\(yùn)動(dòng)方程，又稱直接動(dòng)力分析法。是在靜力法和反應(yīng)譜法兩階段之后發(fā)展起來(lái)的，反應(yīng)譜法進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)不能正確解釋一些結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)象，甚至有時(shí)不能保證某些結(jié)構(gòu)的安全。2、反應(yīng)譜法的缺點(diǎn)：（1）直接用反應(yīng)譜法不能很好地符合不同工程所在的實(shí)際地震地質(zhì)環(huán)境場(chǎng)地條件及地基土特性，數(shù)值誤差較大；（2）反應(yīng)譜法難于找到結(jié)構(gòu)的抗震薄弱環(huán)

5、節(jié)，對(duì)溫度、變形驗(yàn)算結(jié)果也有疑問(wèn)；天津市二毛紡廠在唐山大地震時(shí)共三層，第二層破壞，加固后在11月整體倒塌；（3）地震時(shí)多向同時(shí)發(fā)生，反應(yīng)譜法不能很好反映多向受力情況；（4）反應(yīng)譜法不能提供防止大震倒塌的驗(yàn)算方法。3、規(guī)范采用彈塑性時(shí)程分析法，進(jìn)行彈塑性變形驗(yàn)算：（1）甲類建筑和時(shí)乙類建筑鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)（2）150m鋼結(jié)構(gòu)和時(shí)樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)小于0.5的鋼筋混凝土框架；（3）的III、IV類場(chǎng)地和時(shí)高大的單層橫向排架；（4）采用隔震和消能減震結(jié)構(gòu)。4、時(shí)程分析方法（1）根據(jù)地質(zhì)條件、設(shè)防烈度、抗震組別選取不同特性的典型強(qiáng)震加速度時(shí)程曲線，作地震波輸入；（2）根據(jù)力學(xué)特性、地震反應(yīng)，建立合理的

6、結(jié)構(gòu)振動(dòng)模型；（3）根據(jù)結(jié)構(gòu)材料特性、場(chǎng)地類型和受力狀態(tài)，選擇恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)恢復(fù)力模型，并確定相應(yīng)于結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、屈服和極限位移等特征點(diǎn)的恢復(fù)力特性參數(shù)，以及恢復(fù)力特性曲線各折線段的剛度數(shù)值；（4）建立地震振動(dòng)微分方程；（5）采用逐步積分法求解方程，求得結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)全過(guò)程；（6）也可用小震下結(jié)構(gòu)彈性反應(yīng)算出最大地震內(nèi)力與組合；（7）用允許變形限值來(lái)檢驗(yàn)中、大震下結(jié)構(gòu)彈塑性反應(yīng)對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)層間側(cè)移角，判別是否符合要求。5、時(shí)程分析的缺點(diǎn)（1）工作量大、內(nèi)容多；（2）要求計(jì)算機(jī)內(nèi)存空間大；（3）理論分析復(fù)雜、理論有一定深度。6、時(shí)程分析步驟（1）選擇結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型；（2）確定結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的恢復(fù)力特性；（3）選

7、擇合適的地震波記錄；（4）確定數(shù)值求解方法和編制電子計(jì)算機(jī)計(jì)算程序。二、結(jié)構(gòu)構(gòu)件恢復(fù)力模型1、彈塑性恢復(fù)力特性曲線主要特點(diǎn)恢復(fù)力：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在承受外力產(chǎn)生變形后企圖恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)的抗力。體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)、構(gòu)件恢復(fù)到原來(lái)形狀的能力。的關(guān)系曲線稱恢復(fù)力特性曲線。（1）彈性階段：Fx按虎克定律，直線關(guān)系（2）彈塑性階段：反復(fù)地震反應(yīng)，構(gòu)件受力特征、時(shí)間延續(xù)、各截面塑性變形的發(fā)展、屈服先后次序的不同等，使得力與變形關(guān)系甚為復(fù)雜。（一）骨架曲線和滯回曲線與彈性階段不同，彈塑性恢復(fù)力特征曲線包括兩大要求，即骨架曲線和滯回環(huán)線。正反向荷載交替作用，形成恢復(fù)力很多滯回環(huán)線。把各滯回環(huán)的頂點(diǎn)連接，形成骨架曲線。也是滯

8、回環(huán)的外包曲線。恢復(fù)力特征曲線有下列特點(diǎn)：（1）恢復(fù)力特征曲線的骨架曲線與其單調(diào)荷載位移曲線接近。（2）加載位移越大，卸載時(shí)坡度越大，完全卸載存在殘余變形。（3）不斷變化的加卸載至0點(diǎn)再反向加載，剛度顯著降低，反向加載位移越大，剛度退化越明顯。（4）強(qiáng)度在骨架曲線上。（5）循環(huán)次數(shù)多，結(jié)構(gòu)損壞重。（二）恢復(fù)力特征計(jì)算模型1、概述：（1）真實(shí)完全反映實(shí)際恢復(fù)力特性困難，采用理想化便于計(jì)算又能反映實(shí)際情況的恢復(fù)力模型。（2）用分段直線代替恢復(fù)力特征曲線。常分為：a、雙線型；b、雙線退化型；c、三線退化型。b對(duì)剛結(jié)構(gòu)等有屈服點(diǎn)合適c適合于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有開(kāi)裂和屈服，較好地描述其全過(guò)程 （a） (b

9、) (c)2、雙線型恢復(fù)力模型正向、反向加載用兩段折線代替，卸載剛度不退化，反向加載的拐點(diǎn)，按耗能相等的條件來(lái)確定COA段：初始彈性剛度，A點(diǎn)屈服點(diǎn)，屈服荷載AB段：，極限荷載BC段：卸載、反向加載，保持CD段：反向加載DE段：反向再加載OA段：初始彈性剛度，A點(diǎn)屈服點(diǎn)，屈服荷載AB段：，極限荷載BC段：卸載、反向加載，保持CD段：反向加載DE段：反向再加載當(dāng)AB、CD水平，為完全塑性的雙線型模型，雙線型適用于剛結(jié)構(gòu)，也近似用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。3、剛度退化的三線型恢復(fù)力模型見(jiàn)書(shū)上96頁(yè)，圖4-264、恢復(fù)力模型特征參數(shù)的確定RC構(gòu)件屈服點(diǎn)的割線剛度降低系數(shù)：彈塑性段剛度降低系數(shù)；，：考慮截面形

10、狀、高度、偏心距影響的塑性系數(shù)；：塑性系數(shù)，矩形=1.55；：考慮h和的影響系數(shù)；：構(gòu)件截面形成到截面重心軸距離，受彎，偏心取“-”號(hào)，偏拉取“+”號(hào)。時(shí)當(dāng)x0.5時(shí)，即軸壓比三、動(dòng)力方程與計(jì)算方法（一）、動(dòng)力方程的建立 4-139 （4-140） x為x、y、z第i自由度受x向地震加速度影響或不受影響，分別為1或0，并且增量式也成立：（二）、剛度、質(zhì)量、阻尼矩陣、地震波的選擇與二階效應(yīng)1、單元?jiǎng)偠染仃嚺c總剛度矩陣，其中（r、s、1、2、312）則是1212的對(duì)角矩陣，、是關(guān)于位移和內(nèi)力的列陣，將迭加到整體剛度矩陣中，m、n分別是r、s在整體中的編號(hào)，形成。2、質(zhì)量矩陣和阻尼矩陣單元質(zhì)量矩陣：

11、再由轉(zhuǎn)換成3、地震波的選擇波的條數(shù)地震的不確定性，對(duì)高層結(jié)構(gòu)用時(shí)程分析時(shí)，需使用34條典型的、具有不同特征的實(shí)際強(qiáng)震記錄或人工地震波作為設(shè)計(jì)地震波進(jìn)行彈塑性反應(yīng)計(jì)算。波的形狀a、擬建場(chǎng)地的記錄b、典型強(qiáng)震記錄c、人工地震波以加速度、周期、頻譜、持時(shí)等考慮波的強(qiáng)度對(duì)建筑物的設(shè)防烈度要與波的強(qiáng)度調(diào)整分析地震最大加速度時(shí)程。（三）、動(dòng)力方程的求解1、數(shù)值積分法K、T是相關(guān)的函數(shù)，用積分法：迭代法；擬靜（動(dòng)）力法2、線性加速度法3、威爾遜法（四）積分時(shí)間步長(zhǎng)的選取和拐點(diǎn)的處理在進(jìn)行彈塑性時(shí)程分析時(shí)，影響積分時(shí)間步長(zhǎng)取值大小的因素主要有：a、（1）結(jié)構(gòu)自振周期的大??；（2）場(chǎng)地土的自振周期；（3）地面振

12、動(dòng)加速度的變化；（4）非線性剛度和阻尼的復(fù)雜性。b、拐點(diǎn)：考慮剛度退化的三線型恢復(fù)力模型，存在兩類拐點(diǎn)，一類是由彈性進(jìn)入彈塑性或進(jìn)入塑性的拐點(diǎn)，另一類是卸載時(shí)經(jīng)過(guò)的拐點(diǎn)。第一類達(dá)到從i步的轉(zhuǎn)入i+1步，速度不變符號(hào)，拐點(diǎn)恢復(fù)力。第二類在時(shí)間內(nèi)，x與F不會(huì)有大的變化，的符號(hào)不變，可不處理，如處理，則。四、桿系模型地震反應(yīng)的時(shí)程分析剛度矩陣的確定空間模型：每桿節(jié)點(diǎn)有u、v、w和、平面模型：每桿節(jié)點(diǎn)有u、v和、當(dāng)忽略軸向變形和扭轉(zhuǎn)角，則有v、，且使用于強(qiáng)柱弱梁（一）彈性桿系單元?jiǎng)偠染仃?（二）彈塑性桿件單元 （三）桿系模型時(shí)程分析計(jì)算地震反應(yīng)（四）單元變成整體第七節(jié) 結(jié)構(gòu)豎向地震作用一、豎向地震作用的計(jì)算方法可分：1、靜力法：取結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)重量的一分量作豎向地震作用，并考慮上、下兩個(gè)方向；2、按反應(yīng)譜法計(jì)算；3、用水平地震荷載一部分。二、我國(guó)規(guī)范計(jì)算方法：1、高層建筑用反應(yīng)譜法，并簡(jiǎn)化：豎向地震影響系數(shù)，豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算a、第一振型是主要的，且接近于直線基本自振周期在0.1 0.2sb、c、，d