文档介绍：3 结构地震反应分析与抗震验算
抗震结构设计
概述
单自由度弹性体系的地震反应分析
单自由度弹性体系的水平地震作用及其反应谱
多自由度弹性体系的地震反应的振型分解法
多自由度体系的水平地震作用
结构自振周期和振型计算
地基与结构的相互作用
结构的抗震验算
概述
一、建筑结构抗震设计步骤
1、计算结构的地震作用—地震荷载
2、计算结构、构件的地震作用效应—M、Q、N及位移
3、地震作用效应与其他荷载效应进行组合、验算结构和构件的抗震承载力及变形(确保结构、构件的内力<材料抗力)。
3 结构地震反应分析与抗震验算
抗震结构设计
二、结构抗震设计理论发展过程的三个阶段
---静力法
1920年,日本大森房吉提出。
假设建筑物为绝对刚体。
地震作用
---地震系数:反映震级、震中距、地基等的影响
将F作为静荷载,按静力计算方法计算结构的地震效应
2、反应谱理论阶段:1940年美国皮奥特教授提出的“弹性反应谱理论”
目前我国采用:底部剪力法或震型分解反应谱法(用于小震或中震的计算)
计算时:单自由度多质点体系(多个等效单质点体系),如糖葫芦
目前,世界上普遍采用的方法。
3、动态分析阶段:时程分析法—用于大震分析计算,借助于计算机。
三、与各类型结构相应的地震作用分析方法
不超过40m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
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
8、9度时的大跨、长悬臂结构和9度的高层建筑:考虑竖向地震作用
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
补充:单自由度体系动力学分析回顾
单自由度体系自由振动
(1)无阻尼时
时
(2)有阻尼时
阻尼:振动过程中的阻力。
无阻尼自由振动:系统只在恢复力作用下维持的振动。其振动的振幅不随时间而改变,振动过程将无限地进行下去。
有阻尼自由振动:系统在振动过程中,除受恢复力外,还存在阻尼力,这种阻尼力的存在不断消耗振动的能量,使振幅不断减小。
强迫振动:在外加剂激振力作用下的振动称为强迫振动。(工程中的自由振动,都会由于阻尼的存在而逐渐衰减,最后完全停止。但实际上又存在有大量的持续振动,这是由于外界有能量输入以补充阻尼的消耗,一般都承受外加的激振力。)
有阻尼受迫振动有两部分组成。第一部分是衰减振动;第二部分是受迫振动。
单自由度弹性体系的地震反应分析
1、单自由度弹性体系的计算简图
把结构的所有质量集中在屋盖处,墙、柱视为一个无质量的弹性杆,形成一个单质点体系。
当一个单质点体系只作单向振动时,形成一个单自由度体系。
3 结构地震反应分析与抗震验算
抗震结构设计
2、运动方程
:地面(基础)的水平位移
:质点对地面的的相对位移
:质点的总位移
:质点的绝对加速度
动荷载
取质点为隔离体,由结构动力学可知,作用在质点上的力:
惯性力:
弹性恢复力:
阻尼力:(粘滞阻尼理论)
根据达朗贝尔原理:单质点弹性体系在地震作用下的运动方程为:
上式进一步简化为: