弹塑性结构地震反应分析.ppt
《弹塑性结构地震反应分析.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《弹塑性结构地震反应分析.ppt(45页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第八章 弹塑性结构地震反应分析 第一节第一节 弹塑性动力分析的一般过程弹塑性动力分析的一般过程 第二节第二节 串联多自由度体系分析串联多自由度体系分析第三节第三节 平面框架模型平面框架模型 第四节第四节 多维地震波作用下的平扭耦联系统多维地震波作用下的平扭耦联系统 10/28/20221第一节第一节 弹塑性动力分析的一般过程弹塑性动力分析的一般过程 结结构构弹弹塑塑性性地地震震反反应应问问题题是是地地震震工工程程学学研研究究的的热热点点之一。之一。一般结构物都在强震中会进入弹塑性变形阶段。一般结构物都在强震中会进入弹塑性变形阶段。结结构构的的弹弹塑塑性性反反应应与与线线性性反反应应的的表表现现
2、有有很很大大不不同同:结构的基本动力特性变化结构的基本动力特性变化 整体结构的动力反应特征不同整体结构的动力反应特征不同引引用用弹弹塑塑性性分分析析的的概概念念和和具具体体做做法法,有有利利于于研研究究结结构构地地震震反反应应的的本本质质特特征征,有有助助于于揭揭示示设设计计结结构构的的最最不利薄弱环节。不利薄弱环节。10/28/20222第一节第一节 弹塑性动力分析的一般过程弹塑性动力分析的一般过程(续)续)一、一、动力方程动力方程 二、二、刚度修正技术刚度修正技术 三、三、一般分析过程一般分析过程 10/28/20223一、一、动力方程动力方程 结构在多维地震波作用下的一般动力方程为:结构
3、在多维地震波作用下的一般动力方程为:结构弹塑性动力分析的基本过程与之相类似:结构弹塑性动力分析的基本过程与之相类似:唯唯一一的的变变化化在在于于恢恢复复力力向向量量FF代代替替了了弹弹性性力力向向量量 KUKU,这这种种形形式式上上的的替替代代使使我我们们可可以以方方便便地地考考虑虑结结构构的非线性增量方程的非线性增量方程 。10/28/20224一、一、动力方程动力方程 对对单单自自由由度度体体系系,结结构构在在时时刻刻tj+1的的反反应应可可以以用用tj的的反反应应迭迭加加一一个线形增量个线形增量:对多自由度体系,则有对多自由度体系,则有进而得出结构非线性增量方程进而得出结构非线性增量方程
4、:10/28/20225一、一、动力方程动力方程 用用动动力力分分析析的的逐逐步步积积分分法法,可可以以方方便便地地实实现现结结构弹塑性动力分析计算。构弹塑性动力分析计算。在在非非线线性性大大变变形形阶阶段段,结结构构变变形形可可能能进进入入恢恢复复力力下下降降段段,即即出出现现负负刚刚度度。在在负负刚刚度度条条件件下下各各数数值值积积分分方方法法与与正正刚刚度度条条件件有有所所不同。不同。10/28/20226二、二、刚度修正技术刚度修正技术 结结构构线线性性地地震震反反应应分分析析与与非非线线性性地地震震反反应应分分析析的的主主要要差差别别在在于于刚刚度度矩矩阵阵是是否否变变化化。对对于于
5、弹弹塑塑性性结结构构,在在每每一一步步增增量量反反应应计计算算之之先先,要要先先行行修修正正刚刚度度矩矩阵阵中中各各元元素的量值,此即素的量值,此即刚度修正技术刚度修正技术。修修正正刚刚度度矩矩阵阵的的过过程程实实质质是是重重新新形形成成总总刚刚度度矩矩阵阵的的过过程程。在在这这里里,区区分分总总刚刚度度矩矩阵阵、单单元元刚刚度度矩矩阵阵、刚刚度度系系数数、截截面面抵抵抗抗矩矩等等概概念念十十分分重重要要。修修正正刚刚度度矩矩阵阵与与应应用用恢恢复复力力模模型型的的联联系系途途径径是是通通过过这这些些概概念念转转换换的的。这一途径可用图加以说明。这一途径可用图加以说明。10/28/20227二
6、、二、刚度修正技术(续)刚度修正技术(续)以以常常见见的的三三线线型型刚刚度度退退化化型型模模型型介介绍绍刚刚度度修修正正技技术术。骨骨架架曲曲线线包包括括了了开开裂裂点点、屈屈服服点点、极极限限荷荷载载点点等等界界点点。滞滞回回曲曲线线由由最最大大变变形形点点指指向向和和刚刚度度退退化化规规则则加加以以规规定定。在在动动力力计计算算开开始始前前要要存存贮贮骨骨架架曲曲线线界界点点值值,在在计计算算中中要要存存贮贮反反向向曾曾经经经经历历过过的的变变形形最最大大值值和和损损伤状态值。伤状态值。10/28/20228二、二、刚度修正技术(续)刚度修正技术(续)(1 1)根根据据变变形形速速度度的
7、的符符号号判判定定变变形形方方向向,然然后后判判明明本本步步变变形形绝绝对对值值是是否否超超过过同同方方向向历历史史最最大大变变形形绝绝对对值值。当当超超过过时时,则则加加载载点点必必在在骨骨架架曲曲线线上上,此此时时,可可将将本本步步累累积积变变形形值值与与骨骨架架曲曲线线界界点点变变形形值值相相比比较较。超超过过界界点点值值时时改改变变状状态态标标识识变变量量并并修修正正刚刚度度;不不超超过过界界点点值值时时,不不修修正正刚刚度度。而而当当不不超超过过历历史史最最大大变变形形绝绝对对值值时时,应应进进一一步步判判明明相相邻邻时时刻刻内内力力是是否否反反号号,反反号号时时,则则修修正正刚刚度
8、度,否否则则不修正刚度;不修正刚度;(2 2)当当相相邻邻时时刻刻变变形形速速度度值值发发生生变变化化时时,变变形形反反向向,此此时,取卸载段退化刚度为本步刚度值。时,取卸载段退化刚度为本步刚度值。10/28/20229二、二、刚度修正技术(续)刚度修正技术(续)10/28/202210二、二、刚度修正技术(续)刚度修正技术(续)在在刚刚度度修修正正技技术术中中,还还有有界界点点刚刚度度转转换换问问题题,即即在在前前后后两两时时刻刻刚刚度度发发生生变变化化(即即恢恢复复力力曲曲线线有有转转折折)时时,需需将将时时间间步步长长分分割割,求求出出刚刚度度发发生生变变化化时时(即即到到达达恢恢复复力
9、力曲曲线线的的转转折折点点)的的时时刻刻。在在此此时时刻刻之之前前按按原原刚刚度度计计算算,在在此此时时刻刻之之后后按按改改变变后后的刚度计算。的刚度计算。10/28/202211三、三、一般分析过程一般分析过程 弹塑性结构反应分析的思路分为三个基本组弹塑性结构反应分析的思路分为三个基本组成部分:成部分:数值积分数值积分 反应值迭加反应值迭加 刚度修正刚度修正一般的分析流程见图。一般的分析流程见图。10/28/202212三、三、一般分析过程一般分析过程 10/28/202213第二节第二节 串联多自由度体系分析串联多自由度体系分析 当不考虑结构扭转振动和土结相互当不考虑结构扭转振动和土结相互
10、作用时,一般多层结构或高耸结构可以抽作用时,一般多层结构或高耸结构可以抽象为一个底部嵌固的串联多自由度体系。象为一个底部嵌固的串联多自由度体系。一、一、剪切模型剪切模型 二、二、弯剪模型弯剪模型 10/28/202214一、一、剪切模型剪切模型当当结结构构的的变变形形主主要要表表现现为为集集中中质质量量层层之之间间的的错错动动,且且这这种种错错动动可视为层间剪切角变位的结果时,则可将结构简化为剪切模型。可视为层间剪切角变位的结果时,则可将结构简化为剪切模型。一一般般说说来来,高高宽宽比比不不大大的的多多层层建建筑筑、强强梁梁弱弱柱柱的的框框架架体体系系等等可可以作为剪切结构考虑。以作为剪切结构
11、考虑。10/28/202215一、一、剪切模型(续)剪切模型(续)由由于于不不考考虑虑楼楼板板的的转转角角变变形形,因因此此,剪剪切切模模型型的的层层间间单元刚度矩阵服从以下关系:单元刚度矩阵服从以下关系:其中其中yi为第为第I层的位移层的位移,为为剪剪应应力力不不均均匀匀系系数数;h为为层层高高;A,J分分别别为为截截面面积和惯性矩。积和惯性矩。根根据据Q恢恢复复力力关关系系进进行行动动力力分分析析时时,弹弹性性层层间间刚刚度为:度为:在弹塑性阶段,则有:在弹塑性阶段,则有:10/28/202216二、二、弯剪模型弯剪模型 高高宽宽比比大大于于4 4的的结结构构、强强柱柱弱弱梁梁型型结结构构
12、和和高高耸耸结结构构等等,在在结结构构振振动动时时,弯弯曲曲效效应应不不容容忽忽视视。应应采采用用同同时时考考虑虑弯弯曲曲变变形形和剪切变形的弯剪模型。和剪切变形的弯剪模型。10/28/202217二、二、弯剪模型弯剪模型 层间单元刚度矩阵服从下述一般关系:层间单元刚度矩阵服从下述一般关系:为为区区别别剪剪切切模模型型,这这里里以以u为为水水平平位位移移,而而为为转转角未知量。式中刚度系数的具体形式见公式。角未知量。式中刚度系数的具体形式见公式。10/28/202218二、二、弯剪模型弯剪模型 弯剪模型区别于剪切模型的根本点在于前者需考弯剪模型区别于剪切模型的根本点在于前者需考虑楼层处的弯曲转
13、角。引用静态凝聚原理,则不虑楼层处的弯曲转角。引用静态凝聚原理,则不增加动力方程的自由度数。将总刚度矩阵中与转增加动力方程的自由度数。将总刚度矩阵中与转角有关的刚度系数并入仅与水平位移有关的刚度角有关的刚度系数并入仅与水平位移有关的刚度系数项。系数项。自由振动的动平衡方程可以表示为:10/28/202219二、二、弯剪模型弯剪模型 从上述方程的后一组从上述方程的后一组n个方程中可以解出:个方程中可以解出:代入前一组代入前一组n个方程可得:个方程可得:其中其中 称为弯剪模型得等效结构侧移刚度矩阵。称为弯剪模型得等效结构侧移刚度矩阵。10/28/202220二、二、弯剪模型弯剪模型 引用等效侧移刚
14、度矩阵,动力方程如上式引用等效侧移刚度矩阵,动力方程如上式所示,动力自由度数等于集中质量个数。所示,动力自由度数等于集中质量个数。10/28/202221第三节第三节 平面框架模型平面框架模型 平平面面框框架架模模型型就就是是将将一一般般框框架架结结构构单单独独抽抽出出一一榀或经某种假定简化为一榀框架所假定的模型。榀或经某种假定简化为一榀框架所假定的模型。这这种种模模型型的的弹弹塑塑性性动动力力分分析析反反应应分分析析一一般般以以梁梁、柱构件作为最小单元进行分析。柱构件作为最小单元进行分析。典典型型的的构构件件模模型型有有杆杆端端弹弹塑塑性性弹弹簧簧模模型型、分分割割梁模型、假设变形函数模型等
15、。梁模型、假设变形函数模型等。10/28/202222第三节第三节 平面框架模型平面框架模型 一、一、杆端弹塑性弹簧模型杆端弹塑性弹簧模型 二、二、分割梁模型分割梁模型 三、三、半刚架模型半刚架模型 10/28/202223一、一、杆端弹塑性弹簧模型杆端弹塑性弹簧模型 这这种种类类型型的的基基本本思思想想在在于于把把杆杆件件中中的的塑塑性性变变形形全全部部集集中中在在杆杆端端,并并以以杆杆端端等等效效的的弹弹塑塑性性回回转转弹弹簧簧等等价价地地表表示。弹簧之间的杆件仅发生弹性变形。示。弹簧之间的杆件仅发生弹性变形。模型的基本假定:模型的基本假定:(1)杆件的弹塑性变形状态可以用图等价地表示;)
16、杆件的弹塑性变形状态可以用图等价地表示;(2)杆端塑性转角只与本端弯矩增量有关;)杆端塑性转角只与本端弯矩增量有关;(3)采采用用以以单单根根构构件件试试验验为为基基础础的的杆杆端端力力矩矩杆杆端端转转角角恢恢复复力力关关系系作作为为基基准准恢恢复复力力曲曲线线,而而不不考考虑虑各各构构件相互联结的影响。件相互联结的影响。10/28/202224一、一、杆端弹塑性弹簧模型杆端弹塑性弹簧模型 10/28/202225二、二、分割梁模型分割梁模型 杆杆端端弹弹簧簧模模型型把把沿沿杆杆件件分分布布的的损损伤伤分分别别集集中中于于杆杆端端,并并假假定定杆杆端端塑塑性性转转角角增增量量仅仅与与本本端端弯
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 塑性 结构 地震 反应 分析
限制150内