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时程分析方法.ppt

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时程分析方法.ppt

文档介绍

文档介绍:时程分析方法
第1页,本讲稿共15页
时程分析法概念
时程分析法是对结构物的运动微分方程直接进行逐步积分求解的一种动力分析方法。由时程分析可得到各质点随时间变化的位移、速度和加速度动力反应,并进而可计算出构件内力的时程变化关系。
输人的地震波,应优先选取与建筑所在场地的地震地质环境相近似场地上所取得的实际强震记录(加速度时程曲线)。所选用的强震记录的卓越周期应接近于建筑所在场地的自振周期,其峰值加速度宜大于100gal。此外,波的性质还应与建筑场地所需考虑的震中距相对应。-《美国规范》规定
最好的办法是?
数量、频谱、强度、持时全方位考虑!
第6页,本讲稿共15页
输入地震动的选择
地震动输入对结构的地震反应影响非常大。目前的现状是,输入地震动的选择大多选择为数不多的几条典型记录(如:1940年的El Centro(NS)记录或1952年的Taft记录),国内外进行结构时程分析时所经常采用的几条实际强震记录主要有适用于I类场地的滦河波、适用于II、III类场地的El-Centrol波(1940,N-S)和Taft波(1952,E-w)、适用于IV类场地的宁河波等。
第7页,本讲稿共15页
结构时程分析的计算模型
结构分析时均要根据结构形式、构造、受力特点、计算机容量、要求的精度等各种因素,选择既能较真实地描述结构中力-变形性质,又能使用简便的力学计算模型。
这里将介绍最常用的层模型、杆模型以及有限元模型。
第8页,本讲稿共15页
层模型
视结构为悬臂杆。将结构质量集中于各楼层处,合并整个结构的竖向承重构件成一根竖向杆。用结构每层的侧移刚度代表竖向杆刚度,形成一底部嵌固的串联质点系模型即称为层模型。层模型取层为基本计算单元。采用层恢复力模型以表征地震过程中层刚度随层剪力的变化关系。
层模型的基本假定:(1)建筑各层楼板在其自身平面内刚度无穷大,水平地震作用下同层各竖向构件侧向位移相同;(2)建筑刚度中心与其质量中心重合,水平地震作用下无绕竖轴扭转发生。
根据结构侧向变形状况不同,层模型可分为三类.即剪切型、弯曲型与剪弯型,如图所示,若结构侧向变形主要为层间剪切变形(如强梁弱柱型框架等),则为剪切型,若结构侧向变形以弯曲变形为主(加剪力墙结构等),则为弯曲型;若结构侧向变形为剪切变形与弯曲变形综合而成(如框剪结构、强柱弱梁框架等),则为剪弯型。
第9页,本讲稿共15页
层模型
利用层模型则可确定结构的层间剪力与层间侧移。工程实践中,层模型主要被用于检验结构在罕遇地震作用下的薄弱层位置及层间侧移是否超过允许值,并校核层剪力是否超过结构的层极限承载力。
第10页,本讲稿共15页
杆系模型
视结构为杆件体系。取梁、柱等杆件为基本计算单元。将结构质量集中于各结点.即构成杆系模型,如下图所示。
第11页,本讲稿共15页
杆系模型
杆系模型采用杆件恢复力模型以表征地震过程中杆单元刚度随内力的变化关系,可方便考虑弹塑性阶段杆单元刚度沿杆长的变化。
根据建立单元刚度矩阵时是否考虑杆单元刚度沿杆长的变化,已提出了两类杆单元刚度计算模型:集中刚度模型、分布刚度模型。集中刚度模型将杆件塑性变形集中于杆端一点处来建立单元刚度矩阵,不考虑弹塑性阶段杆单元刚度沿杆长的变化。分布刚度模型则考虑弹塑性阶段杆单元刚度沿杆长的变化,按变刚度杆建立弹塑性阶段杆单元刚度矩阵。
第12页,本讲稿共15页
有限元模型
将建筑结构离散为层间模型或杆系模型,当然可以看成是有限元模型。由于这两种模型都使用了楼盖平面内刚度无限大的假定,楼层基本自由度数目大大减小,使问题得以简化,有利于提高计算效率。
但是,对弹性楼板问题、多塔楼问题、柔性楼盖问题,不能继续沿用这一假定。使用杆元、板(壳)元、体元、索元、接触单元等建立的结构计算模型,适合于更为复杂的结构构造,这种模型叫做有限元模型。因为单元划分尺度可以根据结构受力工作状态确定,这种模型适合于复杂的结构情况,对一维、二维和三维问题都是有效的。
为减小自由度,提高计算速度,也可以在局部(如转换层部位、结构构造复杂部位)使用划分较细的有限元,在一般部位使用杆系模型,比如使用楼盖分块刚度无限大的假定建立的模型。
第13页,本讲稿共15页
构件恢复力模型
形式很多:如,双线型模型、三线型模型、退化二线型等、退化三线型等,
恢复力模型由两部分组成包括:骨架曲线(各次滞回曲线峰值点的联系)和滞回规则。
第14页,本讲稿共15页
数值积分法
可以用迭代法和增量法进行处理!由于迭代法不能不适合于动态问题和性态与加载路径有关的材料,且不能描述加载全过程,因此在地震反应分析中主要应用的是增

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