弹塑性时程分析法PPT幻灯片课件
53页1、 1 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 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 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
2、以及弹性时程分析等各种简化计算方法的比较标准 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 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 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
3、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 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 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 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 2结构的振动计算模型 层模型该模型以一个楼层为基本
4、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 2结构的振动计算模型 2结构的振动计算模型 剪切型层模型高层建筑结构中 特别是其横梁与柱的线刚度比比较大时 即 强梁弱柱 型的框架结构 结构的振动变形是剪切型的 即横梁只产生平移而没有转动 并且各层层间位移只与各层的刚度有关 2结构的振动计算模型 剪弯型层模型高层建筑结构中的剪力墙结构 框架 剪力墙结构和 强柱弱梁 的框架结构 即横梁与柱的线刚度比较小的框架结构 它们的变形都包含有弯曲和剪切两种成分 这时楼层的转角变形将是变形的主要成分 不可忽略 因此各层的层间位移不仅与本层的刚度有关 而且与相邻的刚度都有关系 2结构的振动计算模型 杆系模型该模型是以梁柱等杆件作为基本单元模型 杆系模型又称为杆系计算简图 将高层建筑结构视为杆件体系 结构的质量集中于各节点 动力自由度数
5、等于结构节点位移自由度数 而杆系模型按照弹塑性杆件采用的本构关系不同方式分为集中塑性模型和杆件分段变刚度模型 2结构的振动计算模型 集中塑性模型集中塑性模型将一个杆件的非线性变形集中于杆件的若干特殊部位 而弹性变形则分布于整个构件 这种广义本构关系为杆件的杆端力与杆件集中塑性变形的关系 该模型又有单分量 双分量 三分量及多弹簧模型四类 假设非弹性变形集中在杆两端出现 即所谓杆端塑性铰 塑性铰的几何长度为零 杆端弯矩与杆端转角关系若以增量的表示 杆非线性刚度方程为 2结构的振动计算模型 单分量模型吉伯森单分量模型杆元在弹性范围内服从线弹性规律 仍用一根弹性杆表示原杆件特性 杆件超出弹性范围后 在杆两端各设置一个等效弹簧用以反映杆端的弹塑性变形特性 在杆本身转动刚度为常数的情况下 端弯矩与转角的关系可以用增量表示为 2结构的振动计算模型 2结构的振动计算模型 当杆端截面恢复力模型采用双线型 具有线性和屈服两个变形阶段 这一类模型时 杆可有以下4种状态 i端和j端均线性 i端非线性 j端线性 i端线性 j端非线性 i端和j端均非线性 每种状态都可求出相应的杆的单元刚度系数 2结构的振动计算模
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