建筑抗震PPT讲稿.ppt

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1、建筑抗震第1页，共31页，编辑于2022年，星期六 由于地震作用的复杂性和地震作用发生的强度的不确定性，以由于地震作用的复杂性和地震作用发生的强度的不确定性，以及结构和体形的差异等，地震作用的计算方法是不同的。可分为简及结构和体形的差异等，地震作用的计算方法是不同的。可分为简化方法和较复杂的精细方法。化方法和较复杂的精细方法。底部剪力法底部剪力法振型分解反应谱法振型分解反应谱法时程分析法时程分析法静力弹塑性方法静力弹塑性方法第2页，共31页，编辑于2022年，星期六一、结构抗震理论的发展一、结构抗震理论的发展1.1.静力理论阶段静力理论阶段-静力法静力法19201920年，日本大森房吉提出。年

2、，日本大森房吉提出。假设建筑物为绝对刚体。假设建筑物为绝对刚体。地震作用地震作用-地震系数地震系数将将F F作为静荷载，按静力计算方法计算结构的地震效应作为静荷载，按静力计算方法计算结构的地震效应第3页，共31页，编辑于2022年，星期六2.2.定函数理论定函数理论 苏联扎夫里耶夫首先提出的，他认为地震地面运动可用余苏联扎夫里耶夫首先提出的，他认为地震地面运动可用余弦函数来描述，也即地面位移为弦函数来描述，也即地面位移为 苏联的柯尔琴斯基提出地面运动可用若干个不同振幅、苏联的柯尔琴斯基提出地面运动可用若干个不同振幅、不同阻尼和不同频率的衰减正弦函数的和来表示，也即不同阻尼和不同频率的衰减正弦函

3、数的和来表示，也即第4页，共31页，编辑于2022年，星期六3.3.反应谱理论反应谱理论-反应谱法反应谱法19401940年，美国皮奥特提出。年，美国皮奥特提出。地震作用地震作用-重力荷载代表值重力荷载代表值-地震系数（反映震级、震中距、地基等的影响）地震系数（反映震级、震中距、地基等的影响）-动力系数动力系数(反映结构的特性反映结构的特性,如周期、阻尼等的影响如周期、阻尼等的影响)按静力计算方法计算结构的地震效应按静力计算方法计算结构的地震效应目前，世界上普遍采用的方法。目前，世界上普遍采用的方法。第5页，共31页，编辑于2022年，星期六4.4.直接动力分析理论直接动力分析理论-时程分析法

4、时程分析法 将实际地震加速度时程记录（简称地震记录将实际地震加速度时程记录（简称地震记录 earth-quakerecord）作为动荷载输入，进行结构的地震响应分）作为动荷载输入，进行结构的地震响应分析。析。此外，有用随机振动理论来分析结构地震响应统计特征的，有以此外，有用随机振动理论来分析结构地震响应统计特征的，有以地震时输入结构的能量进行设计，使结构所吸收的能量不致造成结构地震时输入结构的能量进行设计，使结构所吸收的能量不致造成结构破坏的理论等。但这些方法还没有进入抗震设计规范，因此未被抗震破坏的理论等。但这些方法还没有进入抗震设计规范，因此未被抗震设计使用设计使用。5.5.非线性静力分析

5、方法（非线性静力分析方法（Push Over Analysis)Push Over Analysis)第6页，共31页，编辑于2022年，星期六二、与各类型结构相应的地震作用分析方法二、与各类型结构相应的地震作用分析方法不超过不超过40m40m的规则结构：底部剪力法的规则结构：底部剪力法一般的规则结构：两个主轴的振型分解反应谱法一般的规则结构：两个主轴的振型分解反应谱法 质量和刚度分布明显不对称结构：考虑扭转或双向地震作质量和刚度分布明显不对称结构：考虑扭转或双向地震作用的振型分解反应谱法用的振型分解反应谱法 8 8、9 9度时的大跨、长悬臂结构和度时的大跨、长悬臂结构和9 9度的高层建筑：考

6、虑竖向地度的高层建筑：考虑竖向地震作用震作用 特别不规则、甲类和超过规定范围的高层建筑：一维特别不规则、甲类和超过规定范围的高层建筑：一维或二维时程分析法的补充计算或二维时程分析法的补充计算第7页，共31页，编辑于2022年，星期六结构动力计算简图结构动力计算简图三个自由度三个自由度集中质量计算方法集中质量计算方法连续化计算方法连续化计算方法集中质量计算方法集中质量计算方法结构动力计算简图及体系自由度结构动力计算简图及体系自由度第8页，共31页，编辑于2022年，星期六3.2 3.2 单自由度弹性体系的地震反应分析单自由度弹性体系的地震反应分析一、地震作用下单自由度体系的运动方程一、地震作用下

7、单自由度体系的运动方程质点位移质点位移质点加速度质点加速度惯性力惯性力弹性恢复力弹性恢复力阻尼力阻尼力运动方程运动方程第9页，共31页，编辑于2022年，星期六二、单自由度体系动力学分析回顾二、单自由度体系动力学分析回顾1.1.单自由度体系自由振动单自由度体系自由振动（1 1）无阻尼时）无阻尼时特征方程：特征方程：初始条件：第10页，共31页，编辑于2022年，星期六（2 2）有阻尼时）有阻尼时特征方程：特征方程：若若时时为负实数为负实数时时若若为共轭复数为共轭复数第11页，共31页，编辑于2022年，星期六初始条件：第12页，共31页，编辑于2022年，星期六（3 3）临界阻尼）临界阻尼若若

8、时时初始条件：第13页，共31页，编辑于2022年，星期六各种阻尼状态下单自由度体系的自由振动第14页，共31页，编辑于2022年，星期六时时时时时时临界阻尼状态，此时体系不振动过阻尼状态，体系不振动欠阻尼状态，体系振动，振幅不断衰减，直到消失无阻尼状态，体系自由振动时时第15页，共31页，编辑于2022年，星期六2.简谐强迫振动简谐强迫振动当地面运动为简谐运动时，将使体系产生简谐强迫振动。当地面运动为简谐运动时，将使体系产生简谐强迫振动。非齐次线性微分方程解形式：齐次方程通解非齐次线性微分方程解形式：齐次方程通解+特解特解特解形式：特解形式：齐次方程通解齐次方程通解第16页，共31页，编辑于

9、2022年，星期六第一项是所作用荷载的瞬态反应，由于阻尼此项很快即消失第一项是所作用荷载的瞬态反应，由于阻尼此项很快即消失第二项与作用荷载同频率而不同相位的稳态反应第二项与作用荷载同频率而不同相位的稳态反应稳态反应的振幅稳态反应的振幅由于由于所以所以放大系数放大系数频率比频率比第17页，共31页，编辑于2022年，星期六m m 将荷载看成是连续作用的一系列冲量，求出每个将荷载看成是连续作用的一系列冲量，求出每个冲量引起的位移后将这些位移相加即冲量引起的位移后将这些位移相加即为动荷载引起的位移。为动荷载引起的位移。3.3.单自由度体系受迫振动单自由度体系受迫振动-冲量法冲量法第18页，共31页，

10、编辑于2022年，星期六m（1 1）.瞬时冲量的反应瞬时冲量的反应a.a.t=0 时作用瞬时冲量时作用瞬时冲量m 地面冲击运动的结果是使质点产生速度。因地面冲击作用后，体地面冲击运动的结果是使质点产生速度。因地面冲击作用后，体系不再受外界任何作用，因此体系受地面瞬时冲击的强迫振动就是初系不再受外界任何作用，因此体系受地面瞬时冲击的强迫振动就是初速度为速度为 的体系自由振动。的体系自由振动。第19页，共31页，编辑于2022年，星期六因此，冲击强迫振动方程的特解为初位移为零，初速度因此，冲击强迫振动方程的特解为初位移为零，初速度为为 的自由振动方程的解。的自由振动方程的解。b.b.时刻作用瞬时冲

11、量时刻作用瞬时冲量为求一般地震运动作用下单自由度弹性体系运动方程的解，根据线性为求一般地震运动作用下单自由度弹性体系运动方程的解，根据线性微分方程的特性，可运用叠加原理，将地面运动分解为很多个脉冲运微分方程的特性，可运用叠加原理，将地面运动分解为很多个脉冲运动。动。若冲击力若冲击力F不是在不是在t0开始作用，开始作用，而是从而是从 时刻开始作用，则有：时刻开始作用，则有：第20页，共31页，编辑于2022年，星期六(2).(2).一般强迫振动的位移反应一般强迫振动的位移反应m-杜哈密积分杜哈密积分体系在任意体系在任意t t时刻地震反应可由时刻地震反应可由 时段所有地面运动脉冲反应的叠加求得，即

12、时段所有地面运动脉冲反应的叠加求得，即第21页，共31页，编辑于2022年，星期六4 4、方程的通解齐次解特解、方程的通解齐次解特解体系地震反应自由振动强迫振动体系地震反应自由振动强迫振动 体系的自由地震由体系初位移和初速度引起，而体系的强迫振动由地面运动体系的自由地震由体系初位移和初速度引起，而体系的强迫振动由地面运动引起。若体系无初位移和初速度，则体系地震反应中的自由振动项为零。另即引起。若体系无初位移和初速度，则体系地震反应中的自由振动项为零。另即使体系有初位移和初速度，因为体系有阻尼，体系的自由振动项很快衰减，一使体系有初位移和初速度，因为体系有阻尼，体系的自由振动项很快衰减，一般可不

13、考虑。因此，可仅取体系强迫振动项，即为杜哈密积分。般可不考虑。因此，可仅取体系强迫振动项，即为杜哈密积分。第22页，共31页，编辑于2022年，星期六三、单自由度体系地震作用分析三、单自由度体系地震作用分析运动方程运动方程或或其中其中由由Duhamel积分可得零初始条件下质点相对于地面的位移为积分可得零初始条件下质点相对于地面的位移为最大位移最大位移反应反应第23页，共31页，编辑于2022年，星期六质点相对于地面的速度为质点相对于地面的速度为质点相对于地面的最大速度反应为质点相对于地面的最大速度反应为第24页，共31页，编辑于2022年，星期六质点的绝对加速度为质点的绝对加速度为质点相对于地

14、面的最大加速度反应为质点相对于地面的最大加速度反应为第25页，共31页，编辑于2022年，星期六四、地震反应谱最大相对速度最大相对速度最大加速度最大加速度最大反应之间的关系在阻尼比、地面运动确定后，最大反应只是结构周期的函数。在阻尼比、地面运动确定后，最大反应只是结构周期的函数。单自由度体系在给定的地震作用下某个最大反应与体系单自由度体系在给定的地震作用下某个最大反应与体系自振周期的关系曲线称为该反应的地震反应谱。自振周期的关系曲线称为该反应的地震反应谱。最大相对位移最大相对位移第26页，共31页，编辑于2022年，星期六位移反应谱位移反应谱Elcentro 1940（N-S）地震记录第27页

15、，共31页，编辑于2022年，星期六相对速度反应谱相对速度反应谱Elcentro 1940（N-S）地震记录第28页，共31页，编辑于2022年，星期六绝对加速度反应谱绝对加速度反应谱Elcentro 1940（N-S）地震记录第29页，共31页，编辑于2022年，星期六相对位移反应谱相对位移反应谱绝对加速度反应谱绝对加速度反应谱相对速度反应谱相对速度反应谱地震反应谱的特点地震反应谱的特点1.1.阻尼比对反应谱影响很大阻尼比对反应谱影响很大2.2.对于加速度反应谱，当结构周期小对于加速度反应谱，当结构周期小 于某个值时幅值随周期急剧增大，于某个值时幅值随周期急剧增大，大于某个值时，快速下降。大

16、于某个值时，快速下降。3.3.对于速度反应谱，当结构周期小于某对于速度反应谱，当结构周期小于某 个值时幅值随周期增大，随后趋于常数。个值时幅值随周期增大，随后趋于常数。4.4.对于位移反应谱，幅值随周期增大。对于位移反应谱，幅值随周期增大。第30页，共31页，编辑于2022年，星期六不同场地条件对反应谱的影响不同场地条件对反应谱的影响将多个地震反应谱平均后得平均加速度反应谱将多个地震反应谱平均后得平均加速度反应谱 地震反应谱是现阶段计算地震作用的基础，通过反应谱地震反应谱是现阶段计算地震作用的基础，通过反应谱把随时程变化的地震作用转化为最大的等效侧向力。把随时程变化的地震作用转化为最大的等效侧向力。周期（周期（s)s)岩石岩石坚硬场地坚硬场地厚的无粘性土层厚的无粘性土层软土层软土层结构的阻尼比和场地条件对反应谱有很大影响。结构的阻尼比和场地条件对反应谱有很大影响。第31页，共31页，编辑于2022年，星期六