《地震作用和驗(yàn)算》課件

地震作用和驗(yàn)算地震作用是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不可忽視的重要因素。地震是一種自然災(zāi)害，會(huì)對(duì)建筑物造成巨大的破壞，因此需要對(duì)建筑物進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，確保其在發(fā)生地震時(shí)能夠保持結(jié)構(gòu)安全和功能完整。課程目標(biāo)掌握地震作用的基本概念了解地震動(dòng)特征，地震作用分析方法，以及結(jié)構(gòu)驗(yàn)算的基本流程。培養(yǎng)獨(dú)立分析問(wèn)題的能力能夠根據(jù)實(shí)際工程情況，選擇合適的計(jì)算模型，并進(jìn)行地震作用分析和驗(yàn)算。增強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)意識(shí)掌握地震作用下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和驗(yàn)算的基本方法，提高抗震設(shè)計(jì)水平。地震作用的概述地震是地球內(nèi)部巖層發(fā)生斷裂或錯(cuò)位而造成的地面振動(dòng)。在地震作用下，建筑物會(huì)受到地面振動(dòng)的影響，產(chǎn)生各種動(dòng)力效應(yīng)，包括地震力和地震力矩。地震力是地震作用下結(jié)構(gòu)物受到的水平或豎直方向的力，地震力矩是地震作用下結(jié)構(gòu)物受到的旋轉(zhuǎn)力。地震作用對(duì)建筑物的危害主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是造成結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致建筑物倒塌或嚴(yán)重?fù)p壞；二是引起結(jié)構(gòu)變形，影響建筑物的使用功能；三是引發(fā)次生災(zāi)害，例如火災(zāi)、爆炸等。地震動(dòng)特征分析地震波形地震動(dòng)是指地面在震動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的加速度，可以通過(guò)地震儀記錄下來(lái)。加速度時(shí)程曲線地震動(dòng)加速度時(shí)程曲線反映了地面運(yùn)動(dòng)隨時(shí)間的變化規(guī)律。頻譜特征地震動(dòng)頻譜反映了地震動(dòng)能量在不同頻率上的分布情況。地震烈度地震烈度是根據(jù)地震造成的破壞程度來(lái)劃分的，反映了地震動(dòng)強(qiáng)度。地震動(dòng)時(shí)程的模擬1地震動(dòng)時(shí)程的模擬地震動(dòng)時(shí)程的模擬是地震工程中重要的環(huán)節(jié)，它是將地震作用轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析的輸入，直接影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。2時(shí)程分析地震動(dòng)時(shí)程模擬通常使用隨機(jī)振動(dòng)理論和數(shù)值模擬方法，根據(jù)已知的地震動(dòng)參數(shù)，如峰值加速度、頻譜等，生成模擬地震動(dòng)時(shí)程。3時(shí)程分析模擬地震動(dòng)時(shí)程應(yīng)與實(shí)際地震動(dòng)具有相似的頻譜特性和時(shí)間歷程，并滿足一定的統(tǒng)計(jì)特性，以反映地震動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。地震動(dòng)時(shí)程的生成方法人工地震動(dòng)人工地震動(dòng)是指通過(guò)數(shù)值模擬或?qū)嶒?yàn)方法生成的地震動(dòng)。這是一種常用的方法，可以根據(jù)特定的場(chǎng)地條件和地震參數(shù)生成地震動(dòng)時(shí)程。實(shí)測(cè)地震動(dòng)實(shí)測(cè)地震動(dòng)是指通過(guò)地震儀器記錄的地震動(dòng)。這是一種更真實(shí)的方法，可以反映地震的真實(shí)情況，但需要在實(shí)際地震發(fā)生時(shí)才能獲取?；谧V分析基于譜分析的方法通過(guò)對(duì)地震動(dòng)譜進(jìn)行分析，生成地震動(dòng)時(shí)程。這是一種常用的方法，可以根據(jù)地震動(dòng)譜和場(chǎng)地條件生成地震動(dòng)時(shí)程?；诮?jīng)驗(yàn)公式基于經(jīng)驗(yàn)公式的方法根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式和場(chǎng)地條件生成地震動(dòng)時(shí)程。這是一種較為簡(jiǎn)單的方法，但精度相對(duì)較低。地震作用下結(jié)構(gòu)分析的基本流程1建立模型確定結(jié)構(gòu)的幾何形狀、材料屬性和約束條件。2定義地震荷載確定地震動(dòng)參數(shù)和地震力分布。3進(jìn)行分析采用合適的分析方法，計(jì)算結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)。4結(jié)果評(píng)估根據(jù)分析結(jié)果，評(píng)估結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性和經(jīng)濟(jì)性。靜力分析法地震荷載將地震作用簡(jiǎn)化為等效靜力荷載，模擬地震對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。簡(jiǎn)化計(jì)算適用于簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，如低層建筑，忽略了結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性。安全系數(shù)引入安全系數(shù)，以彌補(bǔ)靜力分析法忽略動(dòng)力效應(yīng)帶來(lái)的誤差。動(dòng)力分析法11.考慮結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性例如結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、剛度和阻尼，并進(jìn)行分析。22.考慮地震動(dòng)時(shí)程將地震動(dòng)時(shí)程作為輸入，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)分析。33.計(jì)算結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)例如位移、速度、加速度等，并進(jìn)行分析。線性動(dòng)力分析簡(jiǎn)化模型將結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)，例如單自由度系統(tǒng)或多自由度系統(tǒng)。計(jì)算方法采用數(shù)值方法，如有限元法或差分法求解運(yùn)動(dòng)方程，獲得結(jié)構(gòu)在特定地震動(dòng)作用下的響應(yīng)。結(jié)果分析分析結(jié)構(gòu)的位移、速度、加速度、應(yīng)力、應(yīng)變等參數(shù)，評(píng)估結(jié)構(gòu)的抗震性能。時(shí)程分析法時(shí)程分析法介紹時(shí)程分析法是地震作用下結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析的常用方法。它將地震動(dòng)輸入結(jié)構(gòu)模型，計(jì)算結(jié)構(gòu)在整個(gè)地震過(guò)程中的動(dòng)力響應(yīng)。時(shí)程分析法的優(yōu)勢(shì)時(shí)程分析法能夠考慮結(jié)構(gòu)的非線性特性，以及地震動(dòng)的時(shí)間歷程影響，更加準(zhǔn)確地模擬結(jié)構(gòu)在地震作用下的實(shí)際響應(yīng)。時(shí)程分析法的局限性時(shí)程分析法的計(jì)算量較大，需要較長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間，對(duì)計(jì)算機(jī)資源要求較高。非線性時(shí)程分析考慮材料非線性非線性時(shí)程分析方法考慮了結(jié)構(gòu)材料的非線性特性，如屈服、強(qiáng)化和損傷。例如，鋼材在超過(guò)屈服強(qiáng)度后會(huì)發(fā)生塑性變形，混凝土在達(dá)到峰值強(qiáng)度后會(huì)發(fā)生脆性破壞?？紤]幾何非線性幾何非線性是指結(jié)構(gòu)的變形會(huì)影響其剛度和受力狀態(tài)。例如，高聳的建筑物在強(qiáng)風(fēng)或地震作用下會(huì)發(fā)生明顯的彎曲，這將影響其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。等效靜力法1簡(jiǎn)化計(jì)算將地震動(dòng)作用簡(jiǎn)化為等效靜力荷載，通過(guò)靜力分析方法進(jìn)行計(jì)算，方便工程應(yīng)用。2地震影響系數(shù)將地震動(dòng)特征和結(jié)構(gòu)特性轉(zhuǎn)化為地震影響系數(shù)，用于計(jì)算等效靜力荷載。3合理假設(shè)該方法基于結(jié)構(gòu)的彈性線性假設(shè)，適用于結(jié)構(gòu)體系比較簡(jiǎn)單的情況。4設(shè)計(jì)規(guī)范等效靜力法在我國(guó)建筑抗震規(guī)范中得到廣泛應(yīng)用，并包含詳細(xì)的計(jì)算方法和規(guī)范要求。能量法能量法簡(jiǎn)介能量法基于結(jié)構(gòu)在動(dòng)力荷載作用下所吸收的能量來(lái)進(jìn)行地震作用的計(jì)算。該方法假設(shè)結(jié)構(gòu)在地震作用下不會(huì)發(fā)生破壞。適用范圍能量法通常適用于結(jié)構(gòu)剛度較高的建筑結(jié)構(gòu)，例如鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。計(jì)算步驟能量法主要計(jì)算結(jié)構(gòu)的彈性勢(shì)能和地震荷載作用下的動(dòng)能。優(yōu)點(diǎn)能量法計(jì)算較為簡(jiǎn)便，可以快速評(píng)估結(jié)構(gòu)的地震安全性。計(jì)算模型的選擇簡(jiǎn)化模型簡(jiǎn)化模型通常用于結(jié)構(gòu)分析的初步評(píng)估和設(shè)計(jì)階段，以簡(jiǎn)化計(jì)算。復(fù)雜模型復(fù)雜模型用于更精細(xì)的分析和設(shè)計(jì)，能夠更好地反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際性能。模型精度模型精度取決于結(jié)構(gòu)類型、重要性和設(shè)計(jì)要求。材料性能的確定11.材料強(qiáng)度材料強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)抗力的重要指標(biāo)，需要根據(jù)規(guī)范和試驗(yàn)結(jié)果確定。22.材料彈性模量彈性模量反映了材料的剛度，影響結(jié)構(gòu)的變形和振動(dòng)特性，需要根據(jù)規(guī)范或試驗(yàn)結(jié)果確定。33.材料泊松比泊松比反映了材料在受力時(shí)體積變化的特性，需要根據(jù)規(guī)范或試驗(yàn)結(jié)果確定。44.材料的抗剪強(qiáng)度材料的抗剪強(qiáng)度是抵抗剪切變形的能力，是影響結(jié)構(gòu)抗剪能力的重要因素。荷載組合地震荷載地震荷載是主要荷載類型，體現(xiàn)地震時(shí)地面運(yùn)動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。永久荷載永久荷載是結(jié)構(gòu)自身重量和固定設(shè)備的重量，對(duì)結(jié)構(gòu)造成持續(xù)作用?；詈奢d活荷載指結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中可變的荷載，如人員、家具和臨時(shí)設(shè)施等。風(fēng)荷載風(fēng)荷載指風(fēng)力對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的作用力，需要根據(jù)風(fēng)速和建筑高度進(jìn)行計(jì)算。地震作用下結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)安全評(píng)估確保結(jié)構(gòu)能夠承受地震力，防止倒塌，保證人身安全。強(qiáng)度驗(yàn)算檢查結(jié)構(gòu)構(gòu)件是否能夠承受地震引起的應(yīng)力，避免破壞。位移驗(yàn)算評(píng)估地震力引起的位移，防止結(jié)構(gòu)發(fā)生過(guò)度變形影響使用。驗(yàn)算結(jié)果根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固或優(yōu)化設(shè)計(jì)，確?？拐鹦阅?。屈服強(qiáng)度驗(yàn)算概念介紹屈服強(qiáng)度驗(yàn)算是指對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件在承受地震荷載時(shí)是否發(fā)生屈服進(jìn)行評(píng)估。屈服強(qiáng)度是指材料開始發(fā)生塑性變形時(shí)的應(yīng)力值。當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)力超過(guò)其屈服強(qiáng)度時(shí)，結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生不可恢復(fù)的變形。因此，屈服強(qiáng)度驗(yàn)算對(duì)于確保結(jié)構(gòu)在地震作用下能夠保持穩(wěn)定和安全至關(guān)重要。驗(yàn)算步驟屈服強(qiáng)度驗(yàn)算通常采用材料力學(xué)中的屈服強(qiáng)度公式進(jìn)行。驗(yàn)算步驟包括確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸、材料特性、地震荷載和屈服強(qiáng)度值，并根據(jù)公式計(jì)算出結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)力值。然后，將計(jì)算得到的應(yīng)力值與材料的屈服強(qiáng)度值進(jìn)行比較。如果應(yīng)力值小于屈服強(qiáng)度值，則結(jié)構(gòu)構(gòu)件滿足屈服強(qiáng)度要求；否則，結(jié)構(gòu)構(gòu)件可能發(fā)生屈服，需要進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。擠壓強(qiáng)度驗(yàn)算11.確定材料強(qiáng)度根據(jù)規(guī)范要求，選取相應(yīng)等級(jí)的混凝土和鋼筋，并確定其材料強(qiáng)度。22.計(jì)算截面面積確定被擠壓構(gòu)件的截面尺寸，并計(jì)算其截面面積。33.確定擠壓應(yīng)力根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力情況，計(jì)算出作用在被擠壓構(gòu)件上的擠壓應(yīng)力。44.比較強(qiáng)度將計(jì)算得到的擠壓應(yīng)力與材料強(qiáng)度進(jìn)行比較，確保擠壓應(yīng)力不超過(guò)材料的允許強(qiáng)度。抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算剪切破壞剪切破壞是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件在剪力作用下發(fā)生斷裂或滑移的破壞形式，是地震作用下結(jié)構(gòu)破壞的重要形式之一?？辜魪?qiáng)度驗(yàn)算抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算主要目的是確保結(jié)構(gòu)構(gòu)件在剪力作用下能夠安全抵抗破壞，保證結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。驗(yàn)算方法抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算通常采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，通過(guò)計(jì)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剪切強(qiáng)度，判斷其是否滿足抗剪強(qiáng)度要求?？箯潖?qiáng)度驗(yàn)算梁梁的抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算，確保梁在承受彎矩和剪力時(shí)不會(huì)發(fā)生破壞。混凝土梁驗(yàn)算時(shí)，要考慮混凝土的抗壓強(qiáng)度和鋼筋的抗拉強(qiáng)度。鋼梁鋼梁的抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算，主要考慮鋼材的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度?？狗€(wěn)定性驗(yàn)算斜坡穩(wěn)定性斜坡的穩(wěn)定性取決于坡度、土質(zhì)和水文條件。應(yīng)確保斜坡在地震作用下不會(huì)發(fā)生滑坡或坍塌。橋梁穩(wěn)定性橋梁的抗風(fēng)穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。應(yīng)考慮風(fēng)荷載對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響，并進(jìn)行必要的驗(yàn)算。建筑物穩(wěn)定性建筑物的穩(wěn)定性應(yīng)通過(guò)抗風(fēng)驗(yàn)算來(lái)保證。應(yīng)考慮風(fēng)荷載對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響，并進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。位移驗(yàn)算位移控制地震作用下，結(jié)構(gòu)的位移應(yīng)滿足使用功能和舒適性要求。最大允許位移由建筑規(guī)范和設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定。驗(yàn)算方法通過(guò)結(jié)構(gòu)分析軟件或手工計(jì)算，計(jì)算出結(jié)構(gòu)的位移值。將計(jì)算結(jié)果與最大允許位移值進(jìn)行比較，判斷是否滿足要求。支座驗(yàn)算承載力驗(yàn)算支座應(yīng)能承受結(jié)構(gòu)傳遞的荷載，包括地震作用下的荷載。變形驗(yàn)算支座變形應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)的變形要求，防止因變形過(guò)大而影響結(jié)構(gòu)安全。耐久性驗(yàn)算支座應(yīng)具有足夠的耐久性，能夠抵抗環(huán)境因素的影響，如腐蝕、老化等。連接件驗(yàn)算鋼梁連接件檢查連接件的強(qiáng)度和剛度，確保連接件能承受結(jié)構(gòu)的荷載和地震力的作用，并防止連接處的破壞?；炷亮哼B接件重點(diǎn)檢查混凝土梁連接處的錨固，確保連接件能可靠地將梁與柱或其他構(gòu)件連接。鋼柱連接件確保連接件能有效地傳遞荷載和地震力，并防止連接處的破壞。螺栓連接檢查螺栓的強(qiáng)度、數(shù)量和布置，確保連接件的強(qiáng)度和剛度滿足要求?；A(chǔ)驗(yàn)算承載力驗(yàn)算基礎(chǔ)應(yīng)滿足承載力要求，確保其能夠承受地震作用下結(jié)構(gòu)傳遞的荷載。驗(yàn)算時(shí)需考慮基礎(chǔ)的尺寸、材料強(qiáng)度、地基土的承載力等因素。沉降驗(yàn)算基礎(chǔ)應(yīng)滿足沉降要求，確保結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。驗(yàn)算時(shí)需考慮基礎(chǔ)的尺寸、材料特性、地基土的壓縮性等因素。檢查項(xiàng)目和驗(yàn)算結(jié)果整理檢查項(xiàng)目結(jié)構(gòu)安全承載能力穩(wěn)定性抗震性能耐久性驗(yàn)算結(jié)果整理整理表格，詳細(xì)記錄各項(xiàng)指標(biāo)的驗(yàn)算結(jié)果，并進(jìn)行對(duì)比分析。編寫報(bào)告根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果，編寫地震作用和驗(yàn)算分析報(bào)告，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)、計(jì)算方法、驗(yàn)算結(jié)果、結(jié)