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【专业知识】消能减震结构地震作用效应计算采用哪些方法
【学员问题】消能减震结构地震作用效应计算采用哪些方法？
【解答】1、当消能减震建筑主体结构处于弹性工作状态，且消能器处于线性工作状
态时，可采用振型分解反应谱法、线性时程分析法。
2、当消能减震建筑主体结构处于弹性工作状态，且消能器处于非线性工作状态时，
可将消能器进行等效线性化，采用附加等效阻尼比和等效刚度的振型分解反应谱法、
线性时程分析法；也可采用弹塑性时程分析法。
3、当消能减震建筑主体结构进入弹塑性状态时，应采用静力弹塑性分析方法或弹塑性时程分析方法。
注：在线性时程分析和弹塑性时程分析中，消能减震结构的恢复力模型应包括结构
恢复力模型和消能部件的恢复力模型。
4、采用振型分解反应谱法分析时，宜采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算，
当取三组加速度度时程曲线输入时，计算结构宜取时程分析法的包络值和振型分解
反应谱法的较大值；当取7组及7组以上的时程曲线时，计算结果可取时程分析法
的平均值和振型分解反应谱法的较大值。
5、采用时程分析法分析时，应按建筑场地类别和设计地震分组选实际强震记录和人
工模拟的加速度时程曲线，其中实际强震记录的数量不应少于总数的2/3，多组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在
统计意义上相符，其加速度时程的最大值可按规定采用。弹性时程分析时，每条时
第五章 横向地震作用下框架结构的位移和内力 5.1横向框架自振周期的计算 结构自震周期采用经验公式： 552.08.159.22035.022.0035.022.03 1=?+=?+=B H T s 5.2水平地震作用及楼层地震剪力的计算. 本办公楼楼的高度不超过40m ，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切变形为主，故可采用底部剪力法计算用。 结构等效总重力荷载为： kN 39485) 8259482825066(85.085.0eq =+?+?==∑i G G 兰州市，抗震设防烈度8度，设计基本地震加速度0.10g ，多遇地震下 08.0max =α。设计地震分组第一组，二类场地，场地特征周期为0.35s 053 .008 .01)55 .0035( )( 9 .0max 2g 1=??==αηαγT T 结构总水平地震作用标准值： kN 213839485 053.0eq 1Ek =?==G F α 因为：s 53.01=T >s 49.035.04.14.1g =?=T ，所以应考虑顶部附加水平地震作用。又因为：s 35.0g =T ≤0.35s ，故顶部附加地震作用系数为： 1142.007 .055.008.007.008.016=+?=+=T δ 顶部附加水平地震作用为： kN 24221381142.0Ek 66=?==?F F δ 各质点横向水平地震作用按下式计算：
()6Ek 6 1 1δ-= ∑=F H G H G F j j j i i i (=i 1，2， (6) 地震作用下各楼层水平地震层间剪力为： ∑==n i j j i F V (i ＝1，2， (6) 各质点的横向水平地震作用及楼层地震剪力计算见表12。 表5—1 楼层地震剪力计算表 图5-1水平地震作用分布图 图5-2楼层地震剪力剪力分布图
第8章 水平地震作用下的内力和位移计算 8.1 重力荷载代表值计算 顶层重力荷载代表值包括：屋面恒载：纵、横梁自重，半层柱自重，女儿墙自重，半层墙体自重。其他层重力荷载代表值包括：楼面恒载，50%楼面活荷载，纵、横梁自重，楼面上、下各半层柱及纵、横墙体自重。 8.1.1第五层重力荷载代表值计算 层高H=3.9m ，屋面板厚h=120mm 8.1.1.1 半层柱自重 （b ×h=500mm ×500mm ）:4×25×0.5×0.5×3.9/2=48.75KN 柱自重：48.75KN 8.1.1.2 屋面梁自重 ()()kN m m m kN m m m kN m m m kN 16.1472 )25.06.6(/495.145.06.616.3)3.03(/495.123.06.7/16.3=?-?+?-?+ +?+?-? 屋面梁自重：147.16KN 8.1.1.3 半层墙自重 顶层无窗墙（190厚）：()KN 25.316.66.029.3202.02019.025.14=??? ? ??-???+? 带窗墙（190厚）： ()()KN 98.82345.002.02019.025.1428.15.16.66.029.3202.02019.025.14=??? ??? ???????-?+???-???? ??-???+? 墙自重：114.23 KN 女儿墙：()KN 04.376.66.1202.02019.025.14=????+? 8.1.1.4 屋面板自重 kN m m m m kN 78.780)326.7(6.6/5.62=+???
8.1.1.5 第五层重量 48.75+147.16+114.23+37.04+780.78=1127.96 KN 8.1.1.6 顶层重力荷载代表值 G 5 =1127.96 KN 8.1.2 第二至四层重力荷载代表值计算 层高H=3.9m ，楼面板厚h=100mm 8.1.2.1半层柱自重：同第五层，为48.75 KN 则整层为48.75×2=97.5 KN 8.1.2.2 楼面梁自重： ()()kN m m m kN m m m kN m m m kN 3.1542)25.06.6(/6.145.06.63.3)3.03(/6.123.06.7/3.3=?-?+?-?+ +?+?-? 8.1.2.3半墙自重：同第五层，为27.66KN 则整层为2×27.66×4=221.28 KN 8.1.2.4楼面板自重：4×6.6×（7.6+3+7.6）=480.48 KN 8.1.2.5第二至四层各层重量=97.5+154.3+221.28+480.48=953.56 KN 8.1.2.6第二至四层各层重力荷载代表值为： ()KN G 61.111336.65.326.76.65.2%5056.9534-2=??+????+= 活载:Q 2-4=KN 05.160%5036.65.326.76.65.2=???+???）（ 8.1.3 第一层重力荷载代表值计算 层高H=4.2m ，柱高H 2=4.2+0.45+0.55=5.2m ，楼面板厚h=100mm 8.1.3.1半层柱自重： （b ×h=500mm ×500mm ）:4×25×0.5×0.5×5.2/2=65 KN 则柱自重：65+48.75=113.75 KN 8.1.3.2楼面梁自重：同第2层，为154.3 KN 8.1.3.3半层墙自重（190mm ）： ()()KN 14.3145.002.02019.025.142 8 .15.16.66.02 2.4202.02019.025.14=-?+???-??? ? ??-???+? 二层半墙自重（190mm ）：27.66 KN 则墙自重为：（31.14+27.66）×4=235.2 KN
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。
结构消能减震技术 1、结构消能减震的基本概念 地震发生时地面震动引起结构物的震动反应，地面地震能量向结构物输入。结构物接收了大量的地震能量，必然要进行能量转换或消耗才能最后终止震动反应。 消能减震技术是将结构的某些构件设计成消能构件，或在结构的某些部位装设消能装置。在风或小震作用时，这些消能构件或消能装置具有足够的初始刚度，处于弹性状态，结构具有足够的侧向刚度以满足正常使用要求；当出现大风或大震作用时，随着结构侧向变形的增大，消能构件或消能装置率先进入非弹性状态，产生较大阻尼，大量消耗输入结构的地震或风振能量，使主体结构避免出现明显的非弹性状态，且迅速衰减结构的地震或风振反
应（位移、速度、加速 度等），保护主体结构及构件在强地震或大风中免遭破坏或倒塌，达到减震抗震的目的。消能部件（消能构件或消能装置及其连接件）按照不同“构件型式”分为消能支撑、消能剪力墙、消能支承或悬吊构件、消能节点、消能连接等。消能部件中的消能器（又称阻尼器）分为速度相关型如黏滞流体阻尼器、黏弹性阻尼器、黏滞阻尼墙、黏弹性阻尼墙；位移相关型如金属屈服型阻尼器、摩擦阻尼器等，和其它类型如调频质量阻尼器（TMD）、调频液体阻尼器（TLD）等。采用消能减震技术的结构体系与传统抗震结构体系相比，具有大震安全性、经济性和技术合理性。 技术指标：建筑结构消能减震设计方案，应根据建筑抗震设防类别、抗震设防
烈度、场地条件、建筑结构方案和建筑使用要求，与采用抗震设计的设计方案进行技术、经济 可行性的对比分析后确定。采用消能减震技术结构体系的计算分析应依据《建筑抗震设计规范》GB50011 进行，设计安装做法应遵循国家建筑标准设计图集《建筑结构消能减震(振)设计》09SG610-2，其产品应符合《建筑消能阻尼器》JG/T209 的规定。 适用范围：消能减震技术主要应用于高层建筑，高耸塔架，大跨度桥梁，柔性管道、管线(生命线工程)，既有建筑的抗震(或抗风)性能的改善等。 传统抗震结构体系，容许结构及承重构件(柱、粱、节点等)在地震中出现损坏结构及承重构件地震中的损坏过程，就是
57 6 水平地震作用下横向框架的内力分析（以A4~D4榀框架为例） 6.1 楼层剪力 由表4.5.9得水平地震作用下横向框架各楼层剪力如表6.1.1所示。 6.2 各柱抗侧刚度D 由表4.5.7得各柱抗侧刚度如表6.2.1所示。 46.3 各层各柱剪力的计算 由D 值法， j ji ji V D D V ∑= 各层各柱剪力的计算如表6.3.1所示。 表6.3.1 各层各柱剪力的计算 单位：kN
58 6.4 各层各柱反弯点高度的计算 由D 值法，查表得出各层各柱反弯点高度的计算如表6.4.1所示。 表6.4.1 各层各柱反弯点高度的计算 6.5 柱端弯矩的计算 _ ji l C V M y =， ) (V M _ ji u C y h i -= ， y h y i =_ 。各层各柱柱端弯矩计算如表6.5.1所示。
59 表6.5.1 水平地震作用下柱端弯矩计算 单位：m 、kN 、m kN . 6.6 梁端弯矩的计算 由节点平衡条件，*()l l u l b b c c l r b b i M M M i i =++，*()r r u l b b c c l r b b i M M M i i =++，式中M 、 M b r 、M b l 为节点处的梁端的弯矩，M c u 、M c l 为节点处柱上下端弯矩，i b r 、i b l 为节点处左右梁的线刚度。以各个梁为脱离体，将梁的左右端弯矩之和除以该梁的跨长，便得到梁内的剪力，计算过程如表6.6.1所示。
kN.表6.6.1 水平地震作用下梁端弯矩计算单位：m 6.7 绘制水平地震作用下A4~D4榀框架的弯矩图 如图6.7所示。 6.8 绘制水平地震作用下A4~D4榀框架的剪力图 如图6.8所示。 6.9 绘制水平地震作用下A4~D4榀框架的轴力图 如图6.9所示。 60
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)
6 地震作用下框架内力和侧移计算 6.1刚度比计算 刚度比是指结构竖向不同楼层的侧向刚度的比值。为限制结构竖向布置的不规则性，避免结构刚度沿竖向突变，形成薄弱层。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第3.4.2条规定：抗侧力构件的平面布置宜规则对称、侧向刚度沿竖向宜均匀变化、竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小、避免侧向刚度和承载力突变。 根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.5.2条规定：对框架结构，楼层与其相邻上层的侧向刚度比计的比值不宜小于0.7，且与相邻上部三层刚度平均值的比值不宜小于0.8。计算刚度比时，要假设楼板在平面内刚度无限大，即刚性楼板假定。 7.0939.0/1136076/10669082 11 >== = ∑∑mm N mm N D D γ，满足规范要求； ()8.0939.0/113607611360761136076/1066908334 321 2>=++?=++=∑∑∑∑mm N mm N D D D D γ，满 足规范要求。 依据上述计算结果可知：刚度比满足要求，所以无竖向突变，无薄弱层，结构竖向规则，故可不考虑竖向地震作用。将上述不同情况下同层框架柱侧移刚度相加，框架各层层间侧移刚度∑i D ，见表6-4。 表5-4框架各层层间侧移刚度 楼层 1层 2层 3层 4层 5层 6层 突出屋面层 ∑i D 1066908 1136076 1136076 1136076 1136076 1136076 258396 6.2水平地震作用下的侧移计算 根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）附录C 中第C.0.2条可知：对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构、框架剪力墙结构和剪力墙结构，其基本周期可按公式6-1计算。 T T T μψ7.11= (6-1) 式中:1T ——框架的基本自振周期； T μ——计算结构基本自振周期的结构顶点假想位移，单位为m ； T ψ——基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数。
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。?
八地震作用内力计算 （一）重力荷载代表值计算 1．屋面雪荷载标准值 Q sk=0.65×[7.8×6×(7.2×2+3.0)+3.9×(3.0+7.2)+7.8×7.2×2+10.1× 3.9+3.9×7.2]=0.65×1034=787kN 2．楼面活荷载标准值 Q1k=Q2k=2.5×[3.0×7.8×6+3.9×(3.0+7.2)+3.9×(7.2×3+10.1) +3.9× 7.2]+2.0×(7.8×7.2×12+3.9×7.2 +7.8×10.1)=2.5×332+2.0×781=2397kN Q3k=Q4k=2.5×332+2.0×(7.8×7.2×12+3.9×7.2)=2.5×332+2.0×702=2239kN 3．屋盖、楼盖自重 G5k=25×{1034×0.1+0.2×(0.6-0.1)×(7.2×12+3.9×2)+0.3×(0.8-0.1)×[3.9+(3.9×3+7.8×6)×2+(7.8×6+3.9)×2+3.9×3)+(7.2×5+10.1×2+(7.2 ×2+3.0)×7+3.0+7.2)]}+( 20×0.02+7×(0.08+0.16)/2+17×0.02)×1034=25 ×201.48+1.58×1034=6666kN G4k=25×201.48+(20×0.02+17×0.02+0.65)×1034=6470kN G1k=G2k=25×{(332+781)×0.1+0.2×(0.6-0.1)×(7.2×12+3.9×2+7.8×2) +0.3×(0.8-0.1)×[(3.9+(3.9×3+7.8×6)×2+(7.8×6+3.9)×2+3.9× 3)+(7.2×5+10.1×2+(7.2×2+3.0)×7+3.0+7.2)+10.1+7.8]}+ (20×0.02+17 ×0.02+0.65)×(332+781)=25×214.70+1.39×1113=6871kN 4．女儿墙自重 G’=1.0×[(3.9×3+7.8×6+3.9)×2+(10.1+7.2+3.0+7.2)×2]×(18×0.24+17 ×0.02×2)=179.8×4.66=835kN 5．三～五层墙柱等自重 柱自重 (0.6×0.6×3.6×25+4×0.6×3.6×0.02×17)×39=1378kN 门面积 2.6×1.0×25=65m2 窗面积 2.3×1.8×24+10.1×1.8×2=136m2 门窗自重 65×0.2+136×0.4=67kN 墙体自重 {3.6×[7.8×24+7.2×14+3.9×2+8.7+3.9×2+(7.8+7.2)×2+3.9× 2+4.2×2+10.1×2]-(136+65)}×0.24×18=(3.6×378.4-201)×4.32=5017kN 小计6462kN 6．二层墙柱等自重
弹簧减震器结构图解 独立悬架与非独立悬架示意图 a. 独立悬架 b. 非独立悬架 独立悬架如图所示，其两侧车轮安装于断开式车桥上，两侧车轮分别独立地与车架（或车身）弹性地连接，当一侧车轮受冲击，其运动不直接影响到另一侧车轮。非独立悬架如图所示。其两侧车轮安装于一整体式车桥上，当一侧车轮受冲击力时会直接影响到另一侧车轮上。 钢板弹簧 1-卷耳2-弹簧夹3-钢板弹簧4-中心螺栓 钢板弹簧可分为对称式钢板弹簧和非对称式钢板弹簧，对称式钢板弹簧其中心螺栓到两端卷耳中心的距离相等如图(a)，不等的则为非对称式钢板弹簧如图（b）。钢板弹簧在载荷作用下变形，各片之间因相对滑动而产生摩擦，可促使车
架的振动衰减，起到减振器的作用。 扭杆弹簧 扭杆弹簧一般用铬钒合金弹簧钢制成。一端固定在车架上，另一端上的摆臂2与车轮相连。当车轮跳动时，摆臂绕扭杆轴线摆动，使扭杆产生扭转弹性变形，从而使车轮与车架的联接成为弹性联接。 空气弹簧 空气弹簧主要用橡胶件作为密闭容器，它分为囊式和膜式两种，工作气压为0.5～1Mpa。这种弹簧随着载荷的增加，容器内压缩空气压力升高，使其弹簧刚度也随之增加，载荷减少，弹簧刚度也随空气压力减少而下降，具有有理想的变刚度弹性特性。 油气弹簧简图
油气弹簧以气体（化学性质不太活泼的气体－氮）作为弹性介质，用油液作为传力介质。简单的油气弹簧（如图4-62(a)所示）不带油气隔膜。目前，这种弹簧多用于重型汽车，在部分轿车上也有采用的。 1-活塞杆2-工作缸筒3-活塞4-伸张阀5-储油缸 筒6-压缩阀7-补偿阀8-流通阀9-导向座-10-防 尘罩11-油封 横向稳定器的安装
单质点地震作用计算的计算方法 所谓单质点弹性体质，是指可以将结构参与振动的全部质量集中于一点，用无重量的弹性直杆支承于地面上的结构．例如水塔、单层房屋等建筑物，由于它们的质量大部分集中于结构的顶部，所以通常将这些结构简化成单质点体系．目前，计算弹性体系的反应时，一般假定地基不产生转动，而把地基的运动分解为一个竖向和两个水平向的分量，然后分别计算这些运动分量对结构的影响． 主要内容：1．单自由度弹性体系地震反应分析，主要是运动方程解的一般形式及水平地震作用的基本公式及计算方法。 2．计算水平地震作用关键在于求出地震系数k和动力系数β。 一、地震概述 地震是一种地质现象，就是人们常说的地动，它主要是由于地球的内力作用而产生的一种地壳振动现象。据统计，地球上每年约有15万次以上或大或小的地震。人们能感觉到的地震平均每年达三千次，具有很大破坏性的达100次。每次中等程度的地震就会造成重大损失和人员伤亡，研究地震的危害和抗震的方法极有必要，目前已经研究到了多质点体系地震作用和整体结构的地震作用，但这些研究都离不开单质点地震作用的计算，我们组准备理论研究并在现有的计算基础上做一点拓展。 二.地震危害直接 2005年2月15日新疆乌什发生6.2级地震，经济损失达15757.43万元，主要是土木结构的房屋破坏严重。近期，云南普洱发生严重的地震，震中位于人口稠密的县城，造成严重的财产损失和人员伤亡。目前，因灾受伤群众为３００余人，其中３人死亡。全县各乡（镇）房屋受损严重，土木结构房屋墙体倒塌较多，砖混结构房屋普遍出现墙体开裂，承重柱移位。作为将来的结构工程师，抗震是我们拦路虎，必须加以重视，那我们先从基础理论着手。 三、单质点弹性体系的地震反应 目前，我国和其他许多国家的抗震设计规范都采用反应谱理论来确定地震作用。这种计算理论是根据地震时地面运动的实测纪录，通过计算分析所绘制的加速度（在计算中通常采用加速度相对值）反应谱曲线为依据的。所谓加速度反应谱曲线，就是单质点弹性体系在一定地震作用下，最大反应加速度与体系自振周期的函数曲线。如果已知体系的自振周期，那么利用加速度反应谱曲线或相应公式就可以很方便地确定体系的反应加速度，进而求出地震作用。 应用反应谱理论不仅可以解决单质点体系的地震反应计算问题，而且，在一定假设条件下，通过振型组合的方法还可以计算多质点体系的地震反应。 1．运动方程的建立 为了研究单质点弹性体系的地震反应，我们首先建立体系在地震作用下的运动方程。图2-1表示单质点弹性体系的计算简图。
结构消能减震技术 1、结构消能减震得基本概念 地震发生时地面震动引起结构物得震动反应,地面地震能量向结构物输入。结构物接收了大量得地震能量,必然要进行能量转换或消耗才能最后终止震动反应。 消能减震技术就是将结构得某些构件设计成消能构件,或在结构得某些部位装设消能装置。在风或小震作用时,这些消能构件或消能装置具有足够得初始刚度,处于弹性状态,结构具有足够得侧向刚度以满足正常使用要求;当出现大风或大震作用时,随着结构侧向变形得增大,消能构件或消能装置率先进入非弹性状态,产生较大阻尼,大量消耗输入结构得地震或风振能量,使主体结构避免出现明显得非弹性状态,且迅速衰减结构得地震或风振反应(位移、速度、加
速度等),保护主体结构及构件在强地震或大风中免遭破坏或倒塌,达到减震抗震得目得。消能部件(消能构件或消能装置及其连接件)按照不同“构件型式”分为消能支撑、消能剪力墙、消能支承或悬吊构件、消能节点、消能连接等。消能部件中得消能器(又称阻尼器)分为速度相关型如黏滞流体阻尼器、黏弹性阻尼器、黏滞阻尼墙、黏弹性阻尼墙;位移相关型如金属屈服型阻尼器、摩擦阻尼器等,与其它类型如调频质量阻尼器(TMD)、调频液体阻尼器(TLD)等。采用消能减震技术得结构体系与传统抗震结构体系相比,具有大震安全性、经济性与技术合理性。 技术指标:建筑结构消能减震设计方案,应根据建筑抗震设防类别、抗震设防烈度、场地条件、建筑结构方案与建筑使用要求,
与采用抗震设计得设计方案进行技术、经济可行性得对比分析后确定。采用消能减震技术结构体系得计算分析应依据《建筑抗震设计规范》GB50011 进行,设计安装做法应遵循国家建筑标准设计图集《建筑结构消能减震(振)设计》09SG610-2,其产品应符合《建筑消能阻尼器》JG/T209 得规定。 适用范围:消能减震技术主要应用于高层建筑,高耸塔架,大跨度桥梁,柔性管道、管线(生命线工程),既有建筑得抗震(或抗风)性能得改善等。 传统抗震结构体系,容许结构及承重构件(柱、粱、节点等)在地震中出现损坏结构及承重构件地震中得损坏过程,就就是地震能量得“消能”过程。结构及构件得严重破坏或倒塌,就就是地震能量转换或消耗得最终完成。
2.7 水平地震作用内力计算 设计资料: 根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2001）第5.1.3条： 屋面重力荷载代表值Gi =屋面恒载+屋面活荷载+纵横梁自重+楼面下半层的柱及纵横墙 自重； 各楼层重力荷载代表值G i =楼面恒荷载+50%楼面活荷载+纵横梁自重+楼面上下各半层的 柱及纵横墙自重； 总重力荷载代表值∑== n i i G G 1 。 主梁与次梁截面尺寸估算: 主梁截面尺寸的确定：当跨度取8000L mm =，主梁高度应满足： 1111 (~)(~)8000667~1000812812 h L mm mm ==?=，考虑到跨度较大，取700h mm =， 则：1111 (~)(~)700233~3502323 b h mm mm ==?=，取350b mm =。 当跨度取6000L mm =，主梁高度应满足： 1111 (~)(~)6000500~750812812 h L mm mm ==?=，考虑到跨度较大，取500h mm =， 则：1111 (~)(~)500167~2502323 b h mm mm ==?=，取250b mm =。 一级次梁截面尺寸的确定：跨度取4800L mm =，次梁高度应满足： 1111 (~)(~)4800320~40012181218h L mm mm ==?=，考虑到跨度较大，取350h mm =，则： 1111 (~)(~)350117~1752323 b h mm mm ==?=，取200b mm =。 二级次梁截面尺寸的确定：跨度取3000L mm =，次梁高度应满足： 1111 (~)(~)3000167~25012181218h L mm mm ==?=，考虑到跨度较大，取300h mm =，则： 1111 (~)(~)300100~1502323 b h mm mm ==?=，取200b mm =。
水平地震作用下的框架侧移验算和力计算 5.1 水平地震作用下框架结构的侧移验算 5.1.1抗震计算单元 计算单元：选取6号轴线横向三跨的一榀框架作为计算单元。 5.1.2横向框架侧移刚度计算 1、梁的线刚度： b /l I E i b c b = (5-1) 式中：E c —混凝土弹性模量s I b —梁截面惯性矩 l b —梁的计算跨度 I 0—梁矩形部分的截面惯性矩 根据《多层及高层钢筋混凝土结构设计释疑》，在框架结构中有现浇层的楼面可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效侧移刚度，减少框架侧移，为考虑这一有利因素，梁截面惯性矩按下列规定取，对于现浇楼面，中框架梁Ib=2.0Io,，边框架梁Ib=1.5Io ，具体规定是：现浇楼板每侧翼缘的有效宽度取板厚的6倍。 2、柱的线刚度： c c c c h I E i /= (5-2) 式中：Ic —柱截面惯性矩 hc —柱计算高度 一品框架计算简图： 3、横向框架柱侧移刚度D 值计算： 212c c c h i D α= (5-3) 式中：c α—柱抗侧移刚度修正系数
K K c +=2α（一般层）；K K c ++=25.0α（底层） K —梁柱线刚度比，c b K K K 2∑= （一般层）；c b K K K ∑=（底层） ① 底层柱的侧移刚度： 边柱侧移刚度： A 、E 轴柱：68.010 5.61045.41010=??==∑c b i i K 中柱侧移刚度： C 、 D 轴柱：18.1105.6102.345.410 10=??+== ∑）（c b i i K ② 标准层的侧移刚度 边柱的侧移刚度： A 、E 轴柱：51.010 72.821045.4221010=????==∑c b i i K 中柱侧移刚度： C 、 D 轴柱：88.01072.82102.345.42210 10 =???+?== ∑）（c b i i K
消能减震技术 9.1.1 技术内容 消能减震技术是将结构的某些构件设计成消能构件，或在结构的某些部位装设消能装置。在风或小震作用时，结构具有足够的侧向刚度以满足正常使用要求；当出现大风或大震作用时，随着结构侧向变形的增大，消能构件或消能装置率先进入非弹性状态，产生较大阻尼，大量消耗输入结构的地震或风振能量，使主体结构避免出现明显的非弹性状态，且迅速衰减结构的地震或风振反应（位移、速度、加速度等），保护主体结构及构件在强地震或大风中免遭破坏或倒塌，达到减震抗震的目的。 消能部件一般由消能器、连接支撑和其他连接构件等组成。 消能部件中的消能器（又称阻尼器）分为速度相关型如粘滞流体阻尼器、粘弹性阻尼器、粘滞阻尼墙、粘弹性阻尼墙；位移相关型如金属屈服型阻尼器、摩擦阻尼器等和其它类型,如调频质量阻尼器（TMD）、调频液体阻尼器（TLD）等。 采用消能减震技术的结构体系与传统抗震结构体系相比，具有更高安全性、经济性和技术合理性。 9.1.2 技术指标 建筑结构消能减震设计方案，应根据建筑抗震设防类
别、抗震设防烈度、场地条件、建筑结构方案和建筑使用要求，与采用抗震设计的设计方案进行技术和经济可行性的对比分析后确定。采用消能减震技术结构体系的设计、施工、验收和维护应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011和《建筑消能建筑技术规程》JGJ 297进行，设计安装做法可参考国家建筑标准设计图集《建筑结构消能减震(振)设计》09SG610-2，其产品应符合现行行业标准《建筑消能阻尼器》JG/T 209的规定。 9.1.3 适用范围 消能减震技术主要应用于多高层建筑，高耸塔架，大跨度桥梁，柔性管道、管线(生命线工程)，既有建筑的抗震（或抗风）性能的改善，文物建筑及有纪念意义的建（构）筑物的保护等。 9.1.4 工程案例 江苏省宿迁市建设大厦、北京威盛大厦等新建工程，以及北京火车站、北京展览馆、西安长乐苑招商局广场4号楼等加固改造工程。
框架在地震和重力作用下内力计算 学生姓名：张育霜 学号：20120322029 指导老师：
目录 1建筑说明 (1) 1.1 工程概况 (1) 1.2 设计资料 (1) 1.3 总平面设计 (1) 1.4 主要房间设计 (1) 1.5 辅助房间设计 (1) 1.6 交通联系空间的平面设计 (2) 1.7 剖面设计 (2) 1.8 立面设计 (3) 1.9 构造设计 (3) 2 框架结构布置 (3) 2.1 计算单元 (4) 2.2 框架截面尺寸 (4) 2.3 梁柱的计算高度（跨度） (4) 2.4 框架计算简图 (5) 3 恒荷载及其内力分析 (6) 3.1 屋面恒荷载 (6) 3.2 楼面恒荷载 (7) 3.3 构件自重 (7) 3.4 固端弯矩计算 (8)
3.5 节点分配系数μ计算 (9) 3.6 恒荷载作用下内力分析 (10) 4 活荷载及其内力分析 (13) 4.1 屋面活荷载 (13) 4.2 楼面活荷载 (13) 4.3 内力分析 (13) 5 重力荷载及水平振动计算 (17) 5.1 重力荷载代表值计算 (17) 5.2 水平地震作用计算 (17) 6 内力组合计算 (22) 6.1 框架梁内力组合 (22) 6.2 框架柱内力组合 (25) 7 截面设计 (31) 7.1 框架梁的配筋计算 (31) 7.2 框架柱的配筋计算 (40) 7.3 框架梁、柱配筋图 (52) 8 基础设计 (55) 8.1 对A柱基础配筋计算 (55) 8.2 对B柱基础配筋计算........................................................... 错误！未定义书签。 9 双向板的设计.................................................................................... 错误！未定义书签。 9.1 设计资料................................................................................. 错误！未定义书签。 9.2 荷载设计值............................................................................. 错误！未定义书签。
水平地震作用下的内力计算 § 1 各楼层重力荷载代表值的计算 由设计任务书要求可知,该工程考虑地震作用,抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度为0.1g,设计地震分组为第三组。以板的中线为界，取上层下半段和下层上半段。 顶层： 板自重： kN m kN m m 8.6789/59.69.1508.642=??= 梁自重： kN m kN m m m m m kN m kN m 9.1746/2548.643.012.06.0(186.6/55.220/87.36.63=????-+??+??=）柱自重： kN m m m kN 32.3044 10)6.02 6.3(/34.6=??-?= 墙自重： kN m kN m m m m m m m kN m m kN m m kN 7.1907/251.52.06.14)7.226.6282.64(/45.3)206.6/66.628.64/58.52m 8.64kN/m 585.32 1 3=???++?+??+??+??+???=（ 活荷载： kN m m m kN 64.20609.158.64/0.22=??= kN kN kN kN kN kN 04.117795.064.20607.190732.3049.17468.6789G 1=?++++= 标准层： 板自重： kN m kN m m m kN m m 056.4372/82.38.647.2/33.426.68.6422=??+???= 梁自重： kN m kN m m m m m kN m kN m 9.1746/2548.643.012.06.0(186.6/55.220/87.36.63=????-+??+??=）柱自重： kN m m m kN 8.7604 10)6.06.3(/34.6=??-?=
《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。
结构设计中的消能减震措施应用 发表时间：2019-07-23T14:29:03.267Z 来源：《基层建设》2019年第13期作者：李武林[导读] 摘要：相比传统抗震结构体系，消能减震结构具有技术先进、经济合理、安全性好的优势，因此本文对结构设计中的消能减震措施应用进行了分析。 广东呈斯意特建筑设计有限公司 516000摘要：相比传统抗震结构体系，消能减震结构具有技术先进、经济合理、安全性好的优势，因此本文对结构设计中的消能减震措施应用进行了分析。 关键词：结构设计；消能减震；应用消能减震是指通过设置消能器吸收或耗散地震能量，以保护建筑主体结构不受到破坏。目前，消能减震技术在结构设计中已得到了不少应用，并收到明显效果。例如扇形铅粘弹性阻尼器（SLVD）用于钢筋混凝土框架结构的梁柱节点位置，不仅发挥良好的耗能作用，而且保护了核心节点区，有利于实现强节点、弱构件的抗震设计理念[1]。再如针对阻尼器价高劣势，采用与框架结构相结合的消能墙构建双层 抗震体系，小震可提高结构刚度，中震开始屈服但仍保持弹性，大震屈服耗能，从而有效保护主体结构[2]。为了用好消能减震技术，本文对结构设计中的消能减震措施应用进行了分析。 1 消能减震原理与消能器分类 1.1 消能减震原理 消能减震可从能量角度来分析，即结构振动的能量平衡原理。令地震输入系统能量为，系统地震反应的能量（包括动能与势能）为，系统阻尼能为，系统非弹性变形能为，于是有。对于传统抗震结构来说，只占5%左右，可忽略，就有。为了耗散地震能量，结构损坏或倒塌，即。最后，地震反应终止，即。对于消能减震结构而言，增加了消能器，令其消耗的能量为，于是能量平衡方程有。系统阻尼可忽略，于是有。消能器消耗地震能量，即。于是系统地震反应迅速衰减，即。使结构免遭破坏，即。 1.2 消能器分类 根据消能原理，消能器分为位移相关型消能器、速度相关型消能器和复合相关型消能器三类。位移相关型消能器是利用材料自身的塑性滞回耗能能力消耗地震能量，其又可细分为金属消能器和摩擦消能器，金属消能器又包括软钢剪切消能器、屈服约束支撑、铅消能器。速度相关型消能器利用粘滞材料将地震能量转化为热能消耗掉，其又可细分为粘滞流体消能器和粘滞阻尼墙，粘滞流体消能器包括单出杆粘滞阻尼器、双出杆粘滞阻尼器、孔隙式粘滞阻尼器、间隙式粘滞阻尼器等。复合相关型消能器可看作位移相关型消能器和速度相关型消能器的结合，同时具有这两类耗能器的特点，以粘弹性消能器为代表，典型结构是两块可相对移动的钢板之间充填粘弹性材料，地震时能量耗散在粘弹性材料的剪切变形中。 2 消能减震设计方法应用 2.1 设计流程 开始→明确结构消能减震要求→设定消能减震结构设计目标→主体结构初步设计→选择消能器并初步形成消能减震体系→选择分析方法→确定消能器参数并形成最终消能减震体系→计算地震反应并进行抗震验算→消能减震体系构造设计→结束。 2.2 适用体系 根据《建筑消能减震技术规程》（JGJ 297-2013）第1.0.2条，消能减震结构适用于抗震设防烈度6～9度地区新建与既有建筑结构。 2.3 设防目标 消能减震结构主要用于设防烈度较高或对使用功能有特殊要求的建筑，采用消能减震结构后抗震设防目标比无控结构应有所提高。JGJ 297-2013条文说明第3.1.3条指出，消能减震结构设防性能目标分为三个层次：（1）丙类建筑（如一般工民建、公共建筑等）采用“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设防目标；（2）乙类建筑（如公安消防、医院、学校、通信、动力等）采用“中震不坏，大震可修”的设防目标；（3）甲类建筑（如人民大会堂、核武器储存室等）采用“大震不坏”的设防目标。 2.4 消能器的选择 选择消能器时，应根据各类消能器特点及建筑对消能减震要求两方面来考虑。速度相关型消能器在很小位移下就能达到一定阻尼值并发挥耗能作用，所以适合水平位移要求严格、设防目标较高的建筑。位移相关型消能器达到足够大的相对位移才能屈服耗能，并在耗散地震能量的同时提供一定的侧向刚度，适合水平位移要求不严、设防目标不高的建筑。例如某医院门诊楼（既有建筑）设定罕遇地震下轻微到中等损坏的性能目标，层间位移要求较严，但为了调整扭转已加入一定数量屈曲约束支撑（BRB），刚度已充足，所以选择粘滞阻尼器作为消能器。 2.5 消能器的布置 JGJ 297-2013第6.2.1条规定，消能器布置应使结构在两个主轴方向的动力特性相近，使结构在沿高度方向刚度均匀。为提高消能减震效率，应在相对位移或相对速度较大的楼层布置消能器，并采用合理技术措施增加消能器两端的相对变形或相对速度。布置消能器以后，不应在结构中产生薄弱构件或薄弱层。 2.6 消能减震结构分析方法 根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）（2016年版）第12.3.3条规定，当主体结构基本处于弹性工作阶段时，可采用底部剪力法、振型分解反应谱法和时程分析法进行分析；当主体结构进入弹塑性阶段时，采用静力非线性分析法或非线性时程分析法。应用振型分解反应谱法时，先将阻尼器非线性恢复力以等效线性化处理，并忽略非正交阻尼矩阵中的非正交项，计算小震作用下的误差不超过5%。时程分析法分为线性时程分析法和非线性时程分析法，前者主要采用增量法（如加速度法、威尔逊-θ法），而后者将增量法与迭代法结合。对于速度型阻尼器来说，在结构为弹性状态时应采用线性时程分析法；而对于滞回型阻尼器，采用等效刚度或阻尼时采用线性时程分析法，而恢复力为非线性时应采用非线性时程分析法。但只要主体结构进入塑性状态都应采用非线性时程分析法。静力非线性分析法假定在地震作用下结构的动力反应受单一振型控制，不计高阶振型影响。 2.7构件设计