時程分析方法課件

時程分析法概念

時程分析法是對結構物的運動微分方程直接進行逐步積分求解的一種動力分析方法。由時程分析可得到各質點隨時間變化的位移、速度和加速度動力反應，并進而可計算出構件內力的時程變化關系。由于此法是對運動方程直接求解，又稱直接動力分析法。直接動力分析包括確定性動力分析與非確定性動力分析兩大類，即確定性動力分析中的時程分析法與非確定性分析的隨機振動分析法，這里主要介紹時程分析法。

《抗震規(guī)范》規(guī)定，重要的工程結構，例如：大跨橋梁，特別不規(guī)則建筑、甲類建筑，高度超出規(guī)定范圍的高層建筑應采用時程分析法進行補充計算。時程分析法概念時程分析法是對結構物的運動1結構彈塑性時程分析方法的步驟

（1）按照建筑場址的場地條件、設防烈度、震中距遠近等因素，選取若干條具有不同特性的典型強震加速度時程曲線，作為設計用的地震波輸入；（2）根據(jù)結構體系的力學特性、地震反應內容要求以及計算機存儲量，建立合理的結構振動模型；（3）根據(jù)結構材料特性、構件類型和受力狀態(tài)，選擇恰當?shù)臉嫾謴土δＰ?，并確定相應線段的剛度數(shù)值；（4）建立結構在地震作用下的振動微分方程：（5）采用逐步積分法求解振動方程．求得結構地震反應的全過程。結構彈塑性時程分析方法的步驟（1）按照建2輸入地震動的選擇

《規(guī)范規(guī)定》：采用時程分析法時應按建筑場地類別和設計地震分組選用不少于二組的實際強震記錄和一組人工模擬的加速度時程曲線，其平均地震影響系數(shù)曲線應與振型分解反應譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計意義上相符，其加速度時程的最大值可按規(guī)范給出的相應值，彈性時程分析時，每條時程曲線計算所得結構底部剪力不應小于振型分解反應譜法計算結果的65%多條時程曲線計算所得結構底部剪力的平均值不應小于振型分解反應譜法計算結果的80%。輸入地震動的選擇《規(guī)范規(guī)定》：采用時程分析法時應3輸入地震動選擇《2008橋梁抗震規(guī)范》：時程分析的最終結果，當采用3組時程波計算時，應取3組計算結果的最大值;當采用7組時程波計算時，可取7組計算結果的平均值。在E1地震作用下，線性時程的計算結果不應小于反應譜計算結果的80%。輸入地震動選擇《2008橋梁抗震規(guī)范》：時程分析的最終結果，4輸入地震動的選擇

輸入地震動分為三種類型：1)擬建場地的實際強震記錄；2)典型的強震記錄；3)人工模擬地震波。

輸人的地震波，應優(yōu)先選取與建筑所在場地的地震地質環(huán)境相近似場地上所取得的實際強震記錄(加速度時程曲線)。所選用的強震記錄的卓越周期應接近于建筑所在場地的自振周期，其峰值加速度宜大于100gal。此外，波的性質還應與建筑場地所需考慮的震中距相對應。－《美國規(guī)范》規(guī)定最好的辦法是？數(shù)量、頻譜、強度、持時全方位考慮！輸入地震動的選擇輸入地震動分為三種類型：1)擬建5輸入地震動的選擇

地震動輸入對結構的地震反應影響非常大。目前的現(xiàn)狀是，輸入地震動的選擇大多選擇為數(shù)不多的幾條典型記錄（如：1940年的ElCentro（NS）記錄或1952年的Taft記錄），國內外進行結構時程分析時所經(jīng)常采用的幾條實際強震記錄主要有適用于I類場地的灤河波、適用于II、III類場地的El-Centrol波(1940，N-S)和Taft波（1952，E-w）、適用于IV類場地的寧河波等。輸入地震動的選擇地震動輸入對結構的地6結構時程分析的計算模型

結構分析時均要根據(jù)結構形式、構造、受力特點、計算機容量、要求的精度等各種因素，選擇既能較真實地描述結構中力－變形性質，又能使用簡便的力學計算模型。這里將介紹最常用的層模型、桿模型以及有限元模型。結構時程分析的計算模型結構分析時均要7層模型

視結構為懸臂桿。將結構質量集中于各樓層處，合并整個結構的豎向承重構件成一根豎向桿。用結構每層的側移剛度代表豎向桿剛度，形成一底部嵌固的串聯(lián)質點系模型即稱為層模型。層模型取層為基本計算單元。采用層恢復力模型以表征地震過程中層剛度隨層剪力的變化關系。層模型的基本假定：（1）建筑各層樓板在其自身平面內剛度無窮大，水平地震作用下同層各豎向構件側向位移相同；（2）建筑剛度中心與其質量中心重合，水平地震作用下無繞豎軸扭轉發(fā)生。根據(jù)結構側向變形狀況不同，層模型可分為三類．即剪切型、彎曲型與剪彎型，如圖所示，若結構側向變形主要為層間剪切變形（如強梁弱柱型框架等)，則為剪切型，若結構側向變形以彎曲變形為主（加剪力墻結構等），則為彎曲型；若結構側向變形為剪切變形與彎曲變形綜合而成（如框剪結構、強柱弱梁框架等），則為剪彎型。層模型視結構為懸臂桿。將結構質量集8層模型

利用層模型則可確定結構的層間剪力與層間側移。工程實踐中，層模型主要被用于檢驗結構在罕遇地震作用下的薄弱層位置及層間側移是否超過允許值，并校核層剪力是否超過結構的層極限承載力。層模型利用層模型則可確定結構的層間剪力與層9桿系模型

視結構為桿件體系。取梁、柱等桿件為基本計算單元。將結構質量集中于各結點．即構成桿系模型，如下圖所示。

桿系模型視結構為桿件體系。取梁、柱等桿件為10桿系模型

桿系模型采用桿件恢復力模型以表征地震過程中桿單元剛度隨內力的變化關系，可方便考慮彈塑性階段桿單元剛度沿桿長的變化。根據(jù)建立單元剛度矩陣時是否考慮桿單元剛度沿桿長的變化，已提出了兩類桿單元剛度計算模型：集中剛度模型、分布剛度模型。集中剛度模型將桿件塑性變形集中于桿端一點處來建立單元剛度矩陣，不考慮彈塑性階段桿單元剛度沿桿長的變化。分布剛度模型則考慮彈塑性階段桿單元剛度沿桿長的變化，按變剛度桿建立彈塑性階段桿單元剛度矩陣。桿系模型桿系模型采用桿件恢復力模型以表11有限元模型

將建筑結構離散為層間模型或桿系模型，當然可以看成是有限元模型。由于這兩種模型都使用了樓蓋平面內剛度無限大的假定，樓層基本自由度數(shù)目大大減小，使問題得以簡化，有利于提高計算效率。但是，對彈性樓板問題、多塔樓問題、柔性樓蓋問題，不能繼續(xù)沿用這一假定。使用桿元、板(殼)元、體元、索元、接觸單元等建立的結構計算模型，適合于更為復雜的結構構造，這種模型叫做有限元模型。因為單元劃分尺度可以根據(jù)結構受力工作狀態(tài)確定，這種模型適合于復雜的結構情況，對一維、二維和三維問題都是有效的。為減小自由度，提高計算速度，也可以在局部(如轉換層部位、結構構造復雜部位)使用劃分較細的有限元，在一般部位使用桿系模型，比如使用樓蓋分塊剛度無限大的假定建立的模型。有限元模型將建筑結構離散為層間模型或桿系模12構件恢復力模型

形式很多：如，雙線型模型、三線型模型、退化二線型等、退化三線型等，恢復力模型由兩部分組成包括：骨架曲線（各次滯回曲線峰值點的聯(lián)系）和滯回規(guī)則。構件恢復力模型形式很多：如，雙線型模型、三線型13數(shù)值積分法

可以用迭代法和增量法進行處理！由于迭代法不能不適合于動態(tài)問題和性態(tài)與加載路徑有關的材料，且不能描述加載全過程，因此在地震反應分析中主要應用的是增量法。用增量法求解地震反應方程有多種，如：中點加速度法、線性加速度法、威爾遜－

法(Wilson－

)法、紐馬克－

(N