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结构振动分析基础1章

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1、结构振动分析基础,北京交通大学土建学院,教学目标：,掌握结构动力学的基本概念和分析、解决结构动力学问题的基本方法，了解对一般工程结构进行动力分析的方法掌握有关地震和工程结构抗震设计的基本概念和基本原理，掌握一般工程结构地震作用的确定方法，了解工程结构抗震验算的方法熟悉结构振动测试与分析的有关基本概念，了解一般工程结构测试内容和方法,第1章总论,简支梁跨中如果受到的是动力作用，结果如何？受动力荷载作用的简支梁如何设计？,1.1 结构动力学基础,静力作用可以看作是动力作用的特殊形式。建筑结构可靠度设计统一标准(GB50068-2001)规定：结构上的作用分为直接作用（荷载）和间接作用（地震、温度变化等），前者一般分为恒载和活载。其中：风或地震对结构的作用都为动力作用。,大小方向作用点,不变,变化,静力作用,动力作用,静力P作用下,应力,位移,动力Psint作用下,应力、位移,速度和加速度,梁跨中质点可看做支撑在弹簧上，作用动力后产生振动,动力反应取决于两个方面：动力作用的特性: 幅值、频谱组成、持续时间等结构本身的的动力特性: 自振频率、振型、阻尼等两个因素的耦合

2、将产生共振。下面是美国TACOMA悬索桥,在 1940年11月7日，也就是在它刚建成4个月后，受到风速为42英里/小时的平稳载荷时产生共振而破坏的照片及录象片段。,动力作用下，结构产生的动力反应与时间有关。,在动力作用下，结构的振动会产生惯性力。当惯性力不能忽略时，静力分析就转换为动力分析。研究结构动力反应的科学称为结构动力学。与结构静力学相比具有以下特性：复杂性：要同时考虑荷载的变化和结构的动力特性。必要性：找出最大内力（满足强度）；找出最大位移、加速度等（满足正常使用）；实现振动改善与控制。研究目标： 1、结构在动力作用下的强度和变形验算； 2、采取措施改善结构的动力响应。下面是当前结构工程领域的热点研究课题 “结构振动控制”的一些措施：,隔振,阻尼减振,智能减振,工程结构领域的另外一个热点研究方向、综合各种学科理论与实验技术的边缘科学 “动力设计”，也是以结构动力学为基础的。主要内容：结构动力学的基本概念和分析、解决结构动力学问题的基本方法。结构动力学概述单自由度体系的振动分析多自由度体系的振动分析频率和振型的实用计算方法,1.2 工程结构抗震基础,地

3、震作用属于典型的动力作用，而且地震所造成的损失非常惨重，至今还无法预报和控制。随着社会经济的发展，人口逐渐发展聚集于城市，地震造成的人员和经济损失大幅度增加，例如： 1976年我国唐山地震死亡24万，经济损失131亿元 1995年日本阪神地震死亡6千多，经济损失1000亿美元 2004年印尼地震、海啸死亡近23万，损失数百亿美元 2008年我国汶川地震死亡和失踪87000多人，直接经济损失8451亿元我国是世界上的多地震国家之一，根据中国地震动参数区划图，全国大部分大中城市都受到地震的威胁，工程结构抗震问题尤为重要。,我国地震动参数区划峰值加速度区划,1976年唐山地震，死亡24万人，震惊世界,1999年8月27日土耳其西部地区发生7.4级强烈地震，1.7 万多人死亡，4万人受伤。,1999年台湾集集地震,2002年台湾地震,2003年美国加州地震,2003年伊朗巴姆地震,2004年印度洋大海啸,2005年2月伊朗克尔曼省地震,2005年10月巴基斯坦地震,5.12汶川大地震,绵竹市汉旺镇东方气轮机厂广场钟楼上的时钟定格在这一震惊世界的时刻上,14:28，是中华民族历史上最沉重

4、的时刻,四川汶川地震震中区示意图,震中：北纬31.0，东经103.4 有地震记载以来，震中附近200km范围内发生过8次7级以上地震，最大的是1933年四川茂汶北迭溪7.5级地震，极震区为四川茂汶北迭溪。烈度达到，加速度达123.3159.5 Gal。震中区附近的历史地震以主余型和孤立型为主。,震后的映秀镇,震后的什邡市,触目惊心,不断的总结以往的经验教训，提高抗震设计水平是人类减轻地震灾害的主要措施之一结构振动控制是减震防灾的新思路主要内容：有关地震的基本概念，抗震设计的基本原则，地震地面运动的基本特性以及与建筑所处场地、地基、基础等情况的关系，结构的地震反应分析以及地震作用确定的方法。抗震设计基本知识场地、地基和基础地震作用和结构抗震验算,1.3 结构振动测试与分析基础,反问题就要用到振动测试技术：利用传感器测得结构的响应:位移、速度、加速度、应变、应力等；再利用一定的分析手段（频谱分析）得出结论。,结构动力问题,正问题,反问题,已知结构的特性和动荷载的特性求结构的动力响应,已知动荷载的特性和结构的响应识别结构的特性,已知结构的特性和结构的响应识别动荷载的特性,振动的时域波形,名称波形名称波形,时间域频率域,各种振动的频谱图,名称波形频谱名称波形频谱,

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