地震作用和結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算課件

3.1

概述地震作用結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的地震作用效應(yīng)第三章地震作用和結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算

地震作用和結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算是建筑抗震設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，是確定所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)滿足最低抗震設(shè)防安全要求的關(guān)鍵步驟。由于地震作用的復(fù)雜性和地震作用發(fā)生的強(qiáng)度的不確定性，以及結(jié)構(gòu)和體形的差異等，地震作用的計(jì)算方法是不同的：(1)底部剪力法(2）振型分解反應(yīng)譜法（3）時(shí)程分析法（4）靜力彈塑性方法地震作用的概念和特點(diǎn)地震作用：

地震釋放的能量，以地震波的形式向四周擴(kuò)散，地震波到達(dá)地面后引起地面運(yùn)動(dòng)，使地面原來(lái)處于靜止的建筑物受到動(dòng)力作用而產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)。在振動(dòng)過(guò)程中作用在結(jié)構(gòu)上的慣性力就是地震作用。(以前稱為地震荷載)

（1）不是直接作用在結(jié)構(gòu)上，屬于間接作用；（2）不僅取決于地震烈度、設(shè)計(jì)地震分組和場(chǎng)地類別等地震特性，還與結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性（自振周期、阻尼等）密切相關(guān)。特點(diǎn)？結(jié)構(gòu)抗震理論的發(fā)展過(guò)程靜力理論階段反應(yīng)譜理論階段動(dòng)力理論階段

基于性態(tài)的抗震設(shè)計(jì)理論

-Performance-basedseismicdesign3.2單自由度彈性體系的地震反應(yīng)分析一、地震作用下單自由度體系的運(yùn)動(dòng)方程質(zhì)點(diǎn)位移質(zhì)點(diǎn)加速度慣性力彈性恢復(fù)力阻尼力運(yùn)動(dòng)方程方程建立——達(dá)朗貝爾原理二、單自由度體系動(dòng)力學(xué)分析1.單自由度體系自由振動(dòng)（1）無(wú)阻尼時(shí)時(shí)（2）有阻尼時(shí)m

將荷載看成是連續(xù)作用的一系列沖量，求出每個(gè)沖量引起的位移后將這些位移相加即為動(dòng)荷載引起的位移。2.單自由度體系受迫振動(dòng)---沖量法(2).動(dòng)荷載的位移反應(yīng)m---杜哈美（Duhamel）積分計(jì)阻尼時(shí)若t=0時(shí)體系有初位移、初速度b.

時(shí)刻作用瞬時(shí)沖量三、單自由度體系地震作用分析運(yùn)動(dòng)方程或其中由Duhamel積分，可得零初始條件下質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于地面的位移為最大位移反應(yīng)質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于地面的速度為質(zhì)點(diǎn)的絕對(duì)加速度為最大相對(duì)速度最大加速度最大相對(duì)位移最大反應(yīng)之間的關(guān)系

求得了單自由度體系在地震動(dòng)作用下的最大反應(yīng)以后，下一步將引出地震工程領(lǐng)域內(nèi)的核心概念“反應(yīng)譜”？地震反應(yīng)譜(responsespectrum)T1TiSyT反應(yīng)譜？

單自由度體系在給定地震動(dòng)作用下某種反應(yīng)量的最大值與體系自振周期之間的關(guān)系曲線相對(duì)速度反應(yīng)譜Elcentro1940（N-S）地震記錄絕對(duì)加速度反應(yīng)譜Elcentro1940（N-S）地震記錄標(biāo)準(zhǔn)化加速度反應(yīng)譜---動(dòng)力系數(shù)（或標(biāo)準(zhǔn)化加速度反應(yīng)譜）震級(jí)震級(jí)越大，長(zhǎng)周期成分越豐富，反應(yīng)譜峰點(diǎn)周期越后移震中距震中距越大，長(zhǎng)周期成分越豐富，反應(yīng)譜峰點(diǎn)周期越后移場(chǎng)地場(chǎng)地越軟，反應(yīng)譜峰點(diǎn)周期越后移加速度反應(yīng)譜的性質(zhì)（地震動(dòng)方面）由于地震動(dòng)是一個(gè)非常復(fù)雜的隨機(jī)過(guò)程，不能用確定性的函數(shù)表示，因此在計(jì)算反應(yīng)譜時(shí)，通常對(duì)運(yùn)動(dòng)方程直接積分得到！目前應(yīng)用的抗震設(shè)計(jì)方法是基于力的抗震設(shè)計(jì)，加速度反應(yīng)譜是基于力的抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，因此后面將主要介紹加速度反應(yīng)譜。在代表未來(lái)抗震設(shè)計(jì)理論發(fā)展方向的抗震理論——基于性態(tài)的抗震設(shè)計(jì)理論（Performance-basedseismicdesign）中，速度和位移反應(yīng)譜將起到至關(guān)重要的作用！幾個(gè)說(shuō)明3.3單自由度彈性體系的水平地震作用一、單自由度體系的水平地震作用結(jié)構(gòu)在地震作用下作用力的最大地震作用為---集中于質(zhì)點(diǎn)處的重力荷載代表值；---重力加速度---動(dòng)力系數(shù)---地震系數(shù)---地震影響系數(shù)放大系數(shù)與周期的曲線關(guān)系－T，與建筑場(chǎng)地類別、震級(jí)、震中距等因素密切相關(guān)，通過(guò)大量的分析計(jì)算，我國(guó)抗震規(guī)范中將最大動(dòng)力放大系數(shù)max＝2.25

水平地震影響系數(shù)是地震系數(shù)k與動(dòng)力系數(shù)的乘積，當(dāng)基本烈度確定后，地震系數(shù)k為常數(shù)。僅隨值而變化。所以，水平地震影響系數(shù)最大值抗震規(guī)范中是以水平地震影響系數(shù)作為抗震設(shè)計(jì)依據(jù)的，其數(shù)值應(yīng)根據(jù)烈度、場(chǎng)地類別、設(shè)計(jì)地震分組以及結(jié)構(gòu)自振周期和阻尼比確定。放大系數(shù)－標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜地震影響系數(shù)二、抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜

根據(jù)同一類場(chǎng)地上所得到的地面運(yùn)動(dòng)加速度記錄分別計(jì)算出它的反應(yīng)譜曲線，然后將這些譜曲線進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，求出其中最有代表性的平均反應(yīng)譜曲線然后結(jié)合經(jīng)驗(yàn)判斷確定，通常稱這樣的譜曲線為抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜！（討論）

解：（1）求結(jié)構(gòu)體系的自振周期（2）求水平地震影響系數(shù)查表確定地震影響系數(shù)最大值（阻尼比為0.05）1.400.90(1.20)0.50(0.72)-----罕遇地震0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.04多遇地震9876地震影響烈度例：?jiǎn)螌訂慰缈蚣?。屋蓋剛度為無(wú)窮大，質(zhì)量集中于屋蓋處。已知設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震分組為二組，Ⅰ類場(chǎng)地；屋蓋處的重力荷載代表值G=700kN，框架柱線剛度阻尼比為0.05。試求該結(jié)構(gòu)多遇地震時(shí)的水平地震作用。

h=5m查表確定解：例：?jiǎn)螌訂慰缈蚣?。屋蓋剛度為無(wú)窮大，質(zhì)量集中于屋蓋處。已知設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震分組為二組，Ⅰ類場(chǎng)地；屋蓋處的重力荷載代表值G=700kN，框架柱線剛度,阻尼比為0.05。試求該結(jié)構(gòu)多遇地震時(shí)的水平地震作用。（1）求結(jié)構(gòu)體系的自振周期（2）求水平地震影響系數(shù)h=5m查表確定地震特征周期分組的特征周期值（s）0.900.650.450.35第三組0.750.550.400.30第二組0.650.450.350.25第一組ⅣⅢⅡⅠ場(chǎng)地類別解：例：?jiǎn)螌訂慰缈蚣?。屋蓋剛度為無(wú)窮大，質(zhì)量集中于屋蓋處。已知設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震分組為二組，Ⅰ類場(chǎng)地；屋蓋處的重力荷載代表值G=700kN，框架柱線剛度,阻尼比為0.05。試求該結(jié)構(gòu)多遇地震時(shí)的水平地震作用。

（1）求結(jié)構(gòu)體系的自振周期（2）求水平地震影響系數(shù)h=5m（3）計(jì)算結(jié)構(gòu)水平地震作用三、重力荷載代表值的確定

結(jié)構(gòu)的重力荷載代表值等于結(jié)構(gòu)和構(gòu)配件自重標(biāo)準(zhǔn)值Gk加上各可變荷載組合值。---第i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值；---第i個(gè)可變荷載的組合值系數(shù)；不考慮軟鉤吊車0.3硬鉤吊車0.5其它民用建筑0.8