地震响应与谱分析PPT文档.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第七讲 地震响应与谱分析,1,相关概念,对于建筑物而言，地震所带来的破坏，无论从数量上，还是从程度上，都大大超过了其他自然灾害的破坏。,既要对建筑做好抗震加固工作，更需要在设计上采取措施以满足抗震的要求。,因此，,对结构的地震响应进行相应的分析是很有必要的,。,2,地震作用理论,A,、静力理论,1,、,1900,年，日本 大森房吉 提出了静力理论,2,、不考虑建筑物的动力特性，,结构为绝对刚体,。,3,、建筑物运动与地面运动完全一致。,4,、所受最大地震载荷,F=ma,max,5,、然而，只有当结构的基本固有周期比地面运动周期小的多时，结构认为是刚体才比较准确。,6,、只适合低矮的、刚性较大的建筑，如路基、挡土墙和重力式桥台等。,3,B,、反应谱理论,1,、美国学者上世纪,40,年代提出了计算地震力的,反应谱理论，也称动力法,。,2,、它即考虑地面的运动特性也考虑结构自身的动力特性。,3,、以,单质点体系在实际地震作用下的反应为基础,来分析结构反应的方法。,4,、当前工程设计应用最为广泛的抗震方法。,5,、质量为,m,的单质点体系在地震作用下质点绝对加速度为,a(t),则所受地震作用为：,F(t)=m a(t),4,反应谱理论,6,、抗震设计中通常只需要地震作用的最大值。,F=m a,max,=(W/g)a,max,=W,其中,为水平地震影响系数,。,7,、我国建筑抗震规范建立了地震响应系数,与,结构自振周期,T,的关系曲线,(T),max,0.45,max,0.1,Tg,3,T(s),(Tg/T),0.9,max,5,A,max,以及,Tg,的选取,Tg,取值,场地,I,II,III,IV,近震,0.2,0.3,0.4,0.65,远震,0.25,0.45,0.55,0.85,截面抗震演算,max,取值,烈度,7,8,9,a,max,0.08,0.16,0.32,6,1.,场地的类型可分为坚硬场地土、中硬场地土、中软场地土和软弱场地土四种。确定方法可参考建筑抗震规范。,2.,对于,竖向地震,v,（,T,）的曲线形状与水平地震,响应系数大体相同，数值上一般取,v,=,（,1/23/2,）,F =,v,w,7,C,、直接动力分析理论,在分析多质点体系时，反应谱分析仅能给出结构各振型反应的最大值。而丢失了与最大值和振型组合有关的重要信息。,难于正确进行各振型最大值的组合。,在分析大跨度柔性结构时，,由于非线性因素的影响，反应谱分析的计算误差较大。,将实际地震的加速度时程记录输入结构计算模型，直接分析结构的地震响应，获得地震过程中结构节点各时刻的位移、速度和加速度，从而计算各时刻结构的内力。这种方法也称为,时程分析法,(,时间历程,),、瞬态动力学法,。,8,谱分析,什么是谱分析？,它是模态分析的扩展，用于计算结构对地震及其它随机激励的响应,在进行下述设计时要用到谱分析：,建筑物框架及桥梁,太空船部件,飞机部件,承受地震或其它不稳定载荷的结构或部件,9,M5-,10,谱分析的一种代替方法是进行瞬态分析，但是：,瞬态分析很难应用于例如地震等随时间无规律变化载荷的分析;,在瞬态分析中，为了捕捉载荷，时间步长必须取得很小，因而费时且昂贵.,谱分析,10,什么是频谱？,用来描述理想化系统对激励的响应曲线此响应可以是加速度、速度、位移和力;,例如：考虑安装于振动台上的四个单自由度弹簧质量系统它们的频率分别是,f1，f2，f3及f4，而且f1f2f3 File Read Input from.,读取,jobname.mcom文件,察看变形后的形状,应力和应变的图表显示,32,响应谱分析步骤,求解及察看结果命令（接上页）,/POST1,/INPUT，mcom,PLDISP，,PLNSOL，,FINISH,33,谱分析实例问题描述,有一钢构拱桥，在某一,7,级近源地震载荷作用下，支座所处的场地为,III,类，要求其动态响应。,（,1,）材料性能：钢，,E=2.1e11,，,v=0.3,，密度,=78000,（,2,）截面尺寸,:b*h=0.16*0.16,I,z,=5.46e-5,（,3,）加载方式：地震谱或地震波,34,地震谱,由于近震，场地为,III,类，,Tg=0.4,a,max,=0.08,利用前面反应谱理论得到地震谱如表：,自振周期,频率,谱值,自振周期,频率,谱值,0.02,50,0.045,0,.3,3.333,0.08,0.04,25,0.054,0,.36,2.778,0.08,0.06,16.67,0.062,0,.4,2.5,0.08,0.08,12.5,0.071,0.8,1.25,0.042871,0.1,10,0.08,1,.2,0.833,0.029763,0.12,8.333,0.08,1,.6,0.625,0.022974,0.16,6.25,0.08,2,0.5,0.018794,0.2,5,0.08,2,.4,0.416,0.01595,0.24,4.167,0.08,2,.8,0.357,0.013884,0.28,3.571,0.08,3,0.333,0.013,35,一、地震谱分析步骤,（,1,）模态分析,Main MenuSolutionAnalysis TypeNew AnalysisModal,Main MenuSolutionAnalysis TypeAnalysis Options,Subspace,28,Main MenuSolutionCurrent LS,36,（,2,）谱分析,1.Main MenuSolutionAnalysis TypeNew AnalysisSpectrum,2.Main MenuSolutionAnalysis TypeAnalysis OptionsSingle-pt resp,单点谱分析,and number of modes for solu,为,28,。打开应力响应开关。,3.Main MenuSolutionLoad Step OptsSpectrumSingle pointsetting,设置反应谱类型为加速度谱,seismic accel,激励方向为,X and Y,方向。,37,4.Main MenuSolutionLoad Step OptsSpectrumSingle pointFreq table,输入上表中所示给出的频率。,5.Main MenuSolutionLoad Step OptsSpectrumSingle pointSpectr Values,令,Damping ratio,默认为,0,，输入频率对应的谱值。,6.Main MenuSolutionSolveCurrent LS,38,（,3,）模态扩展,（模态分析步未进行模态扩展,),Main MenuSolutionAnalysisNew AnalysisModal,Main MenuSolutionLoad Step Opts ExpansionPassSingle expandExpand Modes 28,Main MenuSolutionSolveCurrent LS,39,（,4,）模态合并,Main MenuSolutionAnalysisNew AnalysisSpectrum,Main MenuSolutionLoad Step OptsSpectrumSingle pointmode Combine,Main MenuSolutionSolveCurrent LS,40,（,5,）查看结果,进入,Post1,进行模态组合：,采用,Utility Menu File Read Input from.,读取,jobname.mcom文件,/INPUT，mcom,察看变形后的形状,PLDISP，,应力和应变的图表显示,41,二、地震波瞬态动力分析,1.,建立地震波数据文件,在工作目录下建立两个文本文件。,第一个为*,x.txt,第一列为时间，第二列为水平方向加速度。,第二个为*,y.txt,第一列为时间，第二列为竖向方向加速度,42,地震波,43,44,2.,读入地震波数据,第一步 执行,UtilityParametersArray ParameterDefineEdit,创建,tjx,tjy,数组，,i=2,行,j=50,列,第二步 执行,UtilityParametersArray ParameterRead from File,第三步 检查读入的矩阵数据。执行,UtilityParametersArray Parameter DefineEdit,45,3.,设置分析选项,执行路径,Main MenuSolutionAnalysisNew Analysis,在对话框中设置分析类型为,Transient,在第二个对话框中选定求解方法为,Full,46,4.,求解,在命令行中输入以下的命令流,*,do,t,1,50,1,Time,0.1*t,Kbc,0,Nsub,10,Acel,tjx(2,t),tjy(2,t),Nsel,all,Solve,*enddo,47,查看结果,执行路径,Main Menu TimeHist PostproVariable Viewer,48,