第六章结构抗震分析概要课件

第六章第六章 （一）结构抗震分析（一）结构抗震分析结构抗震分析方法发展结构抗震分析方法发展结构抗震分析方法的理论基础：结构抗震分析方法的理论基础：1.刚体体系地震反应刚体体系地震反应2.单自由度弹性体系自由振动单自由度弹性体系自由振动3.单自由度弹性体系强迫振动单自由度弹性体系强迫振动1结构抗震理论的发展过程结构抗震理论的发展过程l静力理论阶段静力理论阶段 l反应谱理论阶段反应谱理论阶段 l动力理论阶段动力理论阶段 l基于性态的抗震设计理论基于性态的抗震设计理论 -Performance-based seismic design2静力理论阶段静力理论阶段 l1920，日本大森房吉提出日本大森房吉提出 所所谓谓静静力力理理论论是是指指估估计计地地震震力力时时，不不考考虑虑地地震震的的动动力力特特性性和和结结构构的的动动力力性性质质（变变形形和和阻阻尼尼），假假定定结结构构为为刚刚性性，其其大大小小相相当当于于结结构构的的重重量量乘乘以以一一个个比比例例常常数数（即即与与结结构构特特性性无无关关的的地地震震系系数数）的的理理论论，结结构构上上任任何何一一点点的的加加速速度度都都等于地震动加速度。等于地震动加速度。将将将将F F作为静荷载，按静力计算作为静荷载，按静力计算作为静荷载，按静力计算作为静荷载，按静力计算方法计算结构的地震效应方法计算结构的地震效应方法计算结构的地震效应方法计算结构的地震效应 尽尽管管静静力力法法忽忽略略了了地地震震作作用用与与结结构构动动力力特特性性直直接接相相关关、结结构构为为非非刚刚性性等等关关键键特特性性，造造成成求求出出的的地地震震作作用用失失真真，但但静静力力法法的的产产生生在在抗抗震震领领域域却却具具有有划划时时代代意意义义，它它使使结结构构抗抗震理论从无到有。震理论从无到有。3 静力理论静力理论 （1）输输入入的的地地震震动动以以历历史史震震害害估估计计的的地地震震动动最最大大加加速速度度为为依依据据，采采用用假假定定沿沿高高度度分分布布的的质质量量和加速度，和加速度， （2）不不需需要要建建立立结结构构动动力力模模型型进进行行动动力力反反应应分分析；析； （3）其设计原则也只是采用静力的允许应力；）其设计原则也只是采用静力的允许应力； 因因此此该该理理论论所所用用的的方方法法是是一一种种经经过过极极大大简简化的设计方法。化的设计方法。4反应谱理论阶段反应谱理论阶段 1940年年美美国国Biot首首先先明明确确提提出出从从实实测测记记录录中中计计算算反反应应谱谱的的概概念念，到到50年年代代初初由由美美国国(Housner)加加以以实实现现。反反应应谱谱理理论论的的建建立立是是建建筑筑在在强强震震观观测测和和计计算算机机应用发展应用发展的基础上的。的基础上的。 地震作用地震作用“拟静力法拟静力法”？目前，世界上普遍采用的方法！目前，世界上普遍采用的方法！5反应谱理论阶段的主要进展反应谱理论阶段的主要进展与静力法相比，其与静力法相比，其主要进展主要进展是是：(1) 改改变了静力法中关于刚体结构的假设，更真实地模变了静力法中关于刚体结构的假设，更真实地模拟了结构振动拟了结构振动，各质点间具有相，各质点间具有相对振动加速度对振动加速度； (2) 指指出出地地震震作作用用与与结结构构动动力力特特性性密密切切相相关关，即即地地震震作作用用随随结结构构自自振振周周期期、振振型型和和阻阻尼尼的的改改变变而而改改变变这这个个基基本本特特点；点； (3) 根根据多条强振实测记录，经计算统计给出了单自由据多条强振实测记录，经计算统计给出了单自由度体系反应谱曲线，计算最大地震作用值，使计算大为度体系反应谱曲线，计算最大地震作用值，使计算大为简简化；化；6动力理论阶段动力理论阶段 动力法把地震作为一个时间过程，选择动力法把地震作为一个时间过程，选择有代表性的地震加速度时程作为地震动输入，有代表性的地震加速度时程作为地震动输入，建筑物简化为多自由度体系，计算得到每一时建筑物简化为多自由度体系，计算得到每一时刻建筑物的地震反应，从而完成抗震设计工作。刻建筑物的地震反应，从而完成抗震设计工作。7动力理论阶段的主要进展动力理论阶段的主要进展？ （1 1）反反应应谱谱法法是是最最大大值值的的包包络络，而而地地震震作作用用是是一一个个时时间间过过程程，时时程程分分析析可可反反映映结结构构地地震震反反应应随随时时间间变变化化的的全过程；全过程； （2 2）时时程程分分析析可可很很好好地地反反映映结结构构振振动动过过程程中中刚刚度度变变化化的真实情况及实际地震波全过程的作用；的真实情况及实际地震波全过程的作用； （3 3）反反应应谱谱法法强强度度计计算算，有有时时不不能能找找出出结结构构真真正正薄薄弱弱层层( (部部位位) )，而而由由弹弹塑塑性性直直接接动动力力分分析析则则可可确确认认识识别别结结构构的薄弱环节；的薄弱环节； （4 4）对对于于地地震震动动三三要要素素幅幅值值、频频谱谱和和持持续续时时间间，静静力力法法( (烈烈度度法法) )仅仅计计及及幅幅值值，反反应应谱谱法法考考虑虑了了幅幅值值和和频频谱谱，而而时时程程分分析析则则全全面面考考虑虑了了幅幅值值、频频谱谱和和持持续续时时间间三三要素对结构的影响。要素对结构的影响。8静力法的理论基础静力法的理论基础刚体的地震反应刚体的地震反应9反应谱法和时程分析法的理论基础反应谱法和时程分析法的理论基础单自由度弹性体系的地震反应单自由度弹性体系的地震反应单自由度弹性体系的自由振动单自由度弹性体系的自由振动 单自由度弹性体系的强迫振动单自由度弹性体系的强迫振动 10单自由度弹性体系的自由振动单自由度弹性体系的自由振动 单自由体系系指体系单自由体系系指体系运动可由一点的单一方向运动可由一点的单一方向运动描述的结构体系，是运动描述的结构体系，是对实际结构的最简单的抽对实际结构的最简单的抽象；常用于解释结构振动象；常用于解释结构振动的基本概念，也可作为少的基本概念，也可作为少数实际工程结构（如柱承数实际工程结构（如柱承式水塔等）的计算模型。式水塔等）的计算模型。弹性意指结构受力后将产弹性意指结构受力后将产生可恢复变形。生可恢复变形。自由振动自由振动是无外界动荷载作用的结是无外界动荷载作用的结构体系的往复运动。构体系的往复运动。 111213单自由度弹性体系的强迫振动单自由度弹性体系的强迫振动 强迫振动是结构体系在外强迫振动是结构体系在外界扰动持续作用下的振动。广界扰动持续作用下的振动。广义的外界扰力包括作用于体系义的外界扰力包括作用于体系动荷载，也包括体系支承的往动荷载，也包括体系支承的往复运动（如地震动）。经典的复运动（如地震动）。经典的强迫振动理论研究弹性体系在强迫振动理论研究弹性体系在简单荷载（如简谐扰力）作用简单荷载（如简谐扰力）作用下的运动性态，其振动包括自下的运动性态，其振动包括自由振动和稳态振动两部分；前由振动和稳态振动两部分；前者随时间的延续而迅速衰减、者随时间的延续而迅速衰减、故又称为瞬态振动；后者振动故又称为瞬态振动；后者振动频率与扰力频率相同，但振动频率与扰力频率相同，但振动幅度取决于结构体系自身的动幅度取决于结构体系自身的动力特性（自振频率和阻尼）。力特性（自振频率和阻尼）。 1415输入加速度时程转换为速度脉冲输入加速度时程转换为速度脉冲16速度脉冲引起的结构反应1718谐波作用下的强迫振动谐波作用下的强迫振动 1920传递函数传递函数21