建筑結(jié)構(gòu)抗震原理-單自由度水平地震作用

工程抗震震原理PrinciplesofSeismicEngineering土木工程程專業(yè)本本科專業(yè)業(yè)課主要內(nèi)容容工程結(jié)構(gòu)構(gòu)抗震原原理2/322第一章工程抗震基礎(chǔ)礎(chǔ)知識(shí)第二章場(chǎng)地與地地基基礎(chǔ)礎(chǔ)抗震原理第三章建建筑結(jié)構(gòu)抗震原理理第六章橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)抗震原理第七章工程結(jié)構(gòu)構(gòu)減震控控制原理第三章建建筑結(jié)結(jié)構(gòu)抗震原理§1概述§2單自由度度體系地地震反應(yīng)應(yīng)分析§3單自由度度體系水水平地震震作用§4多自由度度體系地地震反應(yīng)應(yīng)分析§5地震分析析振型分分解反應(yīng)應(yīng)譜法§6水平地震震作用的的底部剪剪力法§7考慮扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的水平平地震作作用§8結(jié)構(gòu)豎向地震震作用§9建筑結(jié)構(gòu)抗震震驗(yàn)算§10結(jié)構(gòu)自振振周期和和頻率的的實(shí)用計(jì)計(jì)算方法法§11工程結(jié)構(gòu)構(gòu)地震反反應(yīng)的時(shí)時(shí)程分析析方法§12地基與結(jié)結(jié)構(gòu)動(dòng)力力相互作作用效應(yīng)應(yīng)§3單自由度度體系水平地震震作用為了進(jìn)行行工程結(jié)結(jié)構(gòu)的抗抗震設(shè)計(jì)計(jì)，必須須首先求求得地震震作用下下工程結(jié)結(jié)構(gòu)各構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力。目前，求求解工程程結(jié)構(gòu)在在地震作作用下構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力力的方法法主要有有兩種：：第一種方方法是根根據(jù)工程程結(jié)構(gòu)在在地震作作用下的的位移反反應(yīng)，利用剛度度方程，，直接求求解內(nèi)力力，這時(shí)要要求結(jié)構(gòu)構(gòu)體系的的動(dòng)力學(xué)學(xué)模型比比較精確確，所選選的地面面運(yùn)動(dòng)時(shí)時(shí)程曲線線有很好好的代表表性；§3單自由度度體系水平地震震作用第二種方方法是根據(jù)地震作用用下工程程結(jié)構(gòu)的的最大加速速度反應(yīng)應(yīng)，求出該該結(jié)構(gòu)體體系的最大慣性性力，將此慣性力力視為一種反反映地震影響響的等效荷載，即地震作用，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)的靜力計(jì)算算，求出各構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力，，進(jìn)行抗震驗(yàn)驗(yàn)算，從而使使結(jié)構(gòu)抗震計(jì)計(jì)算的動(dòng)力問題轉(zhuǎn)化化為相當(dāng)于靜靜力荷載作用用下的靜力計(jì)計(jì)算問題，可稱之為“動(dòng)靜法”。我國現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范范對(duì)于一般的的工程結(jié)構(gòu)采采用了第二種方法?！?單自由度體系水平地震作用用3.1單自由度體系系水平地震作作用對(duì)于單自由度度彈性體系，，通常把慣性性力看作是一一種反映地震震地面運(yùn)動(dòng)對(duì)對(duì)結(jié)構(gòu)體系影影響的等效力力，用以對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗抗震驗(yàn)算。已知結(jié)構(gòu)的自自振周期T和阻尼比ξ時(shí)，對(duì)于特定定的水平向地地震地面運(yùn)動(dòng)動(dòng)，結(jié)構(gòu)所受的的最大水平地震作用用F為：§3單自由度體系水平地震作用用式中，m—單自由度體體系的質(zhì)量；；G—體系的重量(力)，G=mg，g為重力加速度度；β—?jiǎng)恿ο禂?shù)，，是體系的最大大絕對(duì)加速度反應(yīng)與與地震地面運(yùn)運(yùn)動(dòng)最大加速速度的比值，，表示由于動(dòng)力力效應(yīng)，體系最大絕對(duì)加速速度比地面運(yùn)運(yùn)動(dòng)最大加速速度的放大倍數(shù)。k—地震系數(shù)，是地震地面運(yùn)動(dòng)動(dòng)最大加速度度與重力加速度的的比值，即α—水平地震影響響系數(shù)，是地震系數(shù)數(shù)與動(dòng)力系數(shù)數(shù)的乘積，即§3單自由度體系水平地震作用用與最大絕對(duì)加加速度反應(yīng)譜譜Sa(T,ξ)一樣，對(duì)于給給定的地震加加速度記錄以及具有相同的結(jié)構(gòu)阻阻尼比ξ值，可以計(jì)算算出對(duì)應(yīng)不同的結(jié)構(gòu)自振振周期T的動(dòng)力系數(shù)β值。用動(dòng)力系數(shù)β作縱坐標(biāo)，以體系系的自振周期期T作橫坐標(biāo)，可可以繪制出一一條β－T曲線，稱為動(dòng)力系數(shù)反應(yīng)應(yīng)譜曲線或β譜曲線。對(duì)于給定的地地震記錄，其其最大加速度度是個(gè)常數(shù)，所所以β譜曲線是形狀與（擬）加速度度反應(yīng)譜Sa曲線的形狀完全一致致，只是縱坐標(biāo)標(biāo)值不同，β譜值比Sa譜值縮小了倍。§3單自由度體系水平地震作用用同樣，水平地震影響響系數(shù)反應(yīng)或或α譜曲線的形狀與（擬）加速度反應(yīng)譜譜Sa曲線的形狀也完全全一致，只是是α譜值比Sa譜值縮小了g倍。§3單自由度體系水平地震作用用3.2設(shè)計(jì)反應(yīng)譜地震動(dòng)是一個(gè)個(gè)隨機(jī)過程，即使在在同一地點(diǎn)具具有相同的地地面運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度度，兩次地震震中所記錄的的地面運(yùn)動(dòng)加加速度時(shí)程曲曲線也有很大大差別。采用不同的地面運(yùn)運(yùn)動(dòng)加速度時(shí)時(shí)程曲線可以以算得不同的的反應(yīng)曲線，，雖然它們之之間存在某些些共同特性，，但也存在很多差異。在進(jìn)行工程結(jié)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)，無法預(yù)測(cè)該結(jié)構(gòu)將會(huì)遭遇到怎樣的地震地面運(yùn)動(dòng)作用用。僅用某一次地地震記錄的一一條加速度時(shí)時(shí)程曲線所得得到的反應(yīng)譜譜曲線作為設(shè)設(shè)計(jì)依據(jù)，來計(jì)算地震震作用是不恰恰當(dāng)?shù)?。?單自由度體系水平地震作用用而且，依據(jù)一一條地面運(yùn)動(dòng)動(dòng)加速度時(shí)程程曲線所繪制制的反應(yīng)譜曲曲線波動(dòng)起伏伏頻繁，也很很難在實(shí)際抗抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)應(yīng)用。因此，必須根根據(jù)強(qiáng)震時(shí)在在同一類場(chǎng)地上上得到的地面運(yùn)運(yùn)動(dòng)加速度時(shí)時(shí)程，分別計(jì)計(jì)算出其反應(yīng)譜曲線；；然后將這些些譜曲線進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析析，求出其中最最有代表性的的平均反應(yīng)譜譜曲線，再對(duì)對(duì)其進(jìn)行平滑滑化處理，使使其能用幾個(gè)個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)學(xué)表達(dá)式來表表示其變化，作為抗抗震設(shè)計(jì)的依依據(jù)，稱這樣樣的譜曲線為為設(shè)計(jì)反應(yīng)譜。通常設(shè)計(jì)反應(yīng)應(yīng)譜采用動(dòng)力力系數(shù)β譜或地震影響響系數(shù)α譜?！?單自由度體系水平地震作用用《建筑抗震設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)范》給出的水平平向設(shè)計(jì)反應(yīng)應(yīng)譜曲線如下圖所示，采用地震影響響系數(shù)α譜曲線的形式；依據(jù)據(jù)不同的場(chǎng)地地條件和地震震環(huán)境，設(shè)計(jì)計(jì)反應(yīng)譜曲線線分為9條。§3單自由度體系水平地震作用用圖中的特征周周期Tg按下表取值對(duì)應(yīng)于阻尼比ξ=0.05的水平地震影影響系數(shù)最大大值αmax按下表取值：設(shè)計(jì)地震分組場(chǎng)

地類

別Ⅰ0ⅠⅡⅢⅣ第一組0.200.250.350.450.65第二組0.250.300.400.550.75第三組0.300.350.450.650.90抗震設(shè)防烈度6789設(shè)計(jì)基本地震加速度值

(g)0.050.100.150.200.300.40地面地震動(dòng)峰值加速度

αmax分區(qū)(g)0.050.100.150.200.300.400.04~0.090.09~0.140.14~0.190.19~0.280.28~0.380.38αmax多遇地震(小震)0.040.080.120.160.240.32基本烈度地震0.120.230.340.450.680.90罕遇地震(大震）—0.500.720.901.201.40§3單自由度體系水平地震作用用因此，在應(yīng)用用《建筑抗震震設(shè)計(jì)規(guī)范》》時(shí)，各抗震震設(shè)防烈度的設(shè)計(jì)基本地震加速速度值采用《中國地震動(dòng)參參數(shù)區(qū)劃圖》給出的地面面地震動(dòng)峰值值加速度分區(qū)區(qū)值，其關(guān)系如下表所示?？拐鹪O(shè)防烈度6789設(shè)計(jì)基本地震加速度值

(g)0.050.100.150.200.300.40地面地震動(dòng)峰值加速度

αmax分區(qū)(g)0.050.100.150.200.300.400.04~0.090.09~0.140.14~0.190.19~0.280.28~0.380.38αmax多遇地震(小震)0.040.080.120.160.240.32基本烈度地震0.120.230.340.450.680.90罕遇地震(大震）—0.500.720.901.201.40§3單自由度體系水平地震作用用《中國地震動(dòng)動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖圖》以50年超越概率10%的地面地震動(dòng)動(dòng)峰值加速度度為區(qū)劃指標(biāo)標(biāo)，分為7個(gè)等級(jí)，不再再采用地震烈烈度概念?！?單自由度體系水平地震作用用采用特征周期Tg考慮同一加速速度分區(qū)范圍圍內(nèi)或同一地地震烈度情況況下地震震級(jí)大小小、遠(yuǎn)近對(duì)加速度反應(yīng)應(yīng)譜形狀的影影響，大震、遠(yuǎn)震的的加速度反應(yīng)應(yīng)譜向長周期期一側(cè)延伸，，第一組表示示小震、近震震的影響，第第三組表示大大震、遠(yuǎn)震的的影響。§3單自由度體系水平地震作