2021年度弹塑性时程分析法讲义.ppt

文档介绍：1 弹塑性时程分析法概述
2 结构的振动计算模型
3 结构的弹塑性本构模型
4 结构振动模型的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵
5 对选用地震波的要求
6 结构动力平衡方程的求解方法
主要内容
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弹塑性时程分析法
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时程分析法：从建筑结构的基本运动方程出发，直接输入对应于建筑物场地的若干条实际地震及速度记录或人工模拟的加速度时程曲线，通过积分运算求得在地面加速度随时间变化期间内结构的各种反应值，这种计算方法称为结构的时程分析法，亦称直接动力法、数值积分法。
1 弹塑性时程分析法概述
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弹塑性时程分析法
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1 弹塑性时程分析法概述
高层建筑结构采用时程分析法可以达到以下目的：
能够比较好地描述出结构物在地震时实际的受力和变形状态，能够比较真实的揭露出结构中的薄弱环节，以便有效地改进结构的抗震设计
其计算结果是对振型分解反应谱法的补充，即根据差异的大小和实际可能，对反应谱法计算结果，按照总剪力判断、位移判断，以结构层间剪力和层间变形为主要控制指标，加以比较、分析，适当调整反应谱的计算结果，从而取得较为合理的抗震安全度和经济效果；
能够对已有的重要建筑物做出正确的抗震能力效评，从而从理论上指导现有结构的抗震加固工作；
可以用空间的弹塑性时程分析作为平面的弹塑性时程分析以及弹性时程分析等各种简化计算方法的比较标准。
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弹塑性时程分析法
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1 弹塑性时程分析法概述
弹性时程分析法：在第一阶段抗震计算中，建筑抗震设计规范规定了用时程分析法进行补充计算，这时的计算所采用的刚度矩阵[K]和阻尼矩阵[C]保持不变。
弹塑性时程分析法：在第二阶段抗震计算中，建筑抗震规范规定采用时程分析法进行弹塑性变形计算，这时结构的刚度矩阵[K]及阻尼矩阵[C]随结构及其构件所处的变形状态，在不同时刻可能取不同的数值，称为弹塑性时程分析。弹塑性时程分析法是第二阶段抗震计算时估算结构薄弱层弹塑性层间变形的最基本的方法。
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弹塑性时程分析法
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1 弹塑性时程分析法概述
弹塑性时程分析法因考虑材料的非线性，是非线性振动问题，叠加原理已不能适用，故不能采用振型分析法。常用的方法是将地面运动时间分割成许多微小的时段，相隔∆t，然后在每个时间间隔∆t内把结构体系当作线性体系来计算，逐步求出体系在各时刻的反应。
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弹塑性时程分析法
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1 弹塑性时程分析法概述
弹塑性时程分析分为平面弹塑性分析以及空间弹塑性分析
平面弹塑性分析：在进行结构的弹塑性反应计算时，构件的恢复力特性只是采用一维恢复力模型，不考虑多维内力同时作用的相互影响，称为平面分析或平面结构空间协调分析。
空间弹塑性分析：结构空间弹塑性动力反应的计算必须建立在构件多维恢复力模型基础上，否则难以体现塑性内力耦合对结构反应的显著影响，而目前尚缺乏一个简单、实用的多维恢复力模型。
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弹塑性时程分析法
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1 弹塑性时程分析法概述
对结构进行弹塑性时程分析时，需要解决以下几个问题：
确定结构的振动模型；
结构和构件的恢复力模型；
关于质量矩阵和阻尼矩阵；
结构振动方程的建立；
输入地震波的选择；
振动方程的积分方法；
编制电子计算机计算程序。
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弹塑性时程分析法
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2 结构的振动计算模型
简化为计算简图的原则：
要反映实际结构的主要力学性能；
要便于计算。
目前主要采用四种振动计算模型：总体模型、层模型、杆系模型以及杆系-层模型。
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弹塑性时程分析法
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2 结构的振动计算模型
总体模型
总体模型直接将整个结构等效化为具有很少几个自由度的力学体系，而且通常简化为只有一个侧移自由度的体系。
该模型将结构的总体变形指标，如侧移限值、最大延性要求等和设计变量相联系，因而在结构的初步设计中有一定的应用价值。
同时，这种模型因所反映的结构非线性性能太粗糙，通常只能用于平面分析，很难扩展到空间分析中，所以，一般只能做初步设计的一个工具方法来发展它，用以指导结构的方案设计。
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弹塑性时程分析法
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2 结构的振动计算模型
层模型
该模型以一个楼层为基本单元，用每层的刚度表示结构的刚度，也称为层间模型。
串联多质点体系：将整个结构合并为一根竖杆，并将全部建筑质量就近分别集中于各层楼盖处作为一个质点，考虑两个方向的水平振动。
串联多刚片体系：对质量与刚度明显不对称、不均匀的结构，应考虑双向水平振动和露面扭转的影响。此时，楼面除了有质量mi外，还有转动惯量Ii对振动产生的影响。
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弹塑性时程分析法
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