結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)ch地震響應(yīng)

1、關(guān)于結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)ch地震響應(yīng)第一張，PPT共八十二頁，創(chuàng)作于2022年6月25.1 地震及結(jié)構(gòu)抗震基本知識(shí)5.2 單自由度體系結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)5.3 反應(yīng)譜及其工程應(yīng)用5.4 多自由度體系結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)5.5 地震作用和結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)5結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析第二張，PPT共八十二頁，創(chuàng)作于2022年6月3地殼：地球外表面的一層薄殼。最薄處約5km，地震多發(fā)于此。1 地球的構(gòu)造 5.1、地震及結(jié)構(gòu)抗震基本知識(shí)第三張，PPT共八十二頁，創(chuàng)作于2022年6月42 地震的發(fā)生過程地球內(nèi)部由于某種原因發(fā)生振動(dòng)，并以波的形式傳遞到地表引起地面震動(dòng)。內(nèi)部發(fā)生振動(dòng)的地方稱之為震源。震源在地表的投影叫震中。震源至地面的

2、垂直距離叫震源深度。3 地震的成因與類型根據(jù)地震成因來分：構(gòu)造地震：火山地震；塌陷地震；水庫引發(fā)地震： 5.1、地震及結(jié)構(gòu)抗震基本知識(shí)同樣大小的地震，震源越淺，所造成的影響或破壞越重。 根據(jù)震源深度以60km，300km為限將地震劃分為：淺源地震、中源地震、深源地震地表淺源地震（危害最大）中源地震深源地震300km60km0km第四張，PPT共八十二頁，創(chuàng)作于2022年6月5第五張，PPT共八十二頁，創(chuàng)作于2022年6月64地震波以及傳播地震以波的形式由震源傳遞到地表。地震波分為：體波和面波。體波是指通過地球本體內(nèi)傳播的波，包含縱波、橫波?？v波（primary wave) ：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的

3、傳遞方向一致的波。橫波(secondary wave) ：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳遞方向垂直的波?？v波為壓縮波，無論是在固體內(nèi)還是液體內(nèi)均能傳播。橫波為剪切波，只能在固體內(nèi)傳播。 5.1、地震及結(jié)構(gòu)抗震基本知識(shí)第六張，PPT共八十二頁，創(chuàng)作于2022年6月7波速可以按下式計(jì)算：式中Vp 縱波波速Vs 橫波波速E 介質(zhì)的彈性模量 介質(zhì)的泊松比； 介質(zhì)的密度；G 介質(zhì)的剪切模量； 拉梅常數(shù)通過兩種波速的比較可見：縱波的傳播速度快于橫波，即縱波先到達(dá)地面 5.1、地震及結(jié)構(gòu)抗震基本知識(shí)第七張，PPT共八十二頁，創(chuàng)作于2022年6月8面波是指介質(zhì)表面或地球表面及其附近傳播的波，一般認(rèn)為是體波經(jīng)地層界面多次

4、反射形成的次生波，包含瑞雷波和樂普波。瑞雷波振動(dòng)軌跡剖面(a)和射線(b) 5.1、地震及結(jié)構(gòu)抗震基本知識(shí)第八張，PPT共八十二頁，創(chuàng)作于2022年6月9樂普波的傳播是質(zhì)點(diǎn)在與波的傳播方向相垂直的水平方向的剪切型運(yùn)動(dòng)。質(zhì)點(diǎn)在水平方向振動(dòng)與波行進(jìn)方向耦合后會(huì)產(chǎn)生水平扭轉(zhuǎn)分量。 5.1、地震及結(jié)構(gòu)抗震基本知識(shí)第九張，PPT共八十二頁，創(chuàng)作于2022年6月105地震加速度波形的頻譜特性及持續(xù)時(shí)間的影響軟土地基上地震加速度波形中長周期的分量比較顯著，硬土地基上加速度波形則包含多種頻譜成分，一般短周期的分量比較顯著。 5.1、地震及結(jié)構(gòu)抗震基本知識(shí)長時(shí)間持續(xù)的地震沖擊作用下，結(jié)構(gòu)物的破壞與靜載作用下的破

5、壞值相差較大。第十張，PPT共八十二頁，創(chuàng)作于2022年6月111 地震震級(jí)地震震級(jí)是表征地震強(qiáng)弱的指標(biāo)，是地震釋放多少能量的尺度。小于2級(jí)的地震人們感覺不到；5級(jí)以上的地震就要引起不同程度的破壞，統(tǒng)稱為破壞性地震；7級(jí)以上地震稱為強(qiáng)烈地震。2地震烈度地震烈度是地震對(duì)地面影響的強(qiáng)烈程度，主要依據(jù)宏觀的地震影響和破壞現(xiàn)象等方面來判斷。地震烈度是表示某一區(qū)域范圍內(nèi)地面和各種建筑物受到一次地震影響的平均強(qiáng)弱程度的一個(gè)指標(biāo)。 5.1、地震及結(jié)構(gòu)抗震基本知識(shí)3地震震級(jí)與地震烈度的異同同：地震強(qiáng)度標(biāo)量；體現(xiàn)地震對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。異：度量震級(jí)的依據(jù)是震源所釋放出來的應(yīng)變能數(shù)量，震級(jí)是震源處地震大小的度量；地震烈

6、度表征結(jié)構(gòu)場地地面運(yùn)動(dòng)的劇烈程度，體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)場地到震源的距離對(duì)地震響應(yīng)幅值的影響。第十一張，PPT共八十二頁，創(chuàng)作于2022年6月124地震災(zāi)害：1、地表破壞2、建筑物破壞3、次生災(zāi)害5結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防：三水準(zhǔn)的設(shè)防目標(biāo)：小震不壞、設(shè)防烈度可修、大震不到。抗震設(shè)防目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)：第一水準(zhǔn)：按彈性計(jì)算結(jié)構(gòu)在多遇地震下的內(nèi)力進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算可保證小震不壞的設(shè)防目標(biāo)；第二水準(zhǔn)：主要通過概念設(shè)計(jì)以及構(gòu)造措施來保證；第三水準(zhǔn)：對(duì)脆性結(jié)構(gòu)主要從抗震措施上加強(qiáng)；對(duì)延性結(jié)構(gòu)則進(jìn)行彈塑性變形驗(yàn)算加以保證。 5.1、地震及結(jié)構(gòu)抗震基本知識(shí)第十二張，PPT共八十二頁，創(chuàng)作于2022年6月131.靜力理論P(yáng)-所受地震荷載W-結(jié)構(gòu)

7、某部分重量g-重力加速度a-地震時(shí)地面最大水平加速度假設(shè)：（1）建筑結(jié)構(gòu)理想化為不變形的剛體 （2）結(jié)構(gòu)各部分的加速度均與地面加速度相同。2.反應(yīng)譜理論以單質(zhì)點(diǎn)彈性體系在實(shí)際地震荷載作用下的響應(yīng)為依據(jù)來對(duì)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)進(jìn)行分析。包括我國在內(nèi)的很多國家采用的是這種地震荷載理論。3.時(shí)程分析理論將實(shí)際結(jié)構(gòu)模型化，利用計(jì)算機(jī)分析結(jié)構(gòu)對(duì)某一指定地震紀(jì)錄的動(dòng)力響應(yīng)，因此這種分析方法又稱為地震響應(yīng)的直接動(dòng)力分析方法。 5.1、地震及結(jié)構(gòu)抗震基本知識(shí)第十三張，PPT共八十二頁，創(chuàng)作于2022年6月14 5.2單自由度體系結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng) 一.建筑結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)： *地震反應(yīng)：地面運(yùn)動(dòng)作用于房屋,在房屋結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的

8、內(nèi)力、變形、位移速度和加速度。 *影響地震反應(yīng)的因素：房屋結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性、地面運(yùn)動(dòng)特性(幅值、頻譜特性、持續(xù)時(shí)間)等。 *求解動(dòng)力學(xué)問題，很復(fù)雜。分析中需要進(jìn)行簡化。 二.建筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)力計(jì)算簡圖： 房屋結(jié)構(gòu)的簡化：一般將一單層房屋集中為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，將豎向構(gòu)件質(zhì)量集中至上下兩端，忽略質(zhì)量的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，按單自由度考慮。 三.地震反應(yīng)分析的目的：計(jì)算地震作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)。 第十四張，PPT共八十二頁，創(chuàng)作于2022年6月152、近似方法：根據(jù)地震作用下結(jié)構(gòu)的加速度反應(yīng)，求出該結(jié)構(gòu)體系的慣性力，將此慣性力視作為一種反映地震影響的等效力，即地震作用，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算，求出各構(gòu)件內(nèi)力。適用

9、于：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 求解地震作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力的方法：1、比較精確的方法：建立結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力學(xué)模型，根據(jù)在地震作用下的位移反應(yīng)，利用剛度方程，直到求解內(nèi)力。適用情況：理論分析。 5.2單自由度體系結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng) 第十五張，PPT共八十二頁，創(chuàng)作于2022年6月16一、一般單自由度體系A(chǔ)m(a)mA(b)假設(shè)在地震過程中，體系底部發(fā)生水平動(dòng) 。地基運(yùn)動(dòng)會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彈性變形，質(zhì)點(diǎn)A的水平位移除地基水平運(yùn)動(dòng) 外，還有彈性變形引起的位移 ，即總位移為 。因此質(zhì)點(diǎn)A的的慣性力為 ,于是質(zhì)點(diǎn)A在彈性力和慣性力的作用下的平衡方程為即： 5.2單自由度體系結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng) 第十六張，PPT共八十二頁，創(chuàng)作于2022年6

10、月17由杜哈梅積分，在初速度和初位移為零的條件下，方程的解為：可見，只要知道地面加速度變化規(guī)律 以及結(jié)構(gòu)的固有頻率 ，就可以計(jì)算結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)在任一時(shí)刻的彈性變形 。 如果體系沒有地基運(yùn)動(dòng)，在荷載 作用下的運(yùn)動(dòng)方程為比較二式，可見地面運(yùn)動(dòng) 引起的結(jié)構(gòu)變形 ，可以用荷載 作用下結(jié)構(gòu)變形 的問題來代替，這時(shí)所取荷載 應(yīng)與地面運(yùn)動(dòng)引起的慣性力 相等，即比較二式，可見地面運(yùn)動(dòng) 引起的結(jié)構(gòu)變形 ，可以用荷載 作用下結(jié)構(gòu)變形 的問題來代替，這時(shí)所取荷載 應(yīng)與地面運(yùn)動(dòng)引起的慣性力 相等，即 5.2單自由度體系結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng) 第十七張，PPT共八十二頁，創(chuàng)作于2022年6月18單自由度體系在任意荷載作用下的受迫振動(dòng)

11、：1)一般動(dòng)力荷載作用下的動(dòng)力反應(yīng)：杜哈梅積分 2)地面運(yùn)動(dòng)作用情況： 特點(diǎn)：不規(guī)則、不能用函數(shù)表示，如何求解運(yùn)動(dòng)方程? 5.2單自由度體系結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng) 第十八張，PPT共八十二頁，創(chuàng)作于2022年6月195.3單自由度體系地震反應(yīng)的數(shù)值計(jì)算： 1、地面運(yùn)動(dòng)作用下的位移反應(yīng)， 代入 2、運(yùn)動(dòng)方程數(shù)值計(jì)算： 1）分析方法： 將時(shí)段0,T劃分為n個(gè)時(shí)間段: 杜哈美積分中用 第十九張，PPT共八十二頁，創(chuàng)作于2022年6月20將時(shí)段0,T劃分為n個(gè)時(shí)間段:當(dāng) 時(shí)在tk, tk+1內(nèi)設(shè)定某種變化規(guī)律, 從而根據(jù)tk時(shí)刻值,求得tk+1時(shí)刻的值。 在區(qū)間 tk, tk+1內(nèi)對(duì)上式進(jìn)行積分,得:5.3單

12、自由度體系地震反應(yīng)的數(shù)值計(jì)算：2）線性加速度法：假定tk, tk+1 內(nèi)的加速度滿足下式: 第二十張，PPT共八十二頁，創(chuàng)作于2022年6月21 5.3單自由度體系地震反應(yīng)的數(shù)值計(jì)算：第二十一張，PPT共八十二頁，創(chuàng)作于2022年6月22在區(qū)間 tk, tk+1 對(duì)進(jìn)行積分,得: 5.3單自由度體系地震反應(yīng)的數(shù)值計(jì)算：第二十二張，PPT共八十二頁，創(chuàng)作于2022年6月23地震引起的質(zhì)點(diǎn)A的慣性力為：得質(zhì)點(diǎn)A的加速度為:地震慣性力和質(zhì)點(diǎn)加速度都是時(shí)間的函數(shù)。設(shè) 表示加速度響應(yīng)的最大絕對(duì)值，p表示慣性力或稱地震荷載的最大絕對(duì)值，則加速度響應(yīng) 是 的函數(shù)，當(dāng)然也是周期T的函數(shù)。根據(jù)地震對(duì)各種不同的周

13、期T求出不同的 值，可作出關(guān)系曲線 ，這種關(guān)系曲線稱為地震的加速度反應(yīng)譜。得到地震的加速度反應(yīng)譜后，就可以對(duì)不同固有振動(dòng)周期的結(jié)構(gòu)分析最大加速度值 ,從而得到地震荷載p。 5.3 反應(yīng)譜及其工程應(yīng)用第二十三張，PPT共八十二頁，創(chuàng)作于2022年6月24如果考慮阻尼，則:其中， 是有阻尼時(shí)的結(jié)構(gòu)的圓頻率， 為阻尼比。當(dāng)阻尼比 很小時(shí),可取 ，則 5.3 反應(yīng)譜及其工程應(yīng)用第二十四張，PPT共八十二頁，創(chuàng)作于2022年6月25當(dāng)結(jié)構(gòu)周期較小時(shí)，加速度反應(yīng)較大；而當(dāng)周期較大時(shí)，反應(yīng)較小。加速度反應(yīng)譜曲線中最大值對(duì)應(yīng)的周期稱為地震波的卓越周期（predominant period）。 Elcentro 1940 （N-S） 地震記錄EIcentro 地震波的加速度反應(yīng)譜 5.3 反應(yīng)譜及其工程應(yīng)用第二十五張，PPT共八十二頁，創(chuàng)作于2022年6月26 5.3 反應(yīng)譜及其工程應(yīng)用在實(shí)際結(jié)構(gòu)中， 的數(shù)值很小( 1.4 Tg ）時(shí)，需考慮高振型影響的結(jié)構(gòu)，按上述公式計(jì)算的結(jié)果，結(jié)構(gòu)頂部的地震剪力偏小，還需進(jìn)行調(diào)整。5.4多自由度體系的水平地震作用第八十張，PPT共八十二頁，創(chuàng)作于2022年6月81頂部地震作用的調(diào)整n 頂部附加地震作用系數(shù)；Fn 頂部附加水平地震