建筑結(jié)構(gòu)抗震原理-單自由度水平地震作用

工程抗震震原理PrinciplesofSeismicEngineering土木工程程專業(yè)本本科專業(yè)業(yè)課主要內(nèi)容容工程結(jié)構(gòu)構(gòu)抗震原原理2/322第一章工程抗震基礎(chǔ)礎(chǔ)知識第二章場地與地地基基礎(chǔ)礎(chǔ)抗震原理第三章建建筑結(jié)構(gòu)抗震原理理第六章橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)抗震原理第七章工程結(jié)構(gòu)構(gòu)減震控控制原理第三章建建筑結(jié)結(jié)構(gòu)抗震原理§1概述§2單自由度度體系地地震反應(yīng)應(yīng)分析§3單自由度度體系水水平地震震作用§4多自由度度體系地地震反應(yīng)應(yīng)分析§5地震分析析振型分分解反應(yīng)應(yīng)譜法§6水平地震震作用的的底部剪剪力法§7考慮扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的水平平地震作作用§8結(jié)構(gòu)豎向地震震作用§9建筑結(jié)構(gòu)抗震震驗算§10結(jié)構(gòu)自振振周期和和頻率的的實用計計算方法法§11工程結(jié)構(gòu)構(gòu)地震反反應(yīng)的時時程分析析方法§12地基與結(jié)結(jié)構(gòu)動力力相互作作用效應(yīng)應(yīng)§3單自由度度體系水平地震震作用為了進行行工程結(jié)結(jié)構(gòu)的抗抗震設(shè)計計，必須須首先求求得地震震作用下下工程結(jié)結(jié)構(gòu)各構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力。目前，求求解工程程結(jié)構(gòu)在在地震作作用下構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力力的方法法主要有有兩種：：第一種方方法是根根據(jù)工程程結(jié)構(gòu)在在地震作作用下的的位移反反應(yīng)，利用剛度度方程，，直接求求解內(nèi)力力，這時要要求結(jié)構(gòu)構(gòu)體系的的動力學(xué)學(xué)模型比比較精確確，所選選的地面面運動時時程曲線線有很好好的代表表性；§3單自由度度體系水平地震震作用第二種方方法是根據(jù)地震作用用下工程程結(jié)構(gòu)的的最大加速速度反應(yīng)應(yīng)，求出該該結(jié)構(gòu)體體系的最大慣性性力，將此慣性力力視為一種反反映地震影響響的等效荷載，即地震作用，再進行結(jié)構(gòu)構(gòu)的靜力計算算，求出各構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力，，進行抗震驗驗算，從而使使結(jié)構(gòu)抗震計計算的動力問題轉(zhuǎn)化化為相當于靜靜力荷載作用用下的靜力計計算問題，可稱之為“動靜法”。我國現(xiàn)行抗震設(shè)計規(guī)范范對于一般的的工程結(jié)構(gòu)采采用了第二種方法?！?單自由度體系水平地震作用用3.1單自由度體系系水平地震作作用對于單自由度度彈性體系，，通常把慣性性力看作是一一種反映地震震地面運動對對結(jié)構(gòu)體系影影響的等效力力，用以對結(jié)構(gòu)進行抗抗震驗算。已知結(jié)構(gòu)的自自振周期T和阻尼比ξ時，對于特定定的水平向地地震地面運動動，結(jié)構(gòu)所受的的最大水平地震作用用F為：§3單自由度體系水平地震作用用式中，m—單自由度體體系的質(zhì)量；；G—體系的重量(力)，G=mg，g為重力加速度度；β—動力系數(shù)，，是體系的最大大絕對加速度反應(yīng)與與地震地面運運動最大加速速度的比值，，表示由于動力力效應(yīng)，體系最大絕對加速速度比地面運運動最大加速速度的放大倍數(shù)。k—地震系數(shù)，是地震地面運動動最大加速度度與重力加速度的的比值，即α—水平地震影響響系數(shù)，是地震系數(shù)數(shù)與動力系數(shù)數(shù)的乘積，即§3單自由度體系水平地震作用用與最大絕對加加速度反應(yīng)譜譜Sa(T,ξ)一樣，對于給給定的地震加加速度記錄以及具有相同的結(jié)構(gòu)阻阻尼比ξ值，可以計算算出對應(yīng)不同的結(jié)構(gòu)自振振周期T的動力系數(shù)β值。用動力系數(shù)β作縱坐標，以體系系的自振周期期T作橫坐標，可可以繪制出一一條β－T曲線，稱為動力系數(shù)反應(yīng)應(yīng)譜曲線或β譜曲線。對于給定的地地震記錄，其其最大加速度度是個常數(shù)，所所以β譜曲線是形狀與（擬）加速度度反應(yīng)譜Sa曲線的形狀完全一致致，只是縱坐標標值不同，β譜值比Sa譜值縮小了倍?！?單自由度體系水平地震作用用同樣，水平地震影響響系數(shù)反應(yīng)或或α譜曲線的形狀與（擬）加速度反應(yīng)譜譜Sa曲線的形狀也完全全一致，只是是α譜值比Sa譜值縮小了g倍?！?單自由度體系水平地震作用用3.2設(shè)計反應(yīng)譜地震動是一個個隨機過程，即使在在同一地點具具有相同的地地面運動強度度，兩次地震震中所記錄的的地面運動加加速度時程曲曲線也有很大大差別。采用不同的地面運運動加速度時時程曲線可以以算得不同的的反應(yīng)曲線，，雖然它們之之間存在某些些共同特性，，但也存在很多差異。在進行工程結(jié)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計計時，無法預(yù)測該結(jié)構(gòu)將會遭遇到怎樣的地震地面運動作用用。僅用某一次地地震記錄的一一條加速度時時程曲線所得得到的反應(yīng)譜譜曲線作為設(shè)設(shè)計依據(jù)，來計算地震震作用是不恰恰當?shù)?。?單自由度體系水平地震作用用而且，依據(jù)一一條地面運動動加速度時程程曲線所繪制制的反應(yīng)譜曲曲線波動起伏伏頻繁，也很很難在實際抗抗震設(shè)計中應(yīng)應(yīng)用。因此，必須根根據(jù)強震時在在同一類場地上上得到的地面運運動加速度時時程，分別計計算出其反應(yīng)譜曲線；；然后將這些些譜曲線進行統(tǒng)計分析析，求出其中最最有代表性的的平均反應(yīng)譜譜曲線，再對對其進行平滑滑化處理，使使其能用幾個個簡單的數(shù)學(xué)學(xué)表達式來表表示其變化，作為抗抗震設(shè)計的依依據(jù)，稱這樣樣的譜曲線為為設(shè)計反應(yīng)譜。通常設(shè)計反應(yīng)應(yīng)譜采用動力力系數(shù)β譜或地震影響響系數(shù)α譜。§3單自由度體系水平地震作用用《建筑抗震設(shè)計計規(guī)范》給出的水平平向設(shè)計反應(yīng)應(yīng)譜曲線如下圖所示，采用地震影響響系數(shù)α譜曲線的形式；依據(jù)據(jù)不同的場地地條件和地震震環(huán)境，設(shè)計計反應(yīng)譜曲線線分為9條。§3單自由度體系水平地震作用用圖中的特征周周期Tg按下表取值對應(yīng)于阻尼比ξ=0.05的水平地震影影響系數(shù)最大大值αmax按下表取值：設(shè)計地震分組場

地類

別Ⅰ0ⅠⅡⅢⅣ第一組0.200.250.350.450.65第二組0.250.300.400.550.75第三組0.300.350.450.650.90抗震設(shè)防烈度6789設(shè)計基本地震加速度值

(g)0.050.100.150.200.300.40地面地震動峰值加速度

αmax分區(qū)(g)0.050.100.150.200.300.400.04~0.090.09~0.140.14~0.190.19~0.280.28~0.380.38αmax多遇地震(小震)0.040.080.120.160.240.32基本烈度地震0.120.230.340.450.680.90罕遇地震(大震）—0.500.720.901.201.40§3單自由度體系水平地震作用用因此，在應(yīng)用用《建筑抗震震設(shè)計規(guī)范》》時，各抗震震設(shè)防烈度的設(shè)計基本地震加速速度值采用《中國地震動參參數(shù)區(qū)劃圖》給出的地面面地震動峰值值加速度分區(qū)區(qū)值，其關(guān)系如下表所示?？拐鹪O(shè)防烈度6789設(shè)計基本地震加速度值

(g)0.050.100.150.200.300.40地面地震動峰值加速度

αmax分區(qū)(g)0.050.100.150.200.300.400.04~0.090.09~0.140.14~0.190.19~0.280.28~0.380.38αmax多遇地震(小震)0.040.080.120.160.240.32基本烈度地震0.120.230.340.450.680.90罕遇地震(大震）—0.500.720.901.201.40§3單自由度體系水平地震作用用《中國地震動動參數(shù)區(qū)劃圖圖》以50年超越概率10%的地面地震動動峰值加速度度為區(qū)劃指標標，分為7個等級，不再再采用地震烈烈度概念。§3單自由度體系水平地震作用用采用特征周期Tg考慮同一加速速度分區(qū)范圍圍內(nèi)或同一地地震烈度情況況下地震震級大小小、遠近對加速度反應(yīng)應(yīng)譜形狀的影影響，大震、遠震的的加速度反應(yīng)應(yīng)譜向長周期期一側(cè)延伸，，第一組表示示小震、近震震的影響，第第三組表示大大震、遠震的的影響?！?單自由度體系水平地震作