重大社2023《建筑结构抗震设计（第3版）》教学课件3.pptx

第 3 章 结构地震反应分析与抗震计算 第 3 章 结构地震反应分析与抗震计算§3.1 概述?§3.2 设计反应谱?§3.3 结构地震反应分析方法?§3.4 竖向地震?§3.5 建筑结构的扭转地震作用? 第 3 章 结构地震反应分析与抗震计算 （1）地震作用的基本概念作用：指引起结构内力、变形等反应的各种因素；2023年9月4日结构地震反应是地震动通过结构惯性引起的，因此地震作用是间接作用，而不称荷载。地震作用与一般荷载区别： 不仅与地震动本身有关， 而且与结构的动力特性（周期、阻尼等）有关；直接作用（荷载）间接作用（温度，基础沉降…）§3.1 概述 §3.1 概述 结构地震反应——由地震动引起的结构内力、变形及加速度、速度、位移等。工程结构地震动结构地震响应动力（时变）影响因素：地震动、结构 （2） 结构动力计算简图及体系自由度结构动力计算简图2023年9月4日连续化描述（分布质量→偏微分方程）集中化描述（集中质量→常微分方程），便于工程应用。是结构地震反应分析的第一步;关键－－结构惯性的模拟；核心－－结构质量的描述;结构质量集中位置： 可取结构各区域主要质量的质心； 忽略其他次要质量或将次要质量合并到相邻主要质量的质点上去。“葫芦串”模型无重弹性杆 2023年9月4日 一个空间自由质点有三个自由度； 但若忽略计算简图中质点的竖向位移时，在空间有两个自由度，在竖直平面有一个自由度。体系动力自由度确定结构各质点运动的独立参量数为结构运动的体系自由度。由于受到结构构件的约束，结构体系自由度数可能小于自由质点的自由度数。 （3）地震作用计算方法及其发展由于地震作用的复杂性和地震作用发生的强度的不确定性，以及结构和体形的差异等，地震作用的计算方法是不同的。可分为简化方法和较复杂的精细方法。结构抗震设计理论的发展2023年9月4日静力理论阶段反应谱理论阶段动力分析理论阶段 1920年，日本大森房吉、佐野利器等提出。假定：①结构视为刚体；②各质点加速度相同；又称为烈度法。2023年9月4日静力理论阶段适用范围：此方法忽略了地震作用与结构动力特性直接相关、结构为非刚性等关键特性，仅适用于T 0.2秒。 意义：开启了抗震计算的先河，实现了抗震理论的从无到有地震系数 反应谱理论阶段2023年9月4日与结构动力特性（k、T）、地震强度、建筑场地等因素有关；局限是仍属于静力作用，仅用于弹性分析。意义：世界乃至我国的主要抗震计算方法1940年，美国Biot、Housner等提出。 最近几十年。前提：①地震记录的积累； ②核电站、海洋平台以及高层结构设计的需要； ③计算机的广泛应用和运算速度的提高；动力分析理论阶段—时程分析法2023年9月4日其他动力方法：非线性静力分析方法（Static Pushover Analysis)随机振动理论分析，能量方法，但尚未被抗震设计规范采纳 。建立结构的运动微分方程，将实际地震加速度时程记录作为动荷载输入，并采用逐步积分方法进行结构的地震响应分析。优点：能体现地震动三要素，进行结构的强度及变形验算等。意义：作为抗震计算的补充方法 多条反应谱曲线?标准化?统计平均?平滑拟合?安全或经济修正?设计反应谱。T(s)设计反应谱如何得到？ 无量纲化 放大系数谱 β谱 标准化反应谱-β谱消除地震动强度影响，突出频谱特性起点为1 随机性 统计意义 分类（场地、震中距）平均反应谱反应谱形状 §3.2 设计反应谱2023年9月4日T(s)同一类场地的地震动分别计算其反应谱，然后对这些谱曲线进行统计分析，得到有代表性的平滑的反应谱，专门供结构抗震设计用的反应谱，称之为设计反应谱。地震动随机性 普遍性（多波特性）平滑化处理设计反应谱3.2.1 设计反应谱的定义 地震反应谱与设计反应谱有何异同？异：地震反应谱主要反映地震动的频谱特性， 设计反应谱则是对结构设计地震作用的一种规定。 ——目的不同。同：二者都是反应谱，都是单质点体系地震最大反应与结构周期的变化关系。 ——普遍定义相同。 §3.2.2 设计反应谱的影响因素1）地震动方面①烈度——PGA②震中距——设计地震分组 震中距越大，长周期成分越丰富，反应谱峰点越后移。③场地类别———场地越软，峰值越大，反应谱峰值点越后移 （建筑物所在场地的地质条件）。2）结构方面①阻尼比——阻尼比越大，谱值越小 §3.2.3 场地类别划分1）场地（ site ） 工程群体所在地，具有相似的反应谱特征，其范围相当于厂区、居民小区和自然村或不小于1.0km2的平面面积。2）土层的地震效应——与动力特