建筑结构抗震设计第三章讲义.ppt

《建筑结构抗震设计》专业必修课ZK506002 建筑工程系课程2016年02月24日 张毅 第三章《结构地震反应分析与抗震计算 》 2.1 场地划分与场地区划2.2 地基抗震验算 2.3 地基土液化及其防治 回顾 常 用 希 纳 字 母 第三章 结构地震反应分析 与抗震计算 3.1 概述 3.2 单自由度体系的弹性地震反应分析 3.3 单自由度体系的水平地震作用与反应谱 3.4 多自由度弹性体系的地震反应分析 3.5 多自由度弹性体系最大地震反应与水平地震作用 3.6 竖向地震作用 3.7 结构平扭耦合地震反应与双向水平地震影响 3.8 结构非弹性地震反应分析 3.9 结构抗震验算 主要内容 2017-4-11 结构抗震设计 6 第三章重点、难点和基本要求 重点和难点： 1、重要术语、概念、定义 2、单（多）自由度体系地震反应和地震作用计算 3、底部剪力法 4、结构抗震验算 基本要求： 掌握结构抗震验算基本方法 §3.1 概述 由地震动引起的结构内力、变形、 位移及结构运动速度与加速度等 一、结构地震反应 ：由地震动引起的结构位移 地面运动 结构动力特性：自振周期，振型和阻尼 1.结构地震反应 2.结构地震位移反应 ： 结构地震反应 影响因素 §3.1 概述 ：能引起结构内力、变形等反应的各种因素 二、地震作用 作用分类 ——各种荷载：如重力、风载、土压力等 ——各种非荷载作用：如温度、基础沉降、地震等 等效地震荷载 ：工程上，可将地震作用等效为某种形式的荷载作用 作用 直接作用 间接作用 §3.1 概述 1. 连续化描述（分布质量） 三、结构动力计算简图及体系自由度 描述结构质量的两种方法 采用集中质量方法确定结构计算简图 （步骤）： 2. 集中化描述（集中质量） 工程上常用 定出结构质量集中 位置（质心） 将区域主要质量集中在质心； 将次要质量合并到相邻主要质量的质点上去 集中化描述举例 a、水塔建筑 主要质量：水箱部分 次要质量：塔柱部分 水箱全部质量 部分塔柱质量 集中到水箱质心 单质点体系 b、厂房（大型钢筋混凝土屋面板） 主要质量：屋面部分 厂房各跨质量 集中到各跨屋盖标高处 集中化描述举例 c、多、高层建筑 主要质量：楼盖部分 多质点体系 d、烟囱 结构无主要质量部分 结构分成若干区域 集中到各区域质心 多质点体系 返回目录 关于体系自由度 定义；结构各质点运动的独立参量数即为结构运动的体系自由度数。 空间中一个自由质点：1.不加限制可以有3个自由度； 2.若限制于平面内运动，则只有2个自由度。 工程结构体系中的质点；1.受实际结构约束，其自由度可能小于自由质点的自由度数。 当考虑到结构竖向约束作用，忽略质点竖向位移时，则质点在竖直平面内有一个自由度，而在空间中有两个自由度。 惯性力 、阻尼力 、弹性恢复力 §3.2 单自由度体系的弹性地震反应分析 一、运动方程 作用在质点上的三种力： ＊惯性力 ＊阻尼力 ——由结构内摩擦及结构周围介质（如空气 水等）对结构运动的阻碍造成 ＊弹性恢复力 ——由结构弹性变形产生 C —— 阻尼系数 k —— 体系刚度 fτ=-kx 地面发生位移 建筑发生的相对地面位移 力的平衡条件： 令 二、运动方程的解 1.方程的齐次解——自由振动 齐次方程： 自由振动：在没有外界激励的情况下结构体系的运动 [无震时地面运动加速度-Xg=0] ‥ 无阻自振频率 阻尼比 为共轭复数 ， （2）若 方程的解： 特征方程 特征根 （4）若 ， 、 为负实数 （3）若 ， 、 体系不振动 ——过阻尼状态 体系不振动 ——临界阻尼状态 体系产生振动 ——欠阻尼状态 其中 图 各种阻尼下单自由度体系的自由振动 当 临界阻尼系数： 临界阻尼比（简称阻尼比） （1）若 体系自由振动 ——无阻尼状态 初始条件: , 初始速度 则 体系自由振动位移时程 初始位移 当 （无阻尼） ——固有频率 ——固有周期 无阻尼单自由度体系 自由振动为简谐振动 自振的振幅将不断衰减，直至消失 有阻尼体系 例题3-1 已知一水塔结构，可简化为单自由度体系（见图）。 ， 求该结构的自振周期。 解：直接由式 并采用国际单位可得: 2.方程的特解I——简谐强迫振动 地面简谐运动 使体系产生简谐强迫振动 设 ，代入运动方程 方程的特解（零初始条件 化简为 振幅放大系数 A —地面运动振幅 B —体系质点的振幅 ）： 0.2 0.5 1 2 5 图 单自由度体系简谐地面强迫振动振幅放大系数 达