地震作用和結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算課件.ppt

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1、北京交通大學(xué)土建學(xué)院曹艷梅第八章地震作用和結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算第八章地震作用和結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算抗震設(shè)計(jì):概念設(shè)計(jì)抗震構(gòu)造措施抗震計(jì)算地震作用(水平向，豎向）結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的地震作用效應(yīng)（M,N,Q,變形)為什么不稱地震荷載？水平地震作用豎向地震作用8、9度時(shí)的大跨度和長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)及9度時(shí)的高層建筑，應(yīng)計(jì)算豎向地震作用。8、9度時(shí)采用隔震設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)按有關(guān)規(guī)定計(jì)算豎向地震作用。地震作用地震波地面運(yùn)動(dòng)上部結(jié)構(gòu)的受迫振動(dòng)慣性力一、地震作用的確定方法1.靜力理論階段---靜力法1900年，日本大森房吉提出。假設(shè)結(jié)構(gòu)物各個(gè)部分與地震動(dòng)具有相同的振動(dòng)。地震作用將F

2、作為靜荷載，按靜力計(jì)算方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)。缺點(diǎn)：（2）沒(méi)有考慮結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性；（1）認(rèn)為結(jié)構(gòu)是剛性的，即認(rèn)為地震時(shí)結(jié)構(gòu)上任一點(diǎn)的振動(dòng)加速度均等于地面運(yùn)動(dòng)的加速度。把地震作用看成作用在建筑物上的一個(gè)總水平力，該水平力取為建筑物總重量乘以一個(gè)地震系數(shù)。1940年，美國(guó)皮奧特提出。地震作用---重力荷載代表值---地震系數(shù)（反映震級(jí)、震中距、地基等的影響）---動(dòng)力系數(shù)(反映結(jié)構(gòu)的特性,如周期、阻尼等的影響)按靜力計(jì)算方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)目前，世界上普遍采用的方法。2.反應(yīng)譜理論—反應(yīng)譜法將實(shí)際地震加速度時(shí)程記錄作為動(dòng)荷載輸入，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析。3

3、.直接動(dòng)力分析理論—時(shí)程分析法假定：（1）結(jié)構(gòu)物的地基為一剛性盤體，因此基礎(chǔ)各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)完全一致，沒(méi)有相位差。（2）結(jié)構(gòu)處于線性彈性狀態(tài)。（3）地震時(shí)的地面運(yùn)動(dòng)過(guò)程可以用地震記錄來(lái)表示。地震作用反應(yīng)譜理論單自由度彈性體系計(jì)算簡(jiǎn)圖：將結(jié)構(gòu)參與振動(dòng)的全部質(zhì)量集中于一點(diǎn)，用無(wú)重量的彈性直桿支承于地面形成單質(zhì)點(diǎn)體系，當(dāng)該體系只作單向振動(dòng)時(shí)，就形成了一個(gè)單自由度體系。如等高單層廠房、水塔等.二、單質(zhì)點(diǎn)或單自由度彈性體系地震反應(yīng)質(zhì)點(diǎn)位移質(zhì)點(diǎn)加速度慣性力彈性恢復(fù)力阻尼力1、運(yùn)動(dòng)方程的建立地震引起的地面運(yùn)動(dòng)位移質(zhì)點(diǎn)相對(duì)地面的位移根據(jù)達(dá)朗貝爾原理，列運(yùn)動(dòng)方程：還可以化簡(jiǎn)為：

4、單自由度體系在地面運(yùn)動(dòng)加速度作用下的動(dòng)力效應(yīng)，與在質(zhì)點(diǎn)上加一動(dòng)力荷載時(shí)所產(chǎn)生的動(dòng)力效應(yīng)相同。2、運(yùn)動(dòng)方程的解通解：?jiǎn)巫杂啥润w系自由振動(dòng)曲線通解+特解2、運(yùn)動(dòng)方程的解特解----Duhamel積分全解=通解+特解在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，阻尼比的數(shù)值一般較小，其值大約在0.01-0.1間。=0=0通過(guò)該式就可以求出單自由度彈性體系在地震作用下的振動(dòng)反應(yīng)，并可畫出振動(dòng)的時(shí)程曲線。但是由于地震的隨機(jī)性，一次地震可能會(huì)出現(xiàn)多個(gè)地面運(yùn)動(dòng)加速度，就會(huì)有多個(gè)振動(dòng)反應(yīng)曲線，對(duì)于抗震設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)還是很麻煩。其實(shí)在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，我們更多地關(guān)心結(jié)構(gòu)在地震持續(xù)過(guò)程中經(jīng)受的最大地震作用以及質(zhì)點(diǎn)

5、振動(dòng)響應(yīng)的最大值。最大位移反應(yīng)最大速度反應(yīng)最大加速度反應(yīng)在阻尼比、地面運(yùn)動(dòng)確定后，質(zhì)點(diǎn)的最大反應(yīng)只是結(jié)構(gòu)周期的函數(shù)。單自由度體系在給定的地震作用下某個(gè)最大反應(yīng)與體系自振周期的關(guān)系曲線稱為該反應(yīng)的地震反應(yīng)譜。反應(yīng)譜的主要影響因素:(1)結(jié)構(gòu)的阻尼比(2)場(chǎng)地條件相對(duì)位移反應(yīng)譜對(duì)于位移反應(yīng)譜，幅值隨周期增大。不同場(chǎng)地條件對(duì)反應(yīng)譜的影響:周期（s)巖石堅(jiān)硬場(chǎng)地厚的無(wú)粘性土層軟土層相對(duì)速度反應(yīng)譜對(duì)于速度反應(yīng)譜，當(dāng)結(jié)構(gòu)周期小于某個(gè)值時(shí)幅值隨周期增大，隨后趨于常數(shù)。絕對(duì)加速度反應(yīng)譜對(duì)于加速度反應(yīng)譜，當(dāng)結(jié)構(gòu)周期小于某個(gè)值時(shí)幅值隨周期急劇增大，大于某個(gè)值時(shí)，快速下降。結(jié)

6、構(gòu)在地震持續(xù)過(guò)程中經(jīng)受的最大地震作用為：在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，只需求出水平地震作用的最大絕對(duì)值。三、單自由度彈性體系地震反應(yīng)譜法（1）反映地震引起的地面運(yùn)動(dòng)特性;（2）通過(guò)反應(yīng)譜把隨時(shí)程變化的地震作用轉(zhuǎn)化為最大的等效側(cè)向力。地震反應(yīng)譜的作用：Elcentro1940（N-S）地震記錄F＝mSa動(dòng)力計(jì)算靜力計(jì)算---集中于質(zhì)點(diǎn)處的重力荷載代表值；---重力加速度---地震系數(shù)---動(dòng)力系數(shù)---水平地震影響系數(shù)結(jié)構(gòu)在地震持續(xù)過(guò)程中經(jīng)受的最大地震作用為：重力荷載代表值計(jì)算結(jié)構(gòu)上的地震作用時(shí)，要采用結(jié)構(gòu)的重力荷載代表值。第i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值第i個(gè)可變荷載的地震組合

7、值系數(shù)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，把地震發(fā)生時(shí)永久荷載與其他重力荷載的可能組合結(jié)果總稱為“抗震設(shè)計(jì)的重力荷載代表值GE”是指地震發(fā)生時(shí)根據(jù)遇合概率確定的“有效重力”。結(jié)構(gòu)、構(gòu)配件永久荷載（自重）標(biāo)準(zhǔn)值不計(jì)入軟鉤吊車0.3硬鉤吊車0.5其它民用建筑0.8藏書(shū)庫(kù)、檔案庫(kù)1.0按實(shí)際情況計(jì)算的樓面活荷載不計(jì)入屋面活荷載0.5屋面積灰荷載0.5雪荷載組合值系數(shù)可變荷載種類按等效均布荷載考慮的樓面活荷載吊車懸吊物重力組合值系數(shù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：計(jì)算水平地震作用的基本公式:地震系數(shù)動(dòng)力系數(shù)水平地震影響系數(shù)抗震設(shè)防烈度67(7.5)8(8.

8、5)9地震系數(shù)k0.050.10(0.15)0.20(0.30)0.40設(shè)防烈度