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框架结构地震响应时程分析的计算模型

框架结构地震响应时程分析的计算模型
框架结构地震响应时程分析的计算模型

框架结构地震响应时程分析的计算模型

摘要:在结构进行地震响应时程分析时,必须首先确定结构的计算模型,以便确立结构的层间刚度。在地震作用下,结构计算模型是结构进行地震响应时分析的主体,由几何模型和物理模型两部分组成。其中几何模型反映了结构计算模型的几何构成,物理模型反映了材料或构件的力学性能。目前在工程上常用的计算模型主要有层间模型、杆系模型和杆系—层间模型。本文针对这三种模型进行全面的分析,并对它们的优缺点展开论述。

1前言

在求解结构在地震作用下的运动方程时,必须要计算结构的刚度矩阵[k],而要计算结构的刚度矩阵[k],就得确定结构的计算模型。因此,确定结构的计算模型是结构进行动力分析时必不可少的内容。对于多层框架结构,目前应用最广泛的模型是层间模型、杆系模型和杆系—层间模型。

2 层间模型

层间模型是在假定建筑各层楼板在其自身平面内刚度无穷大,水平地震作用下同层各竖向位移相同,以及建筑结构刚度中心和质量中心相重合,水平地震作用下没有绕竖轴扭转发生的基础上建立起来的。在这种模型中,将结构视为一根竖向杆,结构的质量集中于各楼层处,如图1(a)所示。

(a) (b) (c) (d)

图1 层间模型

(a)层间模型一般形式;(b)层间剪切模型;(c)层间弯曲模型;(d) 层间弯剪模型计算时,层间模型取各层为基本计算单元,采用层恢复力模型来表示地震作用过程中层刚度随层剪力的变化关系,而不考虑弹塑性阶段层刚度沿层高的变化。其几何模型相当于串联质点模型,物理模型的重要参数是层间刚度及其非线性变化规律。根据结构形式、构造特点以及结构侧向变形情况不同,层间模型又分为层间剪切模型、层间弯曲模型及层间弯剪模型,如图1(b)—(d)所示。其中,层间弯曲模型主要用于结构侧向变形以弯曲为主的剪力墙结构中。

而在进行框架结构动力分析时,常用的层间模型是层间剪切模型和层间弯剪模型。当框架横梁与柱的线刚度之比较大时,即“强梁弱住”型框架结构,在振动过程中各楼层始终保持水平,结构的变形表现为层间的错动,其侧向变形主要是层间剪切变形,那么应该采用层间剪切模型。

当框架梁对柱的约束相对较弱时,如一些高层框架,即“强柱弱梁”型结构,其侧向变形包含有层间弯曲和剪切两种成分,层间剪切模型已不能完全反映其变形特点,那么应该采用层间弯剪模型。

层间模型的优点在于自由度数较少,动力方程逐步积分所耗时也较少,但方法比较粗糙,计算精度较差,无法求出结构各杆件的时程反应,也不能确定结构各杆单元的内力和变形。因此,在工程实践中,层间模型主要是用于确定结构的层间剪力和层间侧移,以校核结构在地震作用下层间剪力是否超过层间极限承载力和检验结构在地震作用下的薄弱层位置。

3 杆系模型

杆系模型是较为精确的计算模型,它是在假定楼板在其自身平面内为绝对刚性的基础上建立起来的。这种模型将整个框架结构的梁柱构件离散为杆元,以结构的各杆件作为基本计算单元,将结构的质量集中于框架的各个节点,如图2所示。

(a) (c)

图2 杆系模型

(a)杆系模型一般形式;(b)单分量模型;(c)三段变刚度模型

计算时,杆系模型取结构的杆件为基本计算单元,采用杆件恢复力来表示地震作用过程中杆件刚度随内力的变化关系,杆系模型依需要还可以考虑弹塑性阶段杆件单元刚度沿杆件长的变化。其几何模型由结构构件自然组成,物理模型以结构本身的力学性能构成。根据建立单元刚度矩阵时是否考虑杆端塑性铰区段的长度,杆系模型常用的有单分量模型和三段变刚度模型,如图2(b)—(c)所示。无论是单分量模型还是三段变刚度模型,都只考虑杆件的弯曲破坏。既可以用于平面杆系分析,也可以用于空间杆系分析。

单分量模型将杆件塑性变形集中于杆端,在杆端各设置一等效弹簧以反映杆件的受弯弹塑性性能,杆件中部保持线弹性。这种计算模型不考虑弹塑性阶段杆单元刚度沿长度变化,当然也就不考虑杆端塑性铰区段长度,这也是单分量模型的缺点。

三段变刚度模型将杆件塑性变形集中于杆件两端具有一定长度的区域,杆件中部区域仍然保持线弹性,将杆单元划分成三段刚度不同的等刚度区域,实现了弹塑性阶段杆单元沿杆件长度的变化。显然,相对于单分量模型,三段变刚度模型更加能反映结构在地震作用下受力变形情况。

杆系模型克服了层间模型的缺点,它以每根杆件作为基本计算单元。构件的连接既可以是刚性连接,也可以根据实际情况考虑弹性连接。同时,可以求出在地震作用下结构各个杆件的内力和位移时程反应,可以确定地震过程中结构各杆件开裂并进入塑性阶段的过程及其对整个结构的影响,精确度较高。但计算工作量太大,对于高层多跨框架,这种模型的应用常受到计算机容量的限制。

4杆系—层间模型

杆系—层间模型综合了杆系模型和层间模型的优点。这种模型将结构质量集中于楼层处形成层间模型,按层间模型建立与求解运动方程,而利用杆件的恢复力模型,按杆系体系确定结构层刚度矩阵。因此,杆系—层间模型不但可以确定结构在地震作用下的层间剪力与变形,而且可以反映结构在地震作用下各杆件内力和位移的时程反应。精确度要比层间模型高,同时计算量又较杆系模型大为减少,是框架结构在地震作用下进行响应时程分析时的一种比较理想的计算模型

5 结语

确定结构的计算模型是框架结构进行地震响应时程分析时必不可少的内容。设计人员应当熟悉各种计算模型的机理极其优缺点,根据结构形式及构造特点、实际工程需要、分析精度要求、计算机容量等情况,选择合理的计算模型。作到既满足工程实际的要求,又减少计算工作量。

地震响应的反应谱法与时程分析比较 (1)

发电厂房墙体地震响应的反应谱法与时程分析比较 1问题描述 发电厂房墙体的基本模型如图1所示: 图1 发电厂墙体几何模型 基本要求:依据class 9_10.pdf的最后一页的作业建立ansys模型,考虑两个水平向地震波的共同作用(地震载荷按RG1.60标准谱缩放,谱值如下),主要计算底部跨中单宽上的剪力与弯矩最大值,及顶部水平位移。要求详细的ansys反应谱法命令流与手算验证过程。以时程法结果进行比较。分析不同阻尼值(0.02,0.05,0.10)的影响。 RG1.60标准谱 (1g=9.81m/s2) (设计地震动值为0.1g) 频率谱值(g) 33 0.1 9 0.261 2.5 0.313 0.25 0.047 与RG1.60标准谱对应的两条人工波见文件rg160x.txt与rg160y.txt 2数值分析框图思路与理论简介 2.1理论简介 该问题主要牵涉到结构动力分析当中的时程分析和谱分析。时程分析是用于确定承受任意随时间变化荷载的结构动力响应的一种方法。谱分析是模态分析的扩展,是用模态分析结果与已知的谱联系起来计算模型的位移和应力的分析技术。 2.2 分析框架: 时程分析:在X和Z两个水平方向地震波作用下,提取底部跨中单宽上的剪力、弯矩值和顶部水平位移,并求出最大响应。 谱分析:先做模态分析,再求谱解,由于X和Z两个方向的单点谱激励,因此需进行两次谱分析,分别记入不同的工况最后组合进行后处理得出结够顶部水平位移、底部单宽上剪力和弯矩的最大响应。 3有限元模型与荷载说明 3.1 有限元模型 考虑结构的几何特性建立有限元模型,首先建立平面几何模型,并将模型进行合理的切割,采用plane42单元,使用映射划分网格的方法生产平面单元(XOY平面)。然后,采用solid45

框架结构地震响应时程分析的计算模型

框架结构地震响应时程分析的计算模型 摘要:在结构进行地震响应时程分析时,必须首先确定结构的计算模型,以便确立结构的层间刚度。在地震作用下,结构计算模型是结构进行地震响应时分析的主体,由几何模型和物理模型两部分组成。其中几何模型反映了结构计算模型的几何构成,物理模型反映了材料或构件的力学性能。目前在工程上常用的计算模型主要有层间模型、杆系模型和杆系—层间模型。本文针对这三种模型进行全面的分析,并对它们的优缺点展开论述。 1前言 在求解结构在地震作用下的运动方程时,必须要计算结构的刚度矩阵[k],而要计算结构的刚度矩阵[k],就得确定结构的计算模型。因此,确定结构的计算模型是结构进行动力分析时必不可少的内容。对于多层框架结构,目前应用最广泛的模型是层间模型、杆系模型和杆系—层间模型。 2 层间模型 层间模型是在假定建筑各层楼板在其自身平面内刚度无穷大,水平地震作用下同层各竖向位移相同,以及建筑结构刚度中心和质量中心相重合,水平地震作用下没有绕竖轴扭转发生的基础上建立起来的。在这种模型中,将结构视为一根竖向杆,结构的质量集中于各楼层处,如图1(a)所示。 (a) (b) (c) (d) 图1 层间模型 (a)层间模型一般形式;(b)层间剪切模型;(c)层间弯曲模型;(d) 层间弯剪模型计算时,层间模型取各层为基本计算单元,采用层恢复力模型来表示地震作用过程中层刚度随层剪力的变化关系,而不考虑弹塑性阶段层刚度沿层高的变化。其几何模型相当于串联质点模型,物理模型的重要参数是层间刚度及其非线性变化规律。根据结构形式、构造特点以及结构侧向变形情况不同,层间模型又分为层间剪切模型、层间弯曲模型及层间弯剪模型,如图1(b)—(d)所示。其中,层间弯曲模型主要用于结构侧向变形以弯曲为主的剪力墙结构中。 而在进行框架结构动力分析时,常用的层间模型是层间剪切模型和层间弯剪模型。当框架横梁与柱的线刚度之比较大时,即“强梁弱住”型框架结构,在振动过程中各楼层始终保持水平,结构的变形表现为层间的错动,其侧向变形主要是层间剪切变形,那么应该采用层间剪切模型。 当框架梁对柱的约束相对较弱时,如一些高层框架,即“强柱弱梁”型结构,其侧向变形包含有层间弯曲和剪切两种成分,层间剪切模型已不能完全反映其变形特点,那么应该采用层间弯剪模型。 层间模型的优点在于自由度数较少,动力方程逐步积分所耗时也较少,但方法比较粗糙,计算精度较差,无法求出结构各杆件的时程反应,也不能确定结构各杆单元的内力和变形。因此,在工程实践中,层间模型主要是用于确定结构的层间剪力和层间侧移,以校核结构在地震作用下层间剪力是否超过层间极限承载力和检验结构在地震作用下的薄弱层位置。 3 杆系模型 杆系模型是较为精确的计算模型,它是在假定楼板在其自身平面内为绝对刚性的基础上建立起来的。这种模型将整个框架结构的梁柱构件离散为杆元,以结构的各杆件作为基本计算单元,将结构的质量集中于框架的各个节点,如图2所示。

地下结构地震破坏形式与抗震分析方法综述

地下结构地震破坏形式与抗震分析方法综述 摘要:随着人口的在激增以及经济的发展,人们的需求也开始狂飙式的增长。然而,城市的空间有限,地面空间已经被充分利用,人们的视线开始转为地下,地下结构的开发缓解了城市的地面压力。然而,由于地下结构的抗震技术的发展还并不成熟,在地震后,往往会造成地下结构的损坏甚至直接丧失继续工作的能力,给人们的财产安全带来威胁,影响人们的正常生活。因此在此文中对地下结构的震害形式以及近年来地下结构抗震分析的研究成果进行展示。以加深对地下结构震害的了解,并引起人们对地下结构抗震减震的重视。 关键词:地下结构抗震,震害形式,抗震分析,抗震减震 0 引言 地震是自然界自然界一种常见的自然灾害,地球上每年约发生500多万次地震,即每天要发生上万次地震。其中绝大多数太小或太远以至于人们感觉不到。真正能对人类造成严重危害的地震大约有一二十次,能造成特别严重灾害的地震大约有一两次。然而,这种地震不仅仅会给损害人们的财产安全,更有甚者会威胁到生命安全。 以往的抗震研究主要集中在地上建筑。认为地下结构受到的外界环境较少,各方向约束较多,刚度较大,且高度较小,加之过去地下结构的建设规模相对较少,地下结构受地震作用引起的结构的严重破坏的相关资料也较少,因此地下结构的工程抗震研究及设计长期未得到足够的重视。 1923年日本关东大地震(M8.2),震区内116座铁路隧道,有82座受到破坏;1952 年美国加州克恩郡地震(M7.6),造成南太平洋铁路的四座隧道损坏严重;1976年唐山地震(M7.8),唐山市给水系统完全瘫痪,秦京输油管道发生五处破坏;1978年日本伊豆尾岛地震(M7.0)震后出现了横贯隧道的断裂,隧道衬砌出现了一系列的破坏;特别是1995年日本阪神大地震(M7.2)中,神户市及阪神地区几座城市的供水系统和污水排放系统受到严重破坏,其中神户市供系统完全破坏,并基本丧失功能。神户市部分地铁车站和区间隧道受到不同程度的破坏,其中大开站最为严重,一半以上的中柱完全倒塌,导致顶板坍塌和上覆土层大量沉降,最大沉降量达2.5m。 地震对地下结构造成大规模破坏的同时,地震对地下结构的安全性构成的威胁也开始引起了人们的重视,地下结构工程抗震从业者在震后获取了大量的地震动作用在地下结构上产生的动力特性及影响结构动 力响应的影响因素等宝贵资料,对地下结构工程抗震减震领域的发展具有极大的推动作用。 近年来,关于地下结构的工程抗震分析方法的文献大量涌现。学者从不同角度对地下结构抗震进行阐述,并且有不少理论转化为工程技术,在工程实践中得到了论证。笔者试图综合前人的研究成果,在本文中简要介绍地下结构在地震作用下的破坏形式以及地下结构抗震分析方法,以便加深对地下结构工程抗震的了解,也可增加人们对地下结构工程抗震的重视程度。 1 地下结构震害 由于所处环境、约束情况等的差异,地下结构的破坏形式与结构破坏的影响因素与地上结构有很多不同之处。 1.1 地下结构震害形式 以下以日本阪神地震为主要对象,结合其他地震造成的震害,总结了地铁车站、地下管道、地下隧道的主要震害形式。

地震反应谱分析实例

结构地震反应谱分析实例 在多位朋友的大力帮助下,经过半个多月的努力,鄙人终于对结构地震反应谱分析有了一定的了解,现将其求解步骤整理出来,以便各位参阅,同时,尚有一些问题,欢迎各位讨论! 为叙述方便,举一简单实例: 在侧水压与顶部集中力作用下的柱子的地震反应谱分析,谱值为加速度反应谱,考虑X与Y向地震效应作用。已知地震影响系数a与周期T的关系: a(T)= 0.4853*(0.4444+2.2222*T) 0

!进行模态求解 ANTYPE,MODAL MODOPT,LANB,30 SOLVE FINISH !进行谱分析 /SOLU ANTYPE,SPECTR SPOPT,SPRS,30,YES SVTYP,2 !加速度反应谱 SED,1,1 !X与Y向 FREQ,0.2500,0.2632,0.2778,0.2941,0.3125,0.3333,0.3571,0.3846,0.4167 FREQ,0.4545,0.5000,0.5556,0.6250,0.7143,0.8333,1.1111,2.0000,10.0000 FREQ,25.0000,1000.0000 SV,0.05,0.0797,0.0861,0.0934,0.1018,0.1114,0.1228,0.1362,0.1522,0.1716 SV,0.05,0.1955,0.2255,0.2642,0.3152,0.3851,0.4853,0.4853,0.4853,0.4853 SV,0.05,0.2588,0.2167 SOLVE FINISH !进行模态求解(模态扩展) /SOLU ANTYPE,MODAL EXPASS,ON MXPAND,30,,,YES,0.005 SOLVE FINISH !进行谱分析(合并模态) /SOLU ANTYPE,SPECTR SRSS,0.15,disp SOLVE FINISH /POST1 SET,LIST !结果1 /INP,,mcom

大型地下结构三维地震响应特点研究

第43卷第3期2003年5月 大连理工大学学报 Jour nal of Dalian University of Technology Vol .43,No .3May 2003 文章编号:1000-8608(2003)03-0344-05 收稿日期:2002-04-01; 修回日期:2003-03-25. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50209002);辽宁省自然科学基金资助项目(20022130). 作者简介:陈健云*(1968-),男,副教授;林 皋(1929-),男,教授,博士生导师,中国科学院院士. 大型地下结构三维地震响应特点研究 陈健云*, 胡志强, 林 皋 (大连理工大学土木水利学院,辽宁大连 116024) 摘要:采用阻尼影响抽取法分析了地下结构无限围岩介质的动刚度特性,建立了岩石地下 结构抗震分析的实用相互作用分析时域模型,比较研究了地下结构-围岩动力相互作用分析中地震动输入机制、无限围岩动刚度及结构特性等各种主要因素对地下结构地震响应的影响程度.指出几种常用地下结构地震响应近似分析方法只在一定条件下适用,无限介质的阻尼特性对结构响应起着重要的作用. 关键词:地下洞室;地震反应分析;动刚度;优化;阻尼影响抽取法中图分类号:T U 35;TU 9;TV3 文献标识码:A 0 引 言 随着国民经济的发展,地下空间得到了越来越广泛的使用.然而近几年世界范围内发生了一 系列大地震,造成了巨大的灾难,不少地下结构遭受破坏.由于与围岩的相互作用,地下结构的动力特性十分复杂,其响应特点与地面结构有明显的差别.研究表明[1] ,对地下结构采用施加惯性力的地震响应分析,即使采用几倍于结构尺寸的地基离散模型,施加不同的边界条件对地震位移响应的影响可达10倍,应力差别达5~6倍. 目前各种实际地下结构的动力响应分析仍以各种近似方法为主.包括各种拟静力方法,如位 移响应法[2、3] ,地基影响参数通常根据简化假定采 用经验参数.动力近似分析通常将结构简化为二维问题处理[4],对于地下管线等结构形式具有一定的适用性.对于处于比较复杂地质、地形条件下的地下结构,或者形式较复杂的大型地下空间结构,要合理地反映地下结构的地震响应,则必须进行三维动力响应分析. 当前常用的地下结构三维地震分析方法,主要有在模型外边界施加各种人工透射边界解决能量向无限远处辐射[5]的波动分析方法;以地下结构为主体,围岩的作用通过相互作用力来求解的相互作用分析方法[6] ,通常采用有限元、边界元、 解析法或半解析法等耦合求解;以及在外边界施 加粘性阻尼器的惯性力方法.前两种方法属于较精确的数值方法,后一种方法则为近似方法. 由于围岩介质对结构的动力影响在时间与空 间都是耦合的,较精确的地下结构地震响应分析具有一定难度,时域求解复杂且求解代价很大. 本文采用相互作用分析方法,结合溪洛渡超 大型地下洞室群的地震响应分析,研究动力相互 作用运动方程中各主要因素对地下结构地震响应的影响程度,为地下结构的简化分析提供依据. 1 地下结构地震响应的相互作用分 析方法 地下结构的相互作用分析主要采用各种耦合 方法,如有限元与边界元的耦合分析.本文则采 用阻尼影响抽取法得到地基刚度与有限元进行耦合分析. 1.1 阻尼影响抽取法的基本概念 [7] 将无限地基截取有限区域,其刚度阵为S t (X )=K -X 2 M (1) 式中:K 和M 分别为有限域的刚度阵与质量阵. 引入量纲一的频率a 0=X ?r 0/c s 及刚度阵K 与质量阵M ,则式(1)可表达为  S t (X )=Gr s -2 0(K -a 20M )=Gr s -2 0S (a 0) (2)

ANSYS地震时程分析

在ANSYS里做地震分析时,需要对结构施加地震惯性荷载,地震惯性力是通过加速度的方式输入进结构的,然后与结构的质量一起形成动力计算时的惯性荷载,下面说一下在ANSYS 里施加地震惯性力的方法。 首先,将三个方向的地震加速度放到一个文本文件里,如accexyz.txt,在这个数据文件里共放三列数据,每列为一个方向的地震加速度值,这里仅给出数据文件中前几行的数据:-0.227109E-02 -0.209046E+00 0.467072E+01 -0.413893E-02 -0.168195E+00 0.261523E+01 -0.574753E-02 -0.157890E+00 0.809014E-01 -0.731227E-02 -0.152996E+00 0.119975E+01 -0.876865E-02 -0.138102E+00 0.130902E+01 -0.101067E-01 -0.131582E+00 0.143611E+00 ....................... 然后,再建一个文本文件用来存放三个方向的地震加速度时间点,如time.txt,在这个数据文件里仅一列数据,对应于加速度数据文件里每一行的时间点,这里给出数据文件中前几行数据: 0.100000E-01 0.200000E-01 0.300000E-01 0.400000E-01 0.500000E-01 0.600000E-01 ....................... 编写如下的命令流文件,并命名为acce.inp *dim,ACCEXYZ,TABLE,2000,3 !01行 *vread,ACCEXYZ(1,1),accexyz,txt,,JIK,3,2000 !02行(3e16.6) !03行 *vread,ACCEXYZ(1,0),time,txt !04行 (e16.6) !05行 ACCEXYZ(0,1)=1 !06行 ACCEXYZ(0,2)=2 !07行,同上 ACCEXYZ(0,3)=3 !08行,同上 finish /SOLU ANTYPE,trans btime=0.01 !定义计算起始时间 etime=15.00 !定义计算结束时间 dtime=0.01 !定义计算时间步长 *DO,itime,btime,etime,dtime time,itime AUTOTS,0 NSUBST,1, , ,1 KBC,1 acel,ACCEXYZ(itime,1),ACCEXYZ(itime,2),ACCEXYZ(itime,3) !施加三个方向的地震加速度SOLVE

反应谱与时程理论对比

反应谱是在给定的地震加速度作用期间内,单质点体系的最大位移反应、速度反应和加速度反应随质点自振周期变化的曲线。用作计算在地震作用下结构的内力和变形。更直观的定义为:一组具有相同阻尼、不同自振周期的单质点体系,在某一地震动时程作用下的最大反应,为该地震动的反应谱。 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、振型和阻尼)所产生的共振效应,但其计算公式仍保留了早期静 力理论的形式。地震时结构所受的最大水平基底剪力,即总水平地震作用为: FEK= αG 其中α为地震影响系数,即单质点弹性体系在地震时最大反应加速度。另一方面地震影响系数也可视为作用在质点上的地震作用与结构重力荷载代表值之比。 目前,反应谱分析法比较成熟,一些主要国家的抗震规范均将它作为基本设计方法。不过,它主要适合用于规则结构。对于不规则结构以及高层建筑,各国规范多要求采用时程分析法进行补充计算。 地震作用反应谱分析本质上是一种拟动力分析,它首先使用动力法计算质点地震响应,并使用统计的方法形成反应谱曲线,然后使用静力法进行结构分析。但它并不是结构真实的动力响应分析,只是对于结构动力响应最大值进行估算的近似方法,在线弹性范围内,反应谱分析法被认为是高效而且合理的方法。反应谱分为加速度反应谱、速度反应谱和位移反应谱。基于不同周期结构相应峰值的大小,我们可以绘制结构速度及加速度的反应谱曲线。一般情况下,随着周期的延长,位移反应谱为上升曲线,速度反应谱为平直曲线,加速度反应谱为下降曲线,目前结构设计主要依据加速度反应谱。 加速度反应谱在短周期部分为快速上升曲线,并且在结构周期与场地特征周期接近时出现峰值,后面更大范围为逐渐下降阶段。峰值出现的时间与对应的结构周期和场地特征周期有关。一般来说结构自振周期的延长,地震作用将减小。当结构自振周期接近场地特征周期时,地震作用最大。 反应谱分析方法需要先求解一个方向地震作用响应,再基于三个正交方向的分量考虑结构总响应,即基于振型组合求解一个方向的地震响应,再基于方向组合求解结构总响应。 振型组合方法有SRSS法,CQC法。 1.SRSS法 SRSS法是平方和平方根法,这种方法假定所有最大模态值在统计上都是相互独立的,通过求各参与阵型的平方和平方根来进行组合。该法不考虑各振型间的藕联作用,实际上结构模态都是相互关联的,不可避免的存在藕联效应,对那些相邻周期几乎相等的结构,或者不规则结构不适用此法。《抗规》GB50011-2010规定的SRSS法为如下所示:

地震工程学心得体会

精心整理《地震工程学》课程总结? 1.对所学内容的综述? 1.1结构地震反应分析的方法? 结构地震反应分析的方法很多,下面主要介绍反应谱理论和时程反应分析法? 绍。 也并不是一次地震动作用下的反应谱,而是不同地震反应的包线。 1.1.2?? 时程分析法? 时程分析法又称作动态分析法。它是将地震波段按时段进行数值化后,输入结构体系的振动微分方程,采用逐步积分法进行结构弹塑性动力反应分析,计算出结构在整个强震时域中的振动状态过程,给出各个时刻各杆件的内力和变形以及各杆

件出现塑性铰的顺序。? 时程分析法计算地震反应需要输入地震动参数,该参数具有概率含义的加速度时程曲线、结构和构件的动力模型考虑了结构的非线性恢复力特性,更接近实际情况,因而时程分析方法具有很多优点。它全面地考虑了强震三要素;比较确切地、具体地和细致地给出了结构弹塑性地震反应。? 1.1.3地震信号频域分析? ???? X(f), 1.2? 1.2.1 (1) ??(2 (3 ?(4 性和有效性;? ?? (5)验证抗震理论、结构地震反应分析方法、结构振动控制算法等的可靠性和适用性。? 1.2.2? 结构抗震试验的实施程序? ??

(1)确定研究目标和试验方法,含试验目的、试验设备和试件的采用、需要测量的物理量等;? ?? (2)荷载施加,含与试验设备相关的荷载施加方式和加载规则等;? ?(3)测点布置和数据采集,含各类传感器和数采设备的采用、测点数量的选择;? ??(4)数据分析,含测试数据的常规处理和特殊分析。? (1 ? (2 ????旨在 (3 ?? 入下结构或构件的地震反应,研究和验证结构地震破坏机理、破坏特征、抗震能力和抗震薄弱环节。 ?(4)振动台试验? ?????振动台试验是利用振动台装置进行的结构强迫振动试验,是地震工程研究中最重要的实验手段之一。?

时程分析中地震波选取浅析

时程分析中地震波选取浅析 通过介绍时程分析法中输入地震波的选择原则、地震动幅值和频率特性等一系列问题,使初学者对输入地震波的选择有初步认识和了解,为以后更深层次的研究打下基础。 标签:时程分析法;地震波选择 1、引言 随着社会、经济和科技的不断发展以及人口数量的迅速膨胀,高层、超高层以及复杂形状的建筑的数量定会快速增长。抗震设计规范规定,对于此类重要、复杂并超过规定高度的建筑,其抗震设计中的地震作用计算都要通过时程分析法进行补充验证。而在时程分析法的计算过程中最重要,最影响地震作用计算结果的莫过于地震波的选取。所以,本文将从地震波选取原则、地震动幅值、频谱特性、持续时间、地震波数量、地震波转动分量等多个方面对地震波的选取进行浅析。 2、地震波的选取原则 时程分析中的地震波如何选取的问题,一直是时程分析法中的一个难点。在选择地震波输入时,要满足两点要求: 1)首先要使选择输入的地震波的某些参数和建筑物所在地的条件相一致。参数主要包括:场地的土壤类别、地震烈度、地震强度参数、卓越周期和反应谱等。 2)其次还要满足地震活动三要素的要求。即频谱特性、地震加速度时程曲线持续时间和幅值,选取的地震波中的这三者,要满足相关规定。相关规定要求:选用数字化的地震波应按照建筑场地类别和设计地震分组进行选取,选用不少于两组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线,其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱分析法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。在统计意义上相符是指:其平均地震影响曲线与振型分解反应谱法所用到的地震影响系数曲线相比,在各个周期点上相差不大于20%。弹性时程分析时,每条时程曲线计算所得的结构底部剪力不应小于阵型分解反应谱法计算结果的65%。多条时程曲线计算结果的结构底部剪力平均值不应小于振型分解反应谱计算结果的80%[1]。 3、地震动幅值 地震动幅值有两种意义,即可以指地震加速度、位移和速度中的任何一种的最大值,又可以指在某种意义下的等代值。在一定程度上,地震波的峰值能够反应并代表地震波的强度,所以,建筑物所在地的设防烈度所要求的多遇地震或罕

ANSYS地震反应谱SRSS分析共24页

ANSYS地震反应谱SRSS分析 我在ANSYS中作地震分解反应谱分析,一次X方向,一次Y 方向,他们要求是独立互不干扰的,可是采用直进行一次模态分析的话,他生成的*.mcom文件好像是包含了前面的计算 结果,命令流如下: !进入PREP7并建模 /PREP7 B=15 !基本尺寸 A1=1000 !第一个面积 A2=1000 !第二个面积 A3=1000 !第三个面积 ET,1,beam4 !二维杆单元 R,1,0.25,0.0052,0.0052,0.5,0.5 !以参数形式的实参 MP,EX,1,2.0E11 !杨氏模量 mp,PRXY,1,,0.3 mp,dens,1,7.8e3 N,1,-B,0,0 !定义结点 N,2,0,0,0 N,3,-B,0,b

N,4,0,0,b N,5,-B,0,2*b N,6,0,0,2*b N,7,-B,0,3*b N,8,0,0,3*b E,1,3 !定义单元 E,2,4 E,3,5 E,4,6 E,3,4 E,5,6 e,5,7 e,6,8 e,7,8 D,1,ALL,0,,2 FINISH ! !进入求解器,定义载荷和求解 /SOLU D,1,ALL,0,,2 !结点UX=UY=0

sfbeam,1,1,PRES,100000, sfbeam,3,1,PRES,100000, sfbeam,7,1,PRES,100000, SOLVE FINISH allsel NMODE=10 /SOL !* ANTYPE,2 !* MSAVE,0 !* MODOPT,LANB,NMODE EQSLV,SPAR MXPAND,NMODE , , ,1 LUMPM,0 PSTRES,0 !* MODOPT,LANB,NMODE ,0,0, ,OFF

结构地震反应谱分析实例

在多位朋友的大力帮助下,经过半个多月的努力,鄙人终于对结构地震反应谱分析有了一定的了解,现将其求解步骤整理出来,以便各位参阅,同时,尚有一些问题,欢迎各位讨论! 为叙述方便,举一简单实例: 在侧水压与顶部集中力作用下的柱子的地震反应谱分析,谱值为加速度反应谱,考虑X 与Y向地震效应作用。已知地震影响系数a与周期T的关系: a(T)= 0.4853*(0.4444+2.2222*T) 0<T<=0.04 秒 0.4853*(0.10/T)^(-0.686) 0.04<T<=0.1 秒 0.4853 0.1<T<=1.2 秒 0.4853*(1.2/T)^1.5 1.2<T<=4 秒 以下是命令流程序 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- /filname,SPEC,1 /PREP7 !定义单元类型及材料特性 ET,1,45 MP,EX,1,2.8E10 MP,DENS,1,2.4E3 MP,NUXY,1,0.18 !建立模型 BLOCK,0,1,0,1,0,5 !网格剖分 ESIZE,0.5 VMESH,all /VIEW,,-0.3,-1,1 EPLOT FINISH /SOLU !施加底部约束 ASEL,,LOC,Z,0 DA,ALL,ALL ALLSEL !施加自重荷载 ACEL,0,0,10 !进行模态求解

ANTYPE,MODAL MODOPT,LANB,30 SOLVE FINISH !进行谱分析 /SOLU ANTYPE,SPECTR SPOPT,SPRS,30,YES SVTYP,2 !加速度反应谱 SED,1,1 !X与Y向 FREQ,0.2500,0.2632,0.2778,0.2941,0.3125,0.3333,0.3571,0.3846,0.4167 FREQ,0.4545,0.5000,0.5556,0.6250,0.7143,0.8333,1.1111,2.0000,10.0000 FREQ,25.0000,1000.0000 SV,0.05,0.0797,0.0861,0.0934,0.1018,0.1114,0.1228,0.1362,0.1522,0.1716 SV,0.05,0.1955,0.2255,0.2642,0.3152,0.3851,0.4853,0.4853,0.4853,0.4853 SV,0.05,0.2588,0.2167 SOLVE FINISH !进行模态求解(模态扩展) /SOLU ANTYPE,MODAL EXPASS,ON MXPAND,30,,,YES,0.005 SOLVE FINISH !进行谱分析(合并模态) /SOLU ANTYPE,SPECTR SRSS,0.15,disp SOLVE FINISH /POST1 SET,LIST !结果1 /INP,,mcom lcwrite,11

地震时程分析中重力荷载的考虑

ANSYS地震时程分析中如何考虑重力作用 在用ANSYS做结构的地震时程分析时,结构施加地震波的初始状态往往是一种不受任何外力的自由状态,这与现实的结构地震情况是不一致的,别的荷载不说,重力荷载在地震时程分析的初始时就存在,在地震响应的整个过程中也起作用。重力荷载在地震反应分析中应该如何施加,我做了如下探讨: 第一种方式,参照小木虫论坛上介绍的一个思路,先在一个极短的时间内关闭时间积分效应,施加重力加速度,然后再打开时间积分效应,进行正常的地震时程分析。具体命令如下 /solu antype, trans timint, off !关闭积分效应 time, 1e-5 acel,,9.8, nsubst, 2 kbc, 1 lswrite, 1 solve timint, on !接着打开积分效应 NSUBST,5 *do,t,1,50,1 time,0.02*t acel,0*9.8*H1(t),0,0*9.8*H2(t) kbc,0 outres,all,none outres,nsol,all allsel,all solve *enddo 为了避免地震加速度的干扰,我把输入的两个水平向地震加速度都设置为0,计算了1秒时间,计算得到的结构顶点竖向位移见图1,图1中在初始的1e-5秒的时间内施加重力荷载后,结构有一个向下2mm的位移;重新打开时间积分效应后,结构在没有重力加速度的情况下发生回弹,最后位移稳定在0。 第二种方式,直接在施加的加速度荷载上把重力加速度9.8m/s2,同样把水平方向加速度乘0,避免其干扰,命令如下: /solu antype, trans timint, on !接着打开积分效应 NSUBST,5

ABAQUS时程分析法计算地震反应的简单实例

ABAQUS时程分析法计算地震反应的简单实例ABAQUS时程分析法计算地震反应的简单实例(在原反应谱模型上 修改) 问题描述: 悬臂柱高12m,工字型截面(图1),密度7800kg/m3,EX=2、1e11Pa,泊松比0、3,所有振型的阻尼比为2%,在3m高处有一集中质量160kg,在6m、9m、12m处分别有120kg的集中质量。反应谱按7度多遇地震,取地震影响系数为0、08,第一组,III类场地,卓越周期Tg=0、45s。 图1 计算对象 第一部分:反应谱法 几点说明: λ本例建模过程使用CAE; λ添加反应谱必须在inp中加关键词实现,CAE不支持反应谱; λ *Spectrum不可以在keyword editor中添加,keyword editor不支持此关键词读入。 λ ABAQUS的反应谱法计算过程以及后处理要比ANSYS方便的多。 操作过程为: (1)打开ABAQUS/CAE,点击create model database。

(2)进入Part模块,点击create part,命名为column,3D、deformation、wire。continue (3) Create lines,在 分别输入0,0回车;0,3回车;0,6回车;0,9回车;0,12回车。

(4)进入property模块,create material,name:steel,general-->>density,mass density:7800 mechanical-->>elasticity-->>elastic,young‘s modulus:2、1e11,poisson’s ratio:0、3、

三 设计地震动反应谱确定的规范方法

三设计地震动反应谱确定的规范方法 设计地震动是通过对地震环境和场地环境的分析判断和分类方法确定。工程勘察单位至少提供: 设计基本地震加速度和设计特征周期 场地环境:覆盖层厚度、剪切波速、土层钻孔资料 1.设计基本地震加速度和设计特征周期 根据场地在中国地震动参数区划图上的位置判断确定。

土层剪切波速的测量应符合下列要求: 1 在场地初步勘察阶段对大面积的同一地质单元测量土层剪切波速的钻孔数量不宜少于3。 2 在场地详细勘察阶段对单幢建筑测量土层剪切波速的钻孔数量不宜少于2 个数据变化较大时可适量增加对小区中处于同一地质单元的密集高层建筑群测量土层剪切波速的钻孔数量可适量减少但每幢高层建筑下不得少于一个。 3 对丁类建筑及层数不超过10 层且高度不超过30m 的丙类建筑当无实测剪切波速时可根据岩土名称和性状按表 4.1.3 划分土的类型再利用当地经验在下表的剪切波速范围内估计各土层的剪切波速.

建筑场地覆盖层厚度的确定应符合下列要求: 1 一般情况下应按地面至剪切波速大于500m/s 的土层顶面的距离确定(且其下卧层沿途的剪切波速均不小于500m/s)。 2 当地面5m 以下存在剪切波速大于(其上部各土层)相邻上层土剪切波速2.5 倍的土层且其下卧岩土的剪切波速均不小于400m/s 时可按地面至该土层顶面的距离确定 3 剪切波速大于500m/s 的孤石、透镜体应视同周围土层 4.土层中的火山岩硬夹层应视为刚体其厚度应从覆盖土层中扣除

例题:某类建筑场地位于7度烈度区,设计地震分组为第一组,设计基本地震加速度为0.1g,建筑结构自振周期T=1.4s,阻尼比为0.08,该场地在建筑多遇地震条件下地震影响系数a为多少。 同一个场地上甲乙两座建筑物的结构自震周期分别为T甲=0.25sT乙=0.60s,一建筑场地类别为Ⅱ类,设计地震分组为第一组,若两座建筑的阻尼比都取0.05,问在抗震验算时甲、乙两座建筑的地震影响系数之比最接近下列那个选项。 A 1.6 B 1.2 C 0.6 D 条件不足无法计算 例题:吉林省松原市某民用建筑场地地质资料如下: (1)0-5m粉土,=150 =180m/s (2) 5-12m中砂土=200 =240m/s (3)12-24m粗砂土=230 =310m/s (4) 24-45m硬塑粘土=260 =300m/s (5)45-60m泥岩=500 =520m/s 建筑物采用浅基础,埋深2m,地下水位2.0m,阻尼比为0.05,自震周期为1.8s该建筑进行抗震设计时 (1)进行第一阶段设计时,地震影响系数应取多少 (2)进行第二阶段设计时,地震影响系数应取多少 例题:吉林省松原市某民用建筑场地地质资料如下: (1)0-5m粉土,=150 =180m/s (2) 5-12m中砂土=200 =240m/s

结构抗震课后习题答案解析

《建筑结构抗震设计》课后习题解答建筑结构抗震设计》第 1 章绪论 1、震级和烈度有什么区别和联系?震级是表示地震大小的一种度量,只跟地震释放能量的多少有关,而烈度则表示某一区域的地表和建筑物受一次地震影响的平均强烈的程度。烈度不仅跟震级有关,同时还跟震源深度、距离震中的远近以及地震波通过的介质条件等多种因素有关。一次地震只有一个震级,但不同的地点有不同的烈度。 2.如何考虑不同类型建筑的抗震设防?规范将建筑物按其用途分为四类:甲类(特殊设防类)、乙类(重点设防类)、丙类(标准设防类)、丁类(适度设防类)。 1 )标准设防类,应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用,达到在遭遇高于当地抗震设防烈度的预估罕遇地震影响时不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏的抗震设防目标。 2 )重点设防类,应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施;但抗震设防烈度为 9 度时应按比 9 度更高的要求采取抗震措施;地基基础的抗震措施,应符合有关规定。同时,应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。 3 )特殊设防类,应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施;但抗震设防烈度为 9 度时应按比 9 度更高的要求采取抗震措施。同时,应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用。 4 )适度设防类,允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低其抗震措施,但抗震设防烈度为 6 度时不应降低。一般情况下,仍应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。 3.怎样理解小震、中震与大震? 小震就是发生机会较多的地震,50 年年限,被超越概率为63.2%;中震,10%;大震是罕遇的地震,2%。 4、概念设计、抗震计算、构造措施三者之间的关系? 建筑抗震设计包括三个层次:概念设计、抗震计算、构造措施。概念设计在总体上把握抗震设计的基本原则;抗震计算为建筑抗震设计提供定量手段;构造措施则可以在保证结构整体性、加强局部薄弱环节等意义上保证抗震计算结果的有效性。他们是一个不可割裂的整体。

地层地震反应对地下结构的影响

地层地震反应对地下结构的影响 隧道二班谭坤(07011227) 地震对地下工程影响的一般规律 地震对地下工程的影响规律总体上有以下的特点: 1) 地下结构的振动变形受周围地基土壤的约束作用显著,结构的动力反应 一般不明显表现出自振特性的影响。 2) 地下结构的振动形态受地震波入射方向的影响很大,地震波的入射方向 发生不大的变化,地下结构各点的变形和应力可以发生较大的变化,相位差别也 十分明显。但主要应变一般与地震加速度大小的联系不很明显,随埋深发生的变化也不很明显。 3) 地下结构地基的相互作用都对它的动力反应产生重要影响,对结构动力 反应起主要作用的因素是地基的运动特性,一般来说,结构形状的改变对动力反 应的影响相对较小,只引起量的变化。而地下结构的存在对周围地基震动的影响一般很小(指地下结构的尺寸相对于地震波长的比例较小的情况) 。 岩体隧道震害的形式主要有裂纹、剥落、底部隆起或倾斜,破坏程度主要取决于地震作用力方向及现场地质条件,一般发生于存在破碎带的地层中。 对于土体隧道,土体对地震的响应要明显强于岩体,所以隧道破坏的可能性 也更大。又由于土体隧道多用于城市地铁,车站较多,整体结构形式不均一,容易产生应力集中,使破坏多集中在车站上。 1) 并行隧道距离越小, 其地震内力反应越大, 当距离小于隧道断面外径D , 尤其是小于0. 5D 时, 抗震设计应给予足够的重视; 2) 地震引起的地基变形是影响盾构隧道地震反应的决定性因素, 因而在抗震设计时需要合理考虑盾构隧道应承受的地基变形, 因此相对于地震系数法, 反应位移法的设计思想更为合理; 3) 相对于目前广泛采用的设计基本地震加速度, 对地铁区间隧道等地下结构进行抗震分析及设计时采用地面峰值相对位移作为设计地震动参数更为合理。 上述结论是基于三类建筑场地条件得出的, 可供地铁盾构区间隧道等地下 结构抗震设计参考。对于其他场地条件, 还有待进一步研究。

基于Matlab求解建筑结构地震响应的时程分析法_孟宪萍 (1)

2008年第6期总第120期 福 建 建 筑 F u j i a nA r c h i t e c t u r e &C o n s t r u c t i o n N o 6·2008 V o l ·120 基于M a t l a b 求解建筑结构地震响应的时程分析法 孟宪萍 (开封市供水总公司 475004) 摘 要:本文基于m a t l a b 阐述了我国《建筑抗震设计规范》(G B 50011-2001)规定的求解建筑结构地震响应的时程分析法,应用m a t l a b 语言编制了时程分析法求解建筑结构地震响应的计算程序,并以一三层钢筋混凝土结构为工程算例,应用基于m a t l a b 的时程分析法进行结构的地震响应计算。结果表明,基于m a t l a b 的时程分析计算效率较高。关键词:M A T L A B 地震响应 时程分析法 中图分类号:T U 312+.1 文献标识码:A 文章编号:1004-6135(2008)06-0038-03 T h e t i m e -h i s t o r y m e t h o db a s e d o nm a t l a b o f r e s o l v i n g t h e e a r t h q u a k e r e s p o n s e o f t h e s t r u c t u r e s M e n g X i a n p i n g (K a i f e n g Wa t e r S u p p l y C o m p a n y 475004) A b s t r a c t :I nt h i s p a p e r ,t h e t i m e -h i s t o r y m e t h o dw h i c h i s m e n t i o n e d i n t h e c o d e f o r s e i s m i c d e s i g n o f b u i l d i n g s (G B 50011-2001)t o r e s o l v e t h e e a r t h q u a k e r e s p o n s e o f t h e s t r u c t u r e s i s d i s c u s s e d b a s e d o nm a t l a b .T h e c a l c u l a t i o np r o g r a m s o f t h et i m e -h i s t o r y m e t h o da r e w o r k e do u t u s i n g t h e l a n g u a g e m a t l a b .T a k i n g a t h r e es t o r y r e i n f o r c e d c o n c r e t e f r a m e s t r u c t u r e a s a ne x a m p l e ,t h e e a r t h q u a k e r e s p o n s e o f t h e s t r u c t u r e i s r e s o l v e d b y u s i n g t h e c a l c u l a t i o n p r o g r a m s o f t h e t i m e -h i s t o r y m e t h o d .T h e r e s u l t i n d i c a t e s t h a t T h e t i m e -h i s t o r y m e t h o d b a s e do n m a t l a bo f r e s o l v i n gt h e e a r t h q u a k e r e s p o n s e o f t h e s t r u c t u r e s i s e f f i c i e n t .K e y w o r d s : M A T L A B e a r t h q u a k e r e s p o n s e t i m e -h i s t o r y a n a l y s i s m e t h o d 作者简介:孟宪萍,女,1966年出生,主要从事建筑结构设 计及建筑咨询。 收稿日期:2008-03-25 1 引言 我国《建筑抗震设计规范》(G B 50011-2001)第5章对时程分析法的使用情况作出了规定。时程分析法又称为直接动力法或逐步积分法。采用时程分析法可以计算出结构在地震过程中每一瞬时的反应,可用来求解建筑结构的几何及物理线性与非线性动力响应。与经典的反应谱方法相比,有很多的优点,但是它也存在许多不足,主要有计算模型的合理选择困难;地震波输入的不确定性;在计算过程中要进行刚度矩阵等的不断修正,每一时刻的结果都受到此刻之前的结果的影响等,导致计算分析工作量较大。虽然目前在结构弹塑性时程分析时,结构动力增量微分方程已有较为成熟的算法以及相关的大型分析软件可以利用,但是其计算分析工作量仍然十分繁重,不但耗费机时,结果处理复杂,而且同计算者本身的经验和对结构在地震作用下的损伤形态和破坏顺序的 假定相关,这些都带有一定的主观性。但是随着计算机的普及,时程分析法正逐步被抗震规范接受。本文在详细阐述了时程分析法基本原理基础上,结合m a t -l a b 语言编制了时程分析法求解建筑结构地震响应的计算程序,并以一三层钢筋混凝土结构为例进行验证。 2 时程分析法基本原理 2.1 结构在地震作用下的动力微分方程 多自由度体系建筑结构在地震作用下的运动运动微分方程为 [M ]{x ·· }+[C ]{x · }+[K ]{x }=-[M ]{x ·· g } (1) 其中,[M ],[C ],[K ]分别为建筑结构质量、阻尼和刚度矩阵,{x ·· g }为地面运动加速度。2.2 建筑结构的计算模型 建筑结构计算模型一般应根据结构形式及构造特点、分析精度以及计算机容量等情况确定。用时程分析法求解时,由于计算工作量大,在尽量真实再现结构动力反应特点的前提下,尽可能对结构予以简化。对于传统的多层房屋结构,最简单且应用最广的模型是层间剪切模型,如图1所示,在这种模型中,房

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