東南大學(xué)工程結(jié)構(gòu)抗震分析-時(shí)程分析法

第4講時(shí)時(shí)程分析析法§4-1彈性時(shí)程程分析法法§4-2彈塑性時(shí)時(shí)程分析析法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-振型疊加法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-振型疊加加法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-振型疊加加法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-振型疊加加法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-振型疊加加法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-振型疊加加法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-振型疊加加法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-直接積分分法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-直接積分分法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-直接積分分法圖5線性加速速度示意意結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-直接積分分法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-直接積分分法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-直接積分分法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-直接積分分法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-直接積分分法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-直接積分分法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-直接積分分法圖6Wilson-θ法示意結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-直接積分分法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-直接積分分法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-直接積分分法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-直接積分分法圖7內(nèi)載荷變化結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-直接積分分法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-直接積分分法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-直接積分分法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-直接積分分法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-直接積分分法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-直接積分分法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-直接積分分法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-直接積分分法結(jié)構(gòu)動(dòng)力力響應(yīng)分分析-直接積分分法阻尼定義義與分類類阻尼是一一種能量量耗散機(jī)機(jī)制，它它使振動(dòng)動(dòng)隨時(shí)間間減弱并并最終停停止。阻尼的數(shù)數(shù)值主要要取決于于材料、、運(yùn)動(dòng)速速度和振振動(dòng)頻率率。阻尼可分分類如下下：粘性阻尼尼滯后或固固體材料料阻尼庫侖或干干摩擦阻阻尼粘性阻尼尼粘性阻尼尼一般物物體在液液體中運(yùn)運(yùn)動(dòng)時(shí)存存在；阻尼力與與速度成成正比，，動(dòng)力學(xué)學(xué)分析應(yīng)應(yīng)當(dāng)考慮慮粘性阻阻尼比例常數(shù)數(shù)c稱作阻尼尼常數(shù)通常用阻阻尼比x（阻尼常數(shù)數(shù)c對臨界阻阻尼常數(shù)數(shù)cc*的比值））表示臨界阻尼尼為系統(tǒng)統(tǒng)出現(xiàn)振振蕩和非非振蕩行行為臨界界狀態(tài)時(shí)時(shí)的阻尼尼。*對一個(gè)質(zhì)質(zhì)量為m，頻率為w的單自由由度彈簧簧質(zhì)量系系統(tǒng),cc=2mw滯后和固固體材料料阻尼是材料的的固有特特性在動(dòng)力學(xué)學(xué)分析中中應(yīng)該考考慮認(rèn)識還不不是很透透徹，很很難定量量確定滯后和固固體材料料阻尼庫侖或干干摩擦阻阻尼物體在干干燥表面面上滑動(dòng)動(dòng)時(shí)的阻阻尼；阻尼力與與表面法法向接觸觸力成正正比；比例常數(shù)數(shù)m就是摩擦擦系數(shù)；；動(dòng)力學(xué)分分析中一一般不予予考慮。庫侖或干干摩擦阻阻尼阻尼矩陣陣在ANSYS中,阻尼是各各種指定定阻尼的的和[C]a[M]bbc[K]bjm(2/W)bjx[Ck][Cx]結(jié)構(gòu)阻尼尼矩陣結(jié)構(gòu)質(zhì)量量矩陣因因子(ALPHAD)結(jié)構(gòu)質(zhì)量量矩陣結(jié)構(gòu)剛度度矩陣因因子(BETAD)變剛度矩矩陣乘子子(DMPRAT)結(jié)構(gòu)剛度度矩陣對于材料料j的剛度矩矩陣乘子子(MP,DAMP)臨界阻尼尼比(MP,DMPR)單元阻尼尼矩陣(單元實(shí)常常數(shù))與頻率相相關(guān)的阻阻尼矩陣陣(DMPRAT和MP,DAMP)三種形式式阻尼的的定義方方法ANSYS允許上述述所有三三種形式式的阻尼尼通過規(guī)定定阻尼比x,Rayleigh阻尼常數(shù)數(shù)a，或定義義帶有阻尼矩陣陣的單元元，可將粘粘性阻尼尼納入考考慮；通過規(guī)定定另一種種Rayleigh阻尼常數(shù)數(shù)b可將滯后后或固體體阻尼納納入考慮慮；通過規(guī)定定帶有摩擦擦性能的的接觸表表面單元元和間隙隙單元，可將庫庫侖阻尼尼納入考考慮；三種形式阻尼尼的定義方法法Rayleigh阻尼常數(shù)a和b用作矩陣[M]和[K]的乘子來計(jì)算算[C]:[C]=a[M]+b[K]a/2w+bw/2=x其中：w是頻率,x是阻尼比在不能定義阻阻尼比x時(shí)，需使用這這兩個(gè)阻尼常常數(shù)a是粘度阻尼分量量，b是滯后或固體體或剛度阻尼尼分量三種形式阻尼尼的定義方法法aAlpha阻尼亦可稱作質(zhì)量量阻尼只有當(dāng)粘度阻阻尼是主要因因素時(shí)才規(guī)定定此值，如在在進(jìn)行各種水水下物體、減減震器或承受受風(fēng)阻力物體體的分析時(shí)如果忽略b阻尼，a可通過已知值值x（阻尼比）和已知頻率w來計(jì)算：a=2xw因?yàn)橹辉试S有有一個(gè)a值,所以要選選用最主要的的響應(yīng)頻率來來計(jì)算aa=31205三種形式阻尼尼的定義方法法b阻尼Beta亦可稱作結(jié)構(gòu)構(gòu)或剛度阻尼尼是大多數(shù)材料料的固有特性性b阻尼對每一個(gè)個(gè)材料進(jìn)行規(guī)規(guī)定（作為材材料性質(zhì)DAMP），，或作為一個(gè)單單一的總值如果忽略a阻尼，b可以通過已知知的x（阻尼比）和和已知頻率w來計(jì)算：b=2x/w選用最主要的的響應(yīng)頻率來來計(jì)算bb=0004000300010002三種形式阻尼尼的定義方法法定義a和b阻尼：使用方程a/2w+bw/2=x近似地假設(shè)a和b阻尼的總和在在頻率范圍w1至w2之間是一個(gè)長長阻尼比x，給出兩個(gè)聯(lián)立立方程，從而而可以計(jì)算出出a和bx=a/2w1+bw1/2x=a/2w2+bw2/2a+bbaw1w2§3.3算法的精度§3.3算法的精度§3.4地震波的選取取§3.4地震波的選取取§3.4地震波的選取取§3.4地震波的選取取延性（Ductility）的定義Paulay和Priestley的定義：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的的滯回延性，，是指在抗力力沒有明顯下下降的情況下下，結(jié)構(gòu)或構(gòu)構(gòu)件所能經(jīng)受受的反復(fù)彈塑塑性變形循環(huán)環(huán)的能力。（1）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件件至少能夠經(jīng)經(jīng)受住5次反復(fù)的彈塑塑性變形循環(huán)環(huán)，而且最大大幅值可達(dá)設(shè)設(shè)計(jì)容許變形形值；（2）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件件在經(jīng)歷反復(fù)復(fù)的彈塑性變變形循環(huán)時(shí)，，抗力的下降降量始終不超超過最大抗力力的20％。（國內(nèi)常常用15％）延性指標(biāo)曲率延性系數(shù)數(shù)（曲率延性性比）位移延性系數(shù)數(shù)（位移延性性比）曲率延性比屈服曲率極限曲率位移延性比集中塑性單元元模型分布塑性單元元模型桿系模型集中塑性單元元模型的優(yōu)缺缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：對計(jì)算算機(jī)存儲(chǔ)容量量要求較低，，耗費(fèi)機(jī)時(shí)少少、數(shù)值穩(wěn)定定缺點(diǎn)：無法反反映鋼筋混凝凝土構(gòu)件的非非彈性變形區(qū)區(qū)域具有一定定的長度、而而且這個(gè)塑性性區(qū)長度是隨隨加載歷史的的變化而變化化的這一客觀觀規(guī)律。分布塑性單元元模型分段變剛度模模型曲線分布柔度度模型有限單元模型型經(jīng)典剛度法單單元（位移插插值函數(shù)）基于柔度法單單元（內(nèi)力插插值函數(shù)）中震分析設(shè)計(jì)計(jì)《抗規(guī)》中對中震設(shè)計(jì)計(jì)的內(nèi)容涉及及很少，僅在在總則中提到到“小震不壞壞、中震可修修、大震不倒倒”的抗震設(shè)設(shè)防目標(biāo)，但但沒有給出中中震設(shè)計(jì)的判判斷標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)設(shè)計(jì)要求，我我國目前的抗抗震設(shè)計(jì)是以以小震為設(shè)計(jì)計(jì)基礎(chǔ)的，中中震和大震則則是通過地震震力的調(diào)整系系數(shù)和各種抗抗震構(gòu)造措施施來保證的，，但隨著復(fù)雜雜結(jié)構(gòu)、超高高超限結(jié)構(gòu)越越來越多，對對中震的設(shè)計(jì)計(jì)要求也越來來越多，目前前工程界對于于結(jié)構(gòu)的中震震設(shè)計(jì)有兩種種方法：第一種按照中中震彈性設(shè)計(jì)計(jì)；第二種是按照照中震不屈服服設(shè)計(jì)；而這兩種設(shè)計(jì)計(jì)方法在MIDAS/Gen中都可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)中震分析設(shè)計(jì)計(jì)一、中震彈性性設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的抗震承承載力滿足彈彈性設(shè)計(jì)要求求，最大地震震影響系數(shù)α按表1取值，在中震震作用下，設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)可不考考慮地震組合合內(nèi)力調(diào)整系系數(shù)（即強(qiáng)柱柱弱梁、強(qiáng)剪剪弱彎調(diào)整系系數(shù)），但應(yīng)應(yīng)采用作用分分項(xiàng)系數(shù)、材材料分項(xiàng)系數(shù)數(shù)和抗震承載載力調(diào)整系數(shù)數(shù)，構(gòu)件的承承載力計(jì)算時(shí)時(shí)材料強(qiáng)度采采用設(shè)計(jì)值。。設(shè)防烈度7度7.5度8度8.5度9度小震α0.080.120.160.240.32中震α0.230.330.460.660.80大震α0.500.720.901.201.40中震放大系數(shù)β2.8752.752.8752.752.5大震放大系數(shù)β6.2565.62554.375表1地震影響系數(shù)數(shù)（β為相對于小震震的放大系數(shù)數(shù)）中震分析設(shè)計(jì)計(jì)1、在MIDAS/Gen中定義中震反反應(yīng)譜主菜單》荷載》反應(yīng)譜分析數(shù)數(shù)據(jù)》反應(yīng)譜函數(shù)：：定義中震反反應(yīng)譜，即在在定義相應(yīng)的的小震反應(yīng)譜譜基礎(chǔ)上輸入入放大系數(shù)β即可，β值按表1取用。中震分析設(shè)計(jì)計(jì)2、定義設(shè)計(jì)參參數(shù)時(shí)，將抗抗震等級定為為四級，即不不考慮地震組組合內(nèi)力調(diào)整整系數(shù)（即強(qiáng)強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)強(qiáng)剪弱彎調(diào)整整系數(shù)）。主菜單》設(shè)計(jì)》鋼筋混凝土構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)》定義抗震等級級：將抗震等等級定為四級級即可。3、其它操作均均同小震設(shè)計(jì)計(jì)。中震分析設(shè)計(jì)計(jì)二、中震不屈屈服設(shè)計(jì)地震作用下的的內(nèi)力按中震震進(jìn)行計(jì)算，，最大地震影影響系數(shù)α按表1取值，地震作作用效應(yīng)的組組合均按《高規(guī)》第5.6節(jié)進(jìn)行，但分分項(xiàng)系數(shù)均取取1.0，計(jì)算可不考考慮地震組合合內(nèi)力調(diào)整系系數(shù)（即強(qiáng)柱柱弱梁、強(qiáng)剪剪弱彎調(diào)整系系數(shù)），構(gòu)件件的承載力計(jì)計(jì)算時(shí)材料的的強(qiáng)度取標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)植。1、在MIDAS/Gen中定義中震反反應(yīng)譜內(nèi)容同中震彈彈性設(shè)計(jì)。2、定義設(shè)計(jì)參參數(shù)時(shí)，將抗抗震等級定為為四級，即不不考慮地震組組合內(nèi)力調(diào)整整系數(shù)（即強(qiáng)強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)強(qiáng)剪弱彎調(diào)整整系數(shù)）。內(nèi)容同中震彈彈性