第2章 桥梁结构地震反应分析第一部分.pptxVIP

桥梁结构抗震与抗风第二章 桥梁结构地震反应分析李顺龙 博士哈尔滨工业大学交通科学与工程学院桥梁与隧道工程系本章目录2.1 地震反应分析的发展过程2.2 单自由度弹性体系的动力反应2.3 桥梁结构动力系统参数2.4 反应谱理论2.5 多自由度弹性体系的振型分解法2.6 水平地震作用的振型分解反应谱法2.7 结构弹塑性时程分析方法2.1 结构地震反应分析的发展过程地震作用地震释放的能量，以地震波的形式向四周扩散，地震波到达地面后引起地面运动，使地面原来处于静止的建筑物受到动力作用而产生强烈振动。在振动过程中作用在结构上的惯性力就是地震作用。(以前称为地震荷载)不是直接作用在结构上，属于间接作用；不仅取决于地震烈度、设计地震分组和场地类别等地震特性，还与结构的动力特性（自振周期、阻尼等）密切相关。静力阶段静力阶段创始于意大利，发展于日本（大森房吉等）；1900年提出地震烈度表，用静力等效水平加速度作为地震烈度的指标；k为地震系数2.1 结构地震反应分析的发展过程静力阶段结构假设为刚性，没有考虑地震的频谱成分和结构动力特性的影响；结构抗震的刚柔之争，佐野利器认为强地震作用主要周期在1.0-1.5s之间，主张刚性结构可有效抵御地震；真岛健三郎认为，结构物愈刚则所受地震力愈大，柔性结构更有利于抵御地震。反应谱阶段上世纪40年代Housner等取得强地震记录，提出反应谱概念；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，又保持了原有静力理论的形式。表示结构加速度的放大倍数2.1 结构地震反应分析的发展过程随机振动随着对地震的复杂性和随机性的认识，引入其他学科中早已应用的随机过程理论来进行地震动的描述和结构随机振动反应分析；利用随机过程理论，计算地震动和结构地震反应的统计特性，以获得概率意义上的结构反应。结构地震反应的数值分析随着上世纪60年代计算机的普及以及结构数值反应分析和强震记录的积累，逐渐认识到反应谱那样的等效静力法，并不足以保证结构的安全；反应谱以弹性结构为前提，不能考虑结构的非线性反应，对于以变形为特征的大震阶段，反应谱无法有效考虑结构的强度、刚度及其衰减对结构抗震性能的影响。2.2 单自由度弹性体系的动力反应地震作用下的运动方程质点位移根据力平衡条件质点加速度惯性力弹性恢复力阻尼力2.2 单自由度弹性体系的动力反应无阻尼振动 幅值？2.2 单自由度弹性体系的动力反应有阻尼振动2.2 单自由度弹性体系的动力反应有阻尼振动2.2 单自由度弹性体系的动力反应有阻尼振动2.2 单自由度弹性体系的动力反应受迫振动t= 时作用瞬时冲量?冲量定理? 时刻作用瞬时冲量2.2 单自由度弹性体系的动力反应受迫振动考虑阻尼的Duhamel积分若t=0 时体系有初位移、初速度地震反应分析相对位移，在初始位移和速度均为零的条件下2.2 单自由度弹性体系的动力反应地震反应分析相对速度绝对加速度2.3 桥梁结构动力系统参数两个假设直桥且跨度相等、高度相同或刚度相同的桥墩组成的桥梁上部结构可以假设为一个刚体的运动 在横向地震运动输出下，单柱排架式高架桥就可以简化为单自由度模型， 排架墩的反应等于整个桥梁的反应，用带附加质量的单柱形式来表示2.3 桥梁结构动力系统参数地面的绝对位移结构位移结构总位移作用在单自由度位移体系上的所有的力 惯性力 粘滞阻尼力 恢复力 力的平衡条件 或 2.3 桥梁结构动力系统参数(a) 质量方法1：刚体集合 在桥梁地震反应中，对惯性力大小有贡献的桥梁体系质量可以用桥梁运动部分的质量来表示。平移和转动这两种惯性力对桥梁动力反应都有贡献。在构件质量中心位置，这两种惯性力可以表示为： m 表示平移质量，J 表示转动惯量;对应的平移和转动加速度分别为 和 。2.3 桥梁结构动力系统参数对于桥梁系统来说，大多数质量或地震重量一般由桥梁上部结构提供，而且常用沿桥长的均布质量的形式来表示。由于桥梁上部结构平面内轴向刚度和抗弯刚度通常比支撑排架侧向刚度大，可以近似假设上部结构以质量中心为基准作刚体运动。2.3 桥梁结构动力系统参数平移运动的集中质量为绕通过质量中心的转动惯量为2.3 桥梁结构动力系统参数如果桥梁框架长度L没有明显大于上部结构宽度B，转动惯量可以表示为 2.3 桥梁结构动力系统参数集中质量平移运动的惯性力对原点取矩M转动惯量可以表示为 扭转力矩为 塑性铰扭转刚度为JS，则外力矩为 2.3 桥梁结构动力系统参数M2.3 桥梁结构动力系统参数在桥梁初步设计和评估分析中，最简单的质量模型就是假定整个桥梁质量集中到上部结构，桥墩质量忽略不计。但是当桥墩质量很大时，可以将高为Hc的桥墩附加质量加到高为H处的上部结构质量之中。2.3 桥梁结构动力系统参数方法2：