工程结构抗震分析之结构抗震分析研究进展.ppt

结构抗震分析研究进展一、地震工程学与工程地震学（EarthquakeEngineering&EngineeringSeismology）工程地震学（地球物理学专业）的研究内容地震工程学（土建专业、力学专业）的研究内容地震工程学（土建专业、力学专业）的研究内容二、抗震设计理论的发展地震作用（EarthquakeAction）是指由地震动引起的结构动态作用，包括水平地震作用和竖向地震作用。地震作用（地震力）是假想的、当地面运动时建筑物自身所受到的惯性力，即地震作用=→即地震作用与地面运动和结构响反应有关。结构地震作用研究的发展和抗震设计理论的发展紧密相连，主要经历了三个阶段：1900年日本学者大森房吉提出震度法概念。该理论假定结构物为绝对刚体，结构物上任一点的绝对加速度与地面运动加速度相等，而与结构动力特性无关，结构上各部位单位质量所受到的地震力相等。式中，k为地震系数，根据多次地震震害分析得出用以反映该地区地震强烈程度，k=0.1—0.2。反应谱理论考虑了结构动力特性与地震动特性之间的动力关系，通过反应谱来计算由结构动力特性（自振周期、振型、阻尼）所产生的共振效应（含共振效应）。地震时结构受到的最大水平基底剪力，即总水平地震作用为式中，β称为动力放大系数或放大系数，用β表示结构动力特性；Sa为绝对加速度反应谱。第二阶段（20世纪50—60年代，现仍使用）反应谱理论阶段（ResponseSpectrum）第三阶段（20世纪70年代至今）动力理论阶段（TimeHistoryMethod）第三阶段（20世纪70年代至今）动力理论阶段（TimeHistoryMethod）三、地震反应的分析方法与结构识别第一种划分方法确定性分析方法与非确定性分析方法第二种划分方法时域分析方法与频域分析方法第二种划分方法时域分析方法与频域分析方法第三种划分方法输入结构响应第三种划分方法输入结构反应四、振型遇合问题（ModalAnalysisMethod）问题的提出：多振型、振型间的相关性?各振型的最大值不同时出现，如何组合?计算出作用于结构上的若干振型的水平地震作用，以此求得结构中构件或杆件的若干振型的地震作用效应。因为结构的各振型最大地震响应并不发生在同一时刻，所以结构的真实地震响应是各个振型地震作用效应的遇合值之和。振型遇合方法有：（1）最大值的和：叠加各振型所产生的作用效应的最大值来求总的作用效应。由于结构的各振型最大地震响应并不发生在同一时刻，因此该计算结果过于保守。（2）仅取第一振型的结果：由于未考虑其他振型的影响，结果偏于不安全。（3）平方和开方法（SRSS法）（SquareRootofSumSquareMethod）：结构的各自振频率相隔较远时，振型之间的相关性可以忽略不计，则结构地震作用效应的均方差等于各振型地震作用效应均方差的平方和的平方根，故有式中，S为结构水平地震作用效应（弯矩、剪力、轴向力和变形）；Sj为j振型水平地震作用产生的作用效应。（4）完整二次项组合法（CQC法）（CompleteQuadricCombinationMethod）当地震动过程是平稳随机过程时，随机振动理论指出，结构动力反应最大值与各振型反应最大值之间的关系可用如下振型组合公式近似描述通常，若体系自振频率满足下列关系式则可认为体系自振频率相隔较远，此时振型自相关系数等于1，CQC法退化为SRSS法。CQC法用于振型密集型结构，如考虑平移—扭转耦连振动的线性结构系统。SRSS法用于主要振型的周期均不相近的场合，如串联多自由度体系。五、竖向地震作用效应在高烈度地震区，地震动竖向加速度分量引起的震害明显;烟囱的上半段出现环形水平通缝；顶端叠落在烟囱下半段的上口；设备上跳移位（某电厂）150吨的主变压器跳出轨外；强烈地震时人们的感受是先上下颠簸、后左右摇晃。地震记录竖向反应谱竖向反应谱从图中可以看出：1．竖向谱与水平谱的变化趋势和形状十分接近，具有相同的规律性，场地类别同是决定谱形状的重要参数；2．竖向谱的卓越周期(predominantperiod)Tgv比水平谱的卓越周期Tgh稍短，约短0.03～0.05s；3．竖向谱的峰值βv,max≈水平谱的峰值βh,max；4．在短周期段（T＜0.2s），竖向谱的βv值≈1.2水平谱的βh值。用于工程设计用的竖向βv谱曲线与水平βh谱的曲线相同。设计用竖向α谱《抗震规范》（GB50011-2001）对建筑结构所采用的竖向地震影响系数反应谱也采用水平地震影响系数所采用的曲线，但竖向地震影响系数最大值，取水平地震影响系数最大值的65%，即αvmax=0.65αhmax。此外，因为地震动竖向加速度分量在震中区附近具有较大的数值，随着震中距的加大，衰减的速度大于水平地震影响系数，所以，一般不考虑远震的情况。图中曲线的特征周期Tg的数