Indust rial Const ruct ion V ol.37,Supplement,2007
工业建筑 2007年第37卷增刊
城市桥梁地震反应中防碰撞措施分析
孙 立 霍立飞
(北京中交桥宇科技有限公司 北京 100011)
摘 要:在地震过程中城市桥梁上部相邻结构的碰撞,不仅使结构受损,甚至发生倒塌,这是地震工程研究领域一个关键而又难以解决的问题。给出各国规范对于落梁防止装置的规定,通过对工程实践中常采用的防碰撞措施进行分析,改进了常用的拉杆装置、落梁防止装置的设计方法,给出了简化的计算方法,可以更好的应用到工程实践中。
关键词:碰撞 桥梁 地震反应
POUNDING EFFEC TS IN ELEVATED BRIDGES DURING EARTHQUAKES
Sun L i H uo L ifei
(Beijing Zho ng jiaoqiaoy u T echnique Co.L td Beijing 100011)
Abstract:P ounding of adjacent super structur e seg ments in elev ated bridg es during sev er e earthquake can result in sig nificant str uctur al damage.T he influence o f pounding on the st ructur al respo nse is significant in t he longit udinal direction o f the bridg e and significantly depends on t he g ap size betw een superstr ucture segments.In the study,the Code for seismic desig n of building s are co mpa red and analyzed,the method fo r decreasing pounding respo nse ar e analyzed,the desig n method for pr eventing the po unding r esponse ar e amended,t he r esult can be a pplied in the bridge design w ell.
Keywords:pounding elevated br idge seismic r esponse
第一作者:孙 立 男 1973年4月出生 工程师收稿日期:2007-01-10
0 前 言
地震作用下简支梁桥的碰撞对结构的地震响应具有重要的影响。结构发生碰撞后,墩底弯矩和剪力以及梁体位移都比没有碰撞的时候大很多,碰撞后的墩底弯矩有的超过了墩的屈服弯矩,使结构进入非线性状态,而且较大的碰撞力可能使梁体被撞坏,发生落梁,这些都在很大程度上改变了结构的地震响应状态。简支梁桥的梁间距提供了上部结构因温差、收缩、徐变等影响所需的伸长和缩短的距离,在地震作用下梁间距除了要满足正常情况下上部结构的伸缩长度外,还应考虑到梁发生碰撞的情况。梁间距取值较小(一般小于6cm )或者取得较大避免碰撞发生时,墩底弯矩和剪力、梁的位移以及梁体间的碰撞力都相对较小。对于简支梁桥来说,梁间距要是取值较小,就不能满足上部结构因温差、收缩、徐变等影响所需的伸长和缩短的距离,因而虽然从理论上讲缩小梁间距有利于减轻结构的碰撞响应,但是实际上并不是可取的;另一个方面,当梁间距取得足够大能避免碰撞时,墩底弯矩和剪力以及梁体
位移都趋于一个稳定的值,且比有碰撞发生时要小,
因而在理论上这也是一种减轻碰撞作用的较为有利的梁间距;但是在实际工程中,较大的梁间距对于桥梁这种结构形式并不一定可行,因为增大梁间距的同时也增大了路面的不平顺,另外从经济角度上考虑,这种一味地靠增大梁间距来避免或是减小桥梁结构的碰撞响应也是不可行的
[1]
。
1 各国规范对于落梁防止装置的规定
我国现行的 公路工程抗震设计规范 (JT J 004-89)[2](以下简称 规范 )仅在第4 4 4条、第4 4 5条和4 4 15条中极为简单地提到了应考虑防止落梁的措施。
我国 规范 对落梁防止装置的设计没有量化的规定,而国外,如美国、日本、新西兰等国都有支承宽度和落梁防止装置的设计方法。这些方法大都采用静力分析手段进行弹性设计,比较简单但不能准确
704
反映伸缩缝的非线性效应。美国学者Saiidi (1999)[3]和Reg inald DesRoches(1998)[4]等提出两种新的落梁防止装置设计方法,比以往的设计方法有很大改进。梁桥防止装置设计方法主要有美国的Caltrans 、AASH T O 方法和文献[3]提出的W/2、Saiidi 方法。Caltrans (加州运输部规范)方法的主要假定是支座完全失效,而结构的整个刚度只有约束的刚度。它采用了等效单自由度模型,进行弹性设计。AASH T O 方法是美国各州公路和运输工作者协会规范的方法,主要针对新桥的设计。AASH T O 方法设计地震力取为场地加速度系数乘以两相邻桥跨中较轻者的重量。W/2方法的设计目标与其他方法不同的是它允许主梁脱座但不落梁。在地震中主梁脱座后,由拉索或吊绳(Cable)悬吊起来,直到工作人员修复。它十分简单,可作为初步设计的方法粗略估计约束刚度。该方法设计的拉索在桥跨的一端要承受桥跨一半的重量,即使主梁脱座后约束受力也以静载处理。Saiidi 方法由Saiidi (1999)给出,方法对桥梁不同位置(桥台、边跨和中跨)有不同的考虑,而且每个支座单独考虑,一跨的两端可采用不同的约束量,在每一支座处要区分固定还是滑动支座,需要许多桥梁特性参数,稍显复杂些,但预测的反应与实际反应的相关性较好。2 两种防撞措施设计方法
在工程实践中,减小碰撞响应的措施就是在梁与梁间放置一些能减轻碰撞作用的装置,主要采用如下两种方法。
1)在梁间放置粘弹性材料,一般是放置橡胶垫片
在工程实践中,通常用的防撞措施是在抗震挡跨前加橡胶垫片,其恢复力如图1
所示。
图1 带有防撞装置的接触单元恢复力模型
其中,d 1为柔性的防撞装置的最大容许变形量,恢复力模型中的参数d 1在结构防撞设施中是十分重要的。随着d 1的增大,撞击力下降,当d 1足够大时,碰撞作用所需的变形由防撞措施来完成,此时
防撞设施充分发挥了作用。在工程实践中,可以根据实际需要的变形量来选择设计合理的参数d 1。
2)拉杆装置、落梁防止装置的设计方法我国是一个地震多发国家,特别是华北、西北、西南3大地震活动区,仅1996年就发生多起里氏6级以上的地震,由于地震发生在偏僻地区,造成的损失并不大。但在1970年的通海地震、1975年的海城地震和1976年的唐山地震中,都有落梁破坏的实例。落梁破坏势必造成严重的交通中断,震后修复也比较困难,损失是巨大的。美国和日本在每次大的地震后,都对落梁破坏的桥梁进行分析、研究,不断改进防落梁构造[5,6]
。现在日本就采用二次防落梁构造,用于阪神地震后既有桥梁的加固和新建桥梁的抗震设计。因此,对防落梁构造的深入研究是十分必要的。通过选择适当的防落梁构造,可以防患于未然。
3 改进的落梁防止装置的设计方法
下面是笔者针对钢棒连接式和预应力钢绞线式落梁防止联结装置提出的改进的落梁防止装置的设计方法,如图2和图3所示。
1-桥墩;2-主梁;3-PC 钢棒;4-钢板;5-橡胶垫
图2
预应力钢棒连接式
1-防护混凝士;2-连接钢绞线;3-保护帽
图3 预应力钢绞线连接式
根据W/2方法(静力法),在地震中主梁脱座后,由预应力钢绞线或钢棒(以下简称Cable)悬吊
起来,则此时作用在Cable 上的力为桥跨一半的重量,亦即上部结构的恒载反力p 0。
事实上在地震作用下,主梁脱座是一种复杂的动力现象。设主梁未落座前,作用在Cable 上的力可忽略不计;在t =0时刻,梁体一端坠落,Cable 上
705
突然加上荷载p 0,并一直作用直到桥梁修复为止,表示为公式(1):
p (t)=
0t <0p 0
t 0
(1)
y(t)=1m
t 0
p ( )sin (t - )d (2)式(2)是初始处于静止状态的单自由度体系在
任意动荷载p (t)作用下的位移公式,称为杜哈梅(Duham el)积分。当t 0时,
y(t)=
1
m
t
p 0sin (t - )d = p 0m
2(1-co s t)=y st (1-cos t)
(3)
其中,y st 为静荷载p 0作用下拉杆产生的静位移;m 为与拉杆相连的梁体质量; 为自振圆频率。
y st =p 0
m
2
(4)根据公式(3)可得突加荷载作用下的动力放大系数为:
=[y (t)]max
y st
=2
(5)
为便于拉杆的设计,将作用于拉杆上的动荷载
等效为静荷载,用F e 表示,根据功的互等原理可得:
F e st =p 0y (t)(6)式中, st 为等效静荷载F e 作用下拉杆产生的静位移。
st =
F e
m 2
(7)
将式(4)、式(5)、式(7)代入式(6)整理得式(8):
[F e ]max = p 0=2p 0(8)
事实上作用于落梁防止装置上的地震力也并非
是如上所述的理想的突加荷载,梁体脱落时具有一定的初速度,本文在杜哈梅积分中忽略了初速度的影响,另外为使落梁防止装置具有一定的安全系数,建议落梁防止装置的设计承载力按式(9)式计算:
F e =1 5p 0(9)4 结 论
城市桥梁在地震荷载作用下将产生较大的相对位移,若此处梁体的间隙取值不合理,地震荷载作用时,在主桥较大能量振动的碰撞和推挤下,引桥的上部结构很可能发生落梁震害。通过对防撞措施的分
析可知:在抗震设计中,对于防撞装置的选用,应综合考虑防撞装置可以提供的变形量以及构造许可等因素。文中提出了纵向落梁防止装置 钢棒连接式和预应力钢绞线式的等效静力设计方法,考虑了冲击荷载效应。将落梁防止装置的设计计算方法用于试点工程,通过检验和验证,将逐步推广应用。
参考文献
1 谱瑞斯特雷M J N.桥梁抗震设计与加固.袁万城,胡 勃,韦
晓,等,译.北京:人民交通出版社,19972 JT J 004-89 公路工程抗震设计规范
3 M atth ew J.Randall,M.Saiidi,M ak os E.M arragakis ,T atjana
Isakovic.Restrainer Design Procedures for M u lti s pan Sim ply
Sup ported Bridges.M CEER-99-0011
4 Reginald DesRoches ,Gregory L.Fenves.Design Procedu res for
H inge Restrainer and H inge Seat Width for M ultiple Frame Bridges.M C EER-98-0013
5 Pan os T rochalakis,M arc O.Eb erhard,et al.Des ign of Seismic
Restrainers for In S pan Hing es.J ou rnal of Stru ctural Engineer ing.1997,123(4):469-478
6 Caner A,Dogan E,Zia P,et al.Seismic Performance of M ulti
simple Span Bridges Retrofitted w ith Lin k Slabs.Journal of Bridges En gineering.2002,7(2):85-93
(上接第714页)
2 江世永,何建川,罗沈建,等 新型可扩展、易拆装活动房结构体
系 工业建筑,1999,29(2)
3 马永欣,郑山锁 结构试验 北京:科学出版社,2001
4 GB 50009-2001 建筑结构荷载规范
5 张相庭 工程结构风荷载理论和抗风计算手册 上海:同济大学
出版社,1990
6 姚谦峰,陈 平 土木工程结构试验 北京:中国建筑工业出版
社,2001
7 CECS 102 2002 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程
8 Narayanan R.Alu minium Structures London and New York :
Els evier APPlied S cien ce,1987
9 ECCS.European Recommendation s for Aluminum Alloy Struc
tures.1978
10Alumin um A ssociation.Sp ecification for Aluminum Stru ctures
US A:1976
706
网壳结构的概率地震易损性分析 网壳结构作为大跨度空间网格结构的主要结构形式之一,被广泛应用于综合文体中心、大型交通枢纽车站及航站楼、集群式工业厂房等基础设施。我国地震灾害严重,量大面广的网壳结构面临着严重的地震威胁。 大跨度空间结构一旦发生破坏或倒塌,将造成严重的人员伤亡、经济损失或社会影响。我国现行抗震设计规范采用多级设计的思想,即“小震不坏、中震可修、大震不倒”,其实质是性能化设计的雏形,但该设计思想不能考虑到中小地震时结构或非结构构件的破坏程度及由此导致的经济损失,远远不能满足社会和公众对结构抗震性能的需求。 本文以基于性能的多水准化抗震设计及地震风险评估为研究背景,对典型的大跨度空间网格结构——单层球面网壳和单层柱面网壳进行地震易损性分析,一方面可为网壳结构的多水准性能化设计奠定理论基础,另一方面则为地震灾害损失的快速预测与评估及地震巨灾保险制度的实施提供技术支持。具体来说,本文的研究工作如下:（1）以平均模态应变能系数作为振型贡献指标,将其值大于0.01的振型定义为网壳结构线弹性地震响应的主导振型。 以20条真实地震动记录作为输入,分别考虑4种地震动输入情况:仅X向、仅Y向、仅Z向和三向地震动同时输入,对单层球面网壳和单层柱面网壳的主导振型进行识别。在此基础上,采用振型分解反应谱法和CQC振型组合方法计算网壳结构仅考虑主导振型、前30阶及前250阶振型三种情况的地震效应组合值,并将其与时程分析结果进行对比,以验证该识别方法的可行性。 （2）基于网壳结构的主导振型,提出了可同时考虑更多结构自振特性和地震动频谱成分的地震动强度参数Sa,dom
（T1d,T2d,...,Tid,...TNd,（ζ））（简记为Sa,dom）,该地震动强度参数表示为结构各主导振型对应地震动加速度反应谱值的几何加权 平均数,其中各阶主导振型的平均模态应变能系数作为相应的权值。选取了11 个常见的地震动强度参数,从与网壳结构非线性地震响应的相关性、有效性、充分性等方面与本文提出的地震动强度参数进行综合对比,并对Sa,dom 的地震危 险可计算性进行了讨论。 （3）确定了网壳结构地震易损性分析中历史地震动记录的选取原则及合理输入数目,并从太平洋地震工程研究中心“下一代衰减模型”强震数据库中选取了 40条远场地震动记录来考虑易损性分析中的地震动不确定性。总结了网壳结构有限元建模中13个随机参数的概率分布模型,并通过单参数敏感性分析获得 了表征13个随机参数敏感性大小的“龙卷风图”。 在此基础上,采用Sobol’法和拉丁超立方抽样方法对5个主要的随机参数 进行了全局敏感性分析,获得了 5个参数各自对结构响应的贡献率。（4）从结构滞回耗能的角度出发,提出了基于地震能量需求的结构损伤指标DIE,该指标定 义为地震能量需求与结构耗能能力的比值,其中地震能量需求即为结构在地震过程中的总滞回耗能,可通过对结构的加速度响应时程进行连续小波变换等效获得。 以高效的拉丁超立方抽样方法对5个主要的结构随机参数进行抽样,以40 条远场地震动作为输入,对18个不同矢跨比及屋面质量的单层球面网壳和单层 柱面网壳的720个随机样本进行动力荷载域全过程分析,对分析结果进行统计, 基于损伤指标DIE建立了不同网壳结构的概率地震需求模型、概率抗震能力模型和概率倒塌能力模型,并获得了网壳结构不同性能水准的地震易损性曲线。（5）
桥梁抗震研究 摘要:文章从研究桥梁震害的角度出发, 通过分析桥梁主要震害形式和震害原因,并阐述了现在常用的抗震设计方法,还提出了在桥梁抗震设计中应遵循的一些设计思想和设计原则,从而提出了新的技术。 关键词: 桥梁震害;抗震设计;抗震措施；设计原则; 桥梁是生命线工程的重要组成部分,是交通运输的枢纽工程,在抗震救灾中处于极其重要的地位。因此,如何提高桥梁的抗震能力,使桥梁在地震时能起到安全疏散、避难的作用,地震后确保抗震救灾重建家园的交通需要,是桥梁工程中的重要研究课题。桥梁同其他建筑物一样,如果不进行正确的抗震设计,在地震时将产生严重的破坏。目前,在桥梁抗震研究方面处于领先水平的是美国和日本。二十多年来他们做了许多开创性的工作,例如桥梁全桥模型的多台振动台模拟地震试验,桥梁上下部结构相互作用力学模型,非线性地震反应分析方法等,并将所取得的成果应用于工程实际,制定出桥梁的抗震设计规范。此外,新西兰在研究利用延性抗震和减震隔建支座方面也做出了突出的成绩,并投入了工程实用。虽然我国开展桥梁结构抗震研究工作比较晚,直到1976年唐山地震后才得以重视,但由于桥梁研究工作者的艰苦努力,十多年来所取得的科研成果还是相当丰富的。先后进行了梁桥、拱桥、斜拉桥、曲桥的抗展研究和振动台模拟地震模型试验,研究水平从线性范围发展到非线性阶段;从确定性方法发展到可靠性理论方法,从确定桥梁的动力特性发展到实际情况。 一．桥梁主要的震害形式 1.上部结构震害 桥梁上部结构震害按照产生原因的不同, 可以分为结构震害、碰撞震害和位移震害。其中最常见的是移位, 最严重的是落梁。桥梁结构震害在历次严重的地震中都比较少见。桥梁碰撞震害包括: 桥面伸缩缝位置混凝土裂缝及压碎变形, 混凝土伸缩缝位置护栏混凝土撞损, (如汶川地震中磨家互通式跨线桥) T梁横隔板开裂(观音岩大桥)及少数梁端及部分桥台损伤等震害。
桥梁抗震复习题精编 W O R D版 IBM system office room 【A0816H-A0912AAAHH-GX8Q8-GNTHHJ8】
复习题 1.地震动的三要素？ 答：地震动强度（振幅、峰值），频谱特性，强震持续时间。 2. 什么是基本地震烈度基本地震烈度和E1地震E2地震是什么关系 答：基本地震烈度是指该地区今后一个时期内，在一般场地条件下可能遭遇到 的最大地震烈度，即《中国地震烈度区划图》规定的烈度。 3.地震按照成因、震源的深浅、震中距的远近等的分类；一些有关地震的术语含义。答：按照成因可分为：火山地震、陷落地震、构造地震、诱发地震 按照震源的深浅可分为：浅源地震、中源地震、深源地震 按照震中距的远近可分为：地方震、近震、远震 4. 地震波包含了哪几种波它们的传播特点是什么各种波的速度对比 分为体波和面波。 体波 纵波：在传播过程中，其介质质点的震动方向与波的前进方向一致。
纵波的周期较短，振幅较小，波速较快，在地壳内的速度一般为200-1400m/s。 横波：在传播过程中，其介质质点的振动方向与波的前进方向垂直。 横波的周期较长，振幅较大，波速较慢，在地壳内的速度一般为100-800m/s。 面波 瑞利波：传播时，质点在与地面垂直的平面内沿波前进方向做椭圆反时针方向运动。 振幅大，在地表以竖向运动为主。 乐浦波：传播时，类似蛇形运动，质点在地平面内做与波前进方向相垂直的运动。 5. 地震动、地震波的概念。 地震动：也称地面运动，是指由震源释放出来的地震波引起的地表附近土层的震动。 地震波：当震源岩层发生断裂、错动时，岩层所积聚的变形能突然释放，引起剧烈的振动，振动以弹性波的形式从震源向各个方向传播并释放能量，这种 波就称为地震波。 6. 地震震级、地震烈度的概念，两者之间的区别与关联，地震震级和地震释放的能量之间 的关系。 地震震级：衡量一次地震大小的等级，用符号M表示。 比较通用的是里氏震级（用Ml表示），定义为：
复习题 1.地震动的三要素？ 答：地震动强度（振幅、峰值），频谱特性，强震持续时间。 2. 什么是基本地震烈度？基本地震烈度和E1地震E2地震是什么关系？ 答：基本地震烈度是指该地区今后一个时期内，在一般场地条件下可能遭遇到的最大地震烈度，即《中国地震烈度区划图》规定的烈度。 3.地震按照成因、震源的深浅、震中距的远近等的分类；一些有关地震的术语含义。 答：按照成因可分为：火山地震、陷落地震、构造地震、诱发地震 按照震源的深浅可分为：浅源地震、中源地震、深源地震 按照震中距的远近可分为：地方震、近震、远震 4. 地震波包含了哪几种波？它们的传播特点是什么？各种波的速度对比？ 分为体波和面波。 体波 纵波：在传播过程中，其介质质点的震动方向与波的前进方向一致。 纵波的周期较短，振幅较小，波速较快，在地壳内的速度一般为200-1400m/s。 横波：在传播过程中，其介质质点的振动方向与波的前进方向垂直。 横波的周期较长，振幅较大，波速较慢，在地壳内的速度一般为100-800m/s。 面波 瑞利波：传播时，质点在与地面垂直的平面内沿波前进方向做椭圆反时针方向运动。 振幅大，在地表以竖向运动为主。 乐浦波：传播时，类似蛇形运动，质点在地平面内做与波前进方向相垂直的运动。
5. 地震动、地震波的概念。 地震动：也称地面运动，是指由震源释放出来的地震波引起的地表附近土层的震动。 地震波：当震源岩层发生断裂、错动时，岩层所积聚的变形能突然释放，引起剧烈的振动，振动以弹性波的形式从震源向各个方向传播并释放能量，这种波 就称为地震波。 6. 地震震级、地震烈度的概念，两者之间的区别与关联，地震震级和地震释放的能量之间 的关系。 地震震级：衡量一次地震大小的等级，用符号M表示。 比较通用的是里氏震级（用Ml表示），定义为： 在离震中100Km处用伍德-安德生式标准地震仪所记录到的最大水平 动位移（以微米计）的常用对数值，即 Ml=lgA 地震烈度：用来衡量地震破坏作用大小的一个指标。 联系与区别：对于一次地震而言，震级只有一个，烈度则随着地点的变化而有若干个。一般来说，震中的烈度最高，离震中越远，地震影响越小，烈度 越低。 关系：Ml=1.5+0.58I0（震中烈度） 7.影响地震动特性的因素。 答：包括震源、传播介质与途径、局部场地条件这三类。 8.地震烈度是按什么标准进行区分的？ 答：按地震烈度表的标准进行区分 主要依据是建筑物的破坏程度、地貌变化特征、地震时人的感觉、家具器物的反 应等。 9.地震造成的地表破坏有哪些现象？ 答：地裂缝、滑坡、砂土液化软土震陷。
第一讲 1、《中华人民共和国防震减灾法》的主要内容是什么？ 答：主要内容包括：1.《防震减灾法》的立法目的2.《防震减灾法》的调整对象及适用范围3.防震减灾工作方针4.对各级人民政府的基本要求。5.政府各部门在防震减灾工作中的职责6.单位和个人的义务7.群测群防工作8.依靠科学进步提高防震减灾工作水平9.提高政府领导防震减灾工作能力10.提升地震监测能力和社会服务职能11.提高建设工程的抗震设防水平12.提高社会的非工程性地震预防能力13.及时完善地震应急救援等相关规定。 2、地震引起的地表破坏现象有哪几种？ 答：1.地表断裂 2.滑坡 3.砂土液化 4.软土震陷 3、工程结构主要有哪些震害现象？ 答：建筑结构软弱层机制破坏、钢筋混凝土柱压弯破坏和剪切破坏、梁柱节点破坏、框架填充墙剪切破坏、桥梁结构落梁、整体或部分倒塌、钢筋混凝土桥墩压弯破坏和剪切破坏、桥梁碰撞、节点破坏、现代斜拉桥震害现象等。 4、近年来结构震害的主要经验教训是什么？ 答：⑴结构抗震设防应采用性能设计原则。即在综合考虑工程造价、结构遭遇地震作用水平、结构的重要性、耐久性和修复费用等因素下，定义结构允许的损坏程度（性能）。 ⑵结构抗震设计应同时考虑强度和延性，尤其注重提高结构整体及延性构件的延性能力。 ⑶重视采用减隔震的设计技术，以提高结构的抗震性能。 ⑷对体系复杂的结构，强调进行空间非线性动力时程分析的必要性。 ⑸对桥梁结构，应重视支座的作用及其设计，同时开发更有效的防落梁装置。 ⑹充分认识到按早期规范设计的旧结构的地震易损性，认识到对重要的旧结构进行抗震加固的紧迫性和必要性。 ⑺充分认识到城市生命线工程遭受地震破坏可能导致的严重社会后果，认识到保证城市生命线工程抗震安全性的意义。 ⑻充分认识到，地震区的一切新建工程都都必须严格按照国家颁布的抗震设计规范进行设防，为此而增加一些基建投资是值得的和必要的。 第二讲 1、构造地震的成因是什么？ 答：构造地震主要是由于断层的错动而造成的。自板块构造学说提出后，人们已广泛接受这样的观点：断层错动是由全球性的大规模板块构造运动所造成的。可以说，板块构造运动是构造地震发生的宏观背景，而断层错动则是构造地震发生的局部机制。 2、什么是地震动的特性及其三要素？ 答：特性：地震动是以运动方式出现。地震动是迅速变化的随机振动，地震动的这一特点，导致了抗震设计对地震作用峰值的关注。地震动对结构的作用效应与结构的动力特性和变形反应有关。地震动具有更大的不确定性，这使得抗震设计不能完全依靠强度安全储备。 三要素：地震动的幅值（最大振幅或叫峰值）、频谱（波形）和持续时间（简称持时）， 3、什么是地震安全性评价？ 答：地震安全性评价是指对具体建设工程场址及其周围地区的地震地质条件、地
简支梁的地震响应分析 /PREP7 !进入前处理模块 /TITLE, EX 8.4(3) by Zeng P, Lei L P, Fang G ET,1,BEAM3 !设定1号单元 L=240 $A=273.9726 $H=14 $I=1000/3 !设定几何参数 R,1,273.9726,(1000/3),14 !设定1号实常数(梁单元) MP,EX,1,3E7 $MP,PRXY,1,0.3 $MP,DENS,1,73E-5 !设定弹性模量, 泊松比, 密度 K,1,0,0 $K,2,L,0 !生成两个关键点 L,1,2 !由关键点生成线 ESIZE,,8 !设定单元网格划分的分段数 LMESH,1 !对1号线划分单元网格 NSEL,S,LOC,X,0 !选择位置x=0的节点 D,ALL,UY !对所选择的节点施加位移约束UY=0 NSEL,S,LOC,X,L !选择位置x=L的节点 D,ALL,UX,,,,,UY !对所选择的节点施加位移约束UX=UY=0 NSEL,ALL !选择所有节点 FINISH !结束前处理模块 /SOLU !进入求解模块 ANTYPE,MODAL !设定模态分析方式 MODOPT,REDUC,,,,3 !设置缩减算法，提取3阶模态 MXPAND,1,,,YES ! 设定模态扩展的阶数为1，并计算单元及支反力结果 M,ALL,UY !对所有节点定义主自由度UY OUTPR,BASIC,1 !设置输出结果的方式 SOLVE !进行求解 *GET,F1,MODE,1,FREQ !提取第一阶模态频率，赋给F1 FINISH !结束 /SOLU !进入求解模块 ANTYPE,SPECTR !设定谱分析方式 SPOPT,SPRS !设定单点激励谱分析 SED,,1, !设定单点激励的方向为Y轴 SVTYP,3 !指定单点响应谱类型为地震位移谱 FREQ,.1,10 !设定频率数据表格的频率点 SV,,.44,.44 !设定频率数据表格的对应于频率点的激励值SOLVE !进行求解 *GET,F1_COEF,MODE,1,MCOEF !提取模态1的谱分析结果的模态系数FINISH !结束求解 /POST1 !进入一般性后处理模块 SET,1,1,F1_COEF !调出第1阶模态的结果，并乘以模态系数PRNSOL,DOF !打印节点结果 PRESOL,ELEM !打印单元结果 PRRSOL,F !打印支反力结果
结构易损性简述 余佳骏 (南京理工大学理学院，南京 210094） 摘要：与地震危险性分析的研究相比,承灾体的地震易损性分析,尤其是土木工程结构的地震易损性分析方面的研究还远没有成熟;另外,地震灾害的损失评估也受到了工程界与经济界学者的共同关注,目前这两个分支学科正处于蓬勃的发展过程中。本文对结构易损性的概念和分析方法进行了简单介绍，并系统地提出了框剪结构分析方法和其易损性曲线的形成。 关键词：易损性;地震风险分析;易损性曲线;框架结构 A Brief Introduction to Structural Vulnerability YU Jiajun (College of Science, NUST, Nanjing 210094) Abstract:Compared with the study of seismic hazard analysis, the seismic vulnerability analysis of hazard bearing bodies, especially the study of seismic vulnerability analysis for civil engineering structures are also far away from mature; In addition, the assessment of the loss of earthquake disaster has been a common concern of engineering and economic scholars, the two branch is in the process of developing the vigorous. In this paper, the concept and analysis method of structural vulnerability was introduced, and put forward the formation of frame shear wall structure analysis and its vulnerability curve. Keywords:Seismic vulnerability; risk analysis; fragility curve; frame structure 引言 地震是自然灾害中危害最大的灾种之一，地震预测预报是世界性难题，因此对地震灾害进行风险分析已成为目前主要的防灾和减灾措施。地震灾害的风险分析主要包括 3 个方面：地震危险性分析、地震易损性分析和地震灾害损失估计。其中，地震易损性分析是预测结构在不同等级的地震作用下发生各级破坏的概率。因此，对建筑物进行易损性分析一方面可以用于震前灾害预测，设计人员可以根据结构易损性的不同，有针对性地提高结构的抗震能力；另一方面可以用于震后损失评估，为估计地震损失提供依据，从而尽可能避免或减少人员伤亡，实现我国防震减灾的目标。 1 研究背景 灾害风险分析是指对灾害发生的可能性和造成的后果进行定性与定量的分析及评估,其目的是为风险区土地的合理利用与投资、灾害预防与管理、灾害保险制度的建立、城市与工程的防灾减灾以及灾期的快速评估和辅助决策提供科学依据[1-3]。 灾害风险分析主要包括致灾因子的危险性分析、承灾体的易损性分析和灾情损失评估三个方面的内容。致灾因子的危险性分析主要研究给定区域内发生各种强度灾害的概率;承灾体的易损性分析是研究承灾体易于受到致灾因子的破坏、伤害或损伤的可能性;灾情损失评估是在危险性分析和易损性分析的基础上,研究风险区内一定时段内可能发生的一系列不同强度灾害给风险区造成的可能后果和经济损失值[1-3]。 地震是自然灾害中危害最严重的灾害之一,由于地震预测预报是世界性难题,因此对地震灾
地震响应分析 1模态组合就是根据模态分析中的几阶振型（也可以少于这几阶，看你要求的精度）进行组合（类似于结构最不利组合），从而求出地震响应的最大值。 2组合各振型反应的最大值，求得结构地震响应的最大值。 这个问题在论坛上已经有很多人问过，也有各种各样的回答，但是至今没有令人满意的解答。我自己试过很多种方法，加上论坛上其他人提到的方法，大致归类如下： 1.先做静力恒载工况分析，打开预应力pstres开关；然后转到时程分析。 结果：恒载对后面的时程计算不起作用，时程计算依然从0开始。 2.直接在antype，trans中考虑恒载：先把timint，off加acel,,9.81,打开应力刚化，sstif，on，lswrite，1，然后timint，on开始时程计算。 结果：恒载9.81起作用了，但结果是错的，它被积分了。 3.不用什么前处理，直接把9.81加在地震波上acel，9.81+ac（i）。 结果，同2，9.81带入了积分，这个9.81相当于阶跃荷载，而不是产生恒载。 4.ansys帮助中施加初始加速度的方法（篇幅限制请自己看帮助）。 结果，同2、3，9.81还是带进时间积分。 5.这种是我受到别人的启发，通过结构受ramp荷载的特点施加的，可以近似的解决问题。 即1）求出结构的自振一阶频率w 2）令tr＝1/w 3) 定义ramp荷载为从0到tr加到9.81，然后在整个时间积分中保持不变 4）antype,trans中分几个荷载步将荷载从0加到9.81 5) 在随后的荷载步中acel，，9.81+ac（i） 这种做法虽然也是将9.81++加到地震波中，但是因为满足TR的要求，所以这个动力效应被削弱到了静力效应，它作用在结构上就像静载一样。对于单自由度结构理论上跟静载是完全一样的，但是多自由度会子静力效应上下很小的范围内波动，所以可以认为相当于静载的作用，这样我们就可以达到考虑恒载的目的了。 第5种是我至今为止考虑恒载的做法，我也很想知道还有没有更简单精确的方法，或者在前4种方法中就有只是我使用不正确，希望大家能一起来讨论，彻底解决这个问题。谢谢！ 地震反应怎么考虑重力 SOLU ANTYPE, TRANS TRNOPT,FULL TIMINT,OFF !*先关闭时间积分效应 TIME,1E-8 !*设一个极短的积分时间 acel,,9.8 NSUBST,2 !有时候子步数要增大 KBC,1 LSWR,1 !*把这个写入第一步 TIMINT,ON !*然后再时间积分效应开关，以后就正常写载荷步了 这种方法应该是对的,ANSYS帮助文件中也有提到, 可是,有一个问题:由于是阶跃荷载,就会产生动力效应,整个结构的变形大于实际的情况吧?这样与实际结构在重力下受到的变形就不一样了!
地震灾害对铁路桥梁的影响 及其抗震设计与减隔震控制研究 李龙安 <中铁大桥勘测设计院有限公司教授级高工，湖北武汉 430050） 摘要：通过汶川大地震的多座典型桥梁的震害，分析了此次大地震对公路桥梁破坏重而对铁路桥梁破坏较轻的机理，根据铁路桥梁的结构特点，从铁路桥梁的抗震概念设计、抗震计算设计、抗震构造设计等三个方面着手，提出了铁路桥梁各设计阶段应有主辅之分的抗震设计思想，指出了减轻铁路桥梁震害的有效途径之一是采用减隔震控制技术。 关键词：铁路桥梁震害；抗震设计；减震控制技术；隔震控制技术；研究 1 概述 2008年5月12日四川汶川发生8级强烈地震，作为灾后救援的生命线工程——道路桥梁工程遭到全面破坏，使救援部队不能按时到达灾区第一线，给国家、社会和人民的生命财产带来了巨大损失。 此次大地震虽过去了将近两年，但反思这次特大地震，再一次给我们铁路工程建设者敲响了警钟，铁路桥梁工程的安全及抗灾能力，直接关系到人民生命和财产的安全，建设者必须重视，作为建设工程的重要参与者——广大的设计人员更应高度重视。 通过汶川大地震的多座典型桥梁的震害，分析了此次大地震对公路桥梁破坏重而对铁路桥梁破坏较轻的机理，根据铁路桥梁的特点，从铁路桥梁的抗震概念设计、抗震计算设计、抗震构造设计等三个方面出发，提出了铁路桥梁在不同设计阶段的设想：工可研究阶段的抗震设计应以概念设计为主，计算和构造设计为辅；初设阶段的抗震设计应以计算设计为主，构造设计为辅；施工图设计阶段的抗震设计则主要以构造设计为主，计算设计为辅。指出了减轻铁路桥梁震害的有效途径之一是采用减隔震技术。 2汶川大地震的桥梁震害 2.1 公路桥梁的震害 汶川大地震中，作为灾后救援的生命线工程——道路桥梁工程遭到全面破坏。但公路桥梁和铁路桥梁的破坏程度有所不同，破坏部位也有差别。公路桥梁的震害主要是：<1）落梁：连续梁和简支梁落梁 桥例：都汶高速庙子坪大桥落梁的一孔是在伸缩缝的位置，其他几孔50m简支T梁破坏主要是挡块被剪切破坏，见图2-1。 <2）拱桥破坏：从破坏现象看，因落梁或者拱腿断裂所致
地震反应分析：动力方法Structural Response Analysis: Dynamic Methods 教师：李爽副教授 lleshuang@https://www.doczj.com/doc/6a6902229.html, 2015年4月10日 1
本章导读 ?多维动力分析输入的一般处理方法 ?多次动力分析结果的一般处理方法 ?增量动力分析法(Incremental Dynamic Analysis Method，IDA) ?云图分析方法(Cloud Analysis Method)?结构地震模拟振动台试验基本步骤 2
多维动力分析输入的一般处理方法?当结构采用三维空间模型等需要双向 （两个水平方向）或三向（两个水平一 个竖向）地震动输入时，其加速度峰值 可按1（水平1）：0.85（水平2）：0.65 （竖向）的比例调整 ?具体如何操作？ 3
4 多维动力分析输入的一般处理方法 （2）初步选择若干条地震动，将所选择地震动进行反应谱分析，并与设计反应谱绘制在一起 （3）计算结构振型参与质量达到XX %（如50%~90%）对应各周期点处的地震动谱值（或0.2T 1~1.5T 1）。检查各周期处的包络值与设计反应谱值相差是否不超过20%。如不满足，则回到第二步重新选择地震动 （4）将各地震动在主要周期点处各方向上的值，按1（水平1）：0.85（水平2）：0.65（竖向）加权求和，按该求和值从小到大的顺序输入地震动（仅针对振动台试验，数值 计算不用分先后顺序，因为后者没有损伤）（1）根据研究对象所在场地类型和设防烈度确定地震设计反应谱（加速度反应谱）
多次动力分析结果的一般处理方法 ?《规范》规定 特别不规则的建筑、甲类建筑和下表所列高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算；当取三组加速度时程曲线输入时，计算结果宜取时程法的包络值和振型分解反应谱法的较大值。当取七组及七组以上的时程曲线时，计算结果可取时程法的平均值和振型分解反应谱法的较大值 5
Indust rial Const ruct ion V ol.37,Supplement,2007 工业建筑 2007年第37卷增刊 城市桥梁地震反应中防碰撞措施分析 孙 立 霍立飞 (北京中交桥宇科技有限公司 北京 100011) 摘 要:在地震过程中城市桥梁上部相邻结构的碰撞,不仅使结构受损,甚至发生倒塌,这是地震工程研究领域一个关键而又难以解决的问题。给出各国规范对于落梁防止装置的规定,通过对工程实践中常采用的防碰撞措施进行分析,改进了常用的拉杆装置、落梁防止装置的设计方法,给出了简化的计算方法,可以更好的应用到工程实践中。 关键词:碰撞 桥梁 地震反应 POUNDING EFFEC TS IN ELEVATED BRIDGES DURING EARTHQUAKES Sun L i H uo L ifei (Beijing Zho ng jiaoqiaoy u T echnique Co.L td Beijing 100011) Abstract:P ounding of adjacent super structur e seg ments in elev ated bridg es during sev er e earthquake can result in sig nificant str uctur al damage.T he influence o f pounding on the st ructur al respo nse is significant in t he longit udinal direction o f the bridg e and significantly depends on t he g ap size betw een superstr ucture segments.In the study,the Code for seismic desig n of building s are co mpa red and analyzed,the method fo r decreasing pounding respo nse ar e analyzed,the desig n method for pr eventing the po unding r esponse ar e amended,t he r esult can be a pplied in the bridge design w ell. Keywords:pounding elevated br idge seismic r esponse 第一作者:孙 立 男 1973年4月出生 工程师收稿日期:2007-01-10 0 前 言 地震作用下简支梁桥的碰撞对结构的地震响应具有重要的影响。结构发生碰撞后,墩底弯矩和剪力以及梁体位移都比没有碰撞的时候大很多,碰撞后的墩底弯矩有的超过了墩的屈服弯矩,使结构进入非线性状态,而且较大的碰撞力可能使梁体被撞坏,发生落梁,这些都在很大程度上改变了结构的地震响应状态。简支梁桥的梁间距提供了上部结构因温差、收缩、徐变等影响所需的伸长和缩短的距离,在地震作用下梁间距除了要满足正常情况下上部结构的伸缩长度外,还应考虑到梁发生碰撞的情况。梁间距取值较小(一般小于6cm )或者取得较大避免碰撞发生时,墩底弯矩和剪力、梁的位移以及梁体间的碰撞力都相对较小。对于简支梁桥来说,梁间距要是取值较小,就不能满足上部结构因温差、收缩、徐变等影响所需的伸长和缩短的距离,因而虽然从理论上讲缩小梁间距有利于减轻结构的碰撞响应,但是实际上并不是可取的;另一个方面,当梁间距取得足够大能避免碰撞时,墩底弯矩和剪力以及梁体 位移都趋于一个稳定的值,且比有碰撞发生时要小, 因而在理论上这也是一种减轻碰撞作用的较为有利的梁间距;但是在实际工程中,较大的梁间距对于桥梁这种结构形式并不一定可行,因为增大梁间距的同时也增大了路面的不平顺,另外从经济角度上考虑,这种一味地靠增大梁间距来避免或是减小桥梁结构的碰撞响应也是不可行的 [1] 。 1 各国规范对于落梁防止装置的规定 我国现行的 公路工程抗震设计规范 (JT J 004-89)[2](以下简称 规范 )仅在第4 4 4条、第4 4 5条和4 4 15条中极为简单地提到了应考虑防止落梁的措施。 我国 规范 对落梁防止装置的设计没有量化的规定,而国外,如美国、日本、新西兰等国都有支承宽度和落梁防止装置的设计方法。这些方法大都采用静力分析手段进行弹性设计,比较简单但不能准确 704
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单元，设置拖拉方向的单元尺寸并清楚初始平面单元plane42，将平面单元进行拖拉，最后生成发电厂墙体的有限元立体几何模型。单元总数为6060个，总节点数为8174个，有限元模型如图2所示： 图2 发电厂墙体有限元模型 3.2 荷载说明
土木1103班谢立忠111120107（06） 地震对桥梁的影响 一、地震对桥梁的危害 桥台的震害 桥台是桥梁两侧岸边的支撑部分，一般是在岸边的原域填土上，用钢筋混凝土修建三角形或矩形的支台。因为桥台的路基高且三面临空，振动大，桥台和下面土的刚度不同，又相互作用，土体本身在地震中会产生液化、震陷破坏。 桥墩震害 桥墩是支撑桥身的主要构件，其震害主要包括桥墩的断裂、剪断和裂缝，其次还有桩柱因埋入深度不够等原因遭受破坏。 落梁震害 落梁是桥梁最严重的震害现象。地震时梁与桩柱发生位移，两岸桥台往河心滑移，引起岸坡滑移破坏。对于钢筋混凝土梁式桥，地震时该桥活动支座上的梁均从支座上脱落，固定支座钢板焊接缝均被破坏，桥墩压碎。 不良基础导致桥梁破坏 地震中大部分桥梁倒塌都是由于地基失效和砂土液化造成的，砂土液化通常指饱和粉细砂，在地震作用下失去抗剪能力，变为流动状态。地基失去承载力，使得位于上部土层的桥墩倾斜、滑移。 支座破坏 支座在桥梁结构中是一个非常重要的部分。桥梁的桥身并不是直接架放在桥墩上，必须安装防落梁支座，用来防止地震时位移过大而造成落梁。支座破坏是桥梁上部结构中最常见的一种破坏现象，相邻梁互相碰撞或梁的纵、横向位移，大多数都是以支座破坏为前导，强震时支座受到很大剪力和变形，这是桥梁上部就会脱离支座，产生落梁现象。 二、桥梁防震措施 隔震支座法 隔震支座法是在抗震应用的较为广泛的方法。这种方法是通过增加结构的柔性和阻尼来减小桥梁的地震反应的。采用减、隔震支座在梁体与墩、台的连接处，通过设计或是应用新材料来实现结构柔性和阻尼的增加。可以有效的减小墩、台所受的水平地震力，从根本上减小了地震的影响，提高了桥梁的抗震性能。 利用桥墩延性 桥墩的延性是抗震设计中可以加以利用的特点。由于桥墩自身是具有延性
振 动 与 冲 击 第26卷第9期 JOURNAL OF V I B RATI O N AND SHOCK Vol .26No .92007 地震作用下桥梁结构横向碰撞模型及参数分析 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50578118)收稿日期:2006-12-18 修改稿收到日期:2007-01-18第一作者邓育林男,博士生,1977年3月生 邓育林, 彭天波, 李建中 (同济大学桥梁系,上海 200092) 摘 要:针对桥梁结构在地震作用下梁体与横向挡块间的碰撞现象,采用非线性时程积分法,研究了横向地震作 用下梁体与挡块间的碰撞效应。通过对刚体碰撞模型分析,推导出阻尼常数与恢复系数间的关系表达式,在此基础上建 立了能考虑碰撞过程中能量损失的桥梁横向碰撞模型,并对碰撞刚度、初始间隙、恢复系数以及桥梁跨径等参数进行了影响分析。分析结果表明:最大撞击力随碰撞刚度和桥梁跨径的增大而增大,但随初始间隙的变化规律不明显;恢复系数对碰撞效应影响很大,忽略碰撞过程中的能量损失会高估碰撞反应。为减轻梁体与横向挡块间的碰撞效应,提出了挡块刚度的合理取值。 关键词:横向地震;非线性;碰撞效应;碰撞模型;参数分析 中图分类号:U442.5+5 文献标识码:A 最近二十余年,地球上发生的多次地震灾害对桥 梁抗震设计理论产生了巨大影响,并且开展了一系列深入研究。其中地震作用下,结构的碰撞被认为是影响结构地震反应和结构抗震性能的一个重要因素。许多桥梁结构地震震害表明:桥梁连接构造处的碰撞是 引起结构破坏的主要原因之一[1,2] 。从历次大地震中可知碰撞不但造成构造设施的损坏,而且还会引起相应构件内力急剧增大,对下部结构的延性能力要求增 加,甚至造成桥梁墩台脆性剪切破坏[3-5] 。 在桥梁工程中,为了防止落梁的震害或保证支座的抗震安全性,通常采用设置挡块的抗震措施。目前,各国学者对挡块的抗震性能研究不多,在国外,Shervin Maleki [6,7] 对简支梁桥上部结构与横向约束挡块间碰撞效应进行了研究,分析表明碰撞刚度、初始间隙和结构周期影响很大,同时指出忽略碰撞效应,将会低估挡块及下部结构的地震需求,在抗震设计中造成不安全的结果。其不足是采用的是线性碰撞模型,没有考虑碰撞过程中的能量损失。而在国内,目前的桥梁工程抗震规范仅把挡块作为一种构造措施,实际上挡块的作用对主体结构的地震反应有较大的影响,因而在地震反应分析中,分析挡块的作用以及横向碰撞效应就很有意义。本文通过刚体碰撞模型分析,推导出阻尼常数与恢复系数间的关系,在此基础上建立了简支梁桥横向碰撞简化模型,并进行了参数分析,得到了一些结论和规律,为减轻地震作用下碰撞效应提供依据。 1 刚体碰撞模型 对于混凝土简支梁桥, 上部结构横向刚度一般很 图1 刚体碰撞模型 大,可将其视为刚体,在与挡块发生碰撞时,由于碰撞持时很短,横向碰撞过程可以等效为图1刚体碰撞模型,其中m 为刚体质量,k 为碰撞刚度,c 代表碰撞 过程中的能量损失,假定在t =0时刻发生碰撞。 建立系统的运动方程 m x ?? +cx ? +kx +0x (0)=0,x ? (0)=υ (1) 对于小阻尼情况,上式解为: x (t )=A exp (-ξωn t )sin ωd t (2) 式中 ξ=c /(2m ωn )<1,A =υ0/ωd ,ωd =1-ξ2 ωn , ωn = k /m 。 由条件cx ? (t 0)+kx (t 0)=0或x ?? (t 0)=0可以得到碰撞接触时间。对式(2)求二阶导数并代入t =t 0得: -A exp (-ξωn t 0)[(1-2ξ2 )ωn sin ωd t 0+2 ξωd cos ωd t 0]=0(3)碰撞接触时间为上式的最小正解,即 t 0=π-arctan λωn 1-ξ 2,λ=2 ξ1-ξ2 1-2ξ2(4)同样,可以给出碰撞前后的速度关系,对式(2)求一阶导数并计算碰撞末t =t 0的速度:x ?(t 0)=υ0 1-2ξ2exp [-ξ1-ξ 2(π-arctan λ)]?co s (π-arctan λ)(5) 引入Ne wt on 恢复系数e,得到碰撞前后速度比:
结构地震反应分析 摘要：结构地震反应分析方法有很多，单自由度体系可以采用duhamel积分法，多自由体系可以采用振型分解法，和直接积分法。在工程实践中，根据建筑物的结构体系，抗震设防烈度，选择合适的方法，计算结构的动力特性和响应。本文对一个7层框架结构进行抗震计算，采用不同的计算方法计算结构动力特性和响应。 关键词：duhamel积分法多自由度体系振型分解法直接积分法 Structural seismic response analysis FeiJianWei Civil and traffic institute structural engineering 200820104470 Abstract: There are many methods for Structural seismic response analysis, single-degree-of-freedom system using duhamel integral method, more free system can use strikeout decomposition method, and the direct integral method. In engineering practice, according to the building of the structure types, the seismic fortification intensity, select the appropriate method to calculate the dynamic characteristics, and response. Article choose a 7 layers framework for earthquake-resistant calculation, using different calculation method to calculate the dynamic characteristics and response. Keywords: duhamel integral method ；multi-freedom system ；vibration mode decomposition method ；direct integral method 1 前言 建筑结构抗震设计首先要计算结构的地震作用，然后再求出结构和构件的地震作用效应。结构的地震作用效应就是指地震作用在结构中所产生的内力和变形，主要有弯矩、剪力、袖向力和位移等，最后将地震作用效应与其他荷载效应进行组合，并验算结构和构件的抗震承载力及变形，以满足“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设计要求。 结构的地震反应是指地震引起的结构振动，它包括地震在结构中引起的速度、加速度、位移和内力等。结构的地震反应分析属于结构动力学的范畴，比结构的静力分析要复杂得多。因为结构的地震反应不仅与地震作用的大小及其随时间的变化特性有关，而且还取决于结构本身的动力特性，即结构的自振周期和阻尼等。然而，地震时地面的运动是一种很难确定的随机过程，运动极不规则，而建筑结构又是一个由各种不同构件组成的空间体系，其动力特性也十分复杂。因此，地震引起的结构振动实际上是一种很复杂的空间振动。这样，在进行建筑结构的地震反应分析时，为了便于计算，常需做出一系列简化的假定[1]。 1.1 结构抗震理论的发展 近百年来，经过各国学者的共同努力，结构抗震理论的研究取得了长足的发展。结构抗震理论的发展可以划分为静力理论、反应谱理论和动力理论三个发展阶段。 1.1.1 静力理论 水平静力抗震理论创始于意大利，发展于日本，1900年日本学者大森房吉提出震度法的概念。该理论认为：结构物所受到的地震作用，可以简化为作用于结构的等效水平静力F，其大小等于结构重力荷载G乘以地震系数k，即： F =α G / g = kG(1.1)
反应谱分析和时程分析 从理论上讲，如果反映谱分析所用的反映谱是时程分析分析时用的地震波所产生的反映谱，而分析又限於弹性阶段，两者几乎没有差别，因为反映谱分析(取足够的模态)只是忽略了影响很小的高阶效应。 但是如果结构进入非弹性阶段，只有用时程分析。 反应普法有几个假设:1,结构是弹性反应,反应可以叠加;2,无土结的相互作用;3,质点的最大反应即为其最不利反应;4,地震是平稳随机过程. 而时程分析是把地震过程安时间步长分为若干段,在每时间段内安弹性分析,算出反应,然后再调整刚度和阻尼.总得一句话,就是步步积分法! ①反应谱方法是一种拟静力方法，虽然能够同时考虑结构各频段振动的振幅最大值和频谱两个主要要素，但对于持时这一要素未能得到体现，震害调查表明，有些按反应谱理论设计的结构，在未超过设防烈度的地震中，也遭受到了严重的破坏，这充分说明了持时要素在设计中应该被考虑。 ②反应谱方法忽略了地震作用的随机性，不能考虑结构在罕遇地震下逐步进入塑性时，因其周期、阻尼、振型等动力特性的改变，而导致结构中的内力重新分布这一现象。 ③反应谱方法假设结构所有支座处的地震动完全相同，忽略基础与土层之间的相互作用。时程分析方法是一种相对比较精细的方法，不但可以考虑结构进入塑性后的内力重分布，而且可以记录结构响应的整个过程。但这种方法只反应结构在一条特定地震波作用下的性能，往往不具有普遍性。 我国反映谱方法的曲线是由255条地震波的地震反映的平均值，而非包络值，体现的是共性，但无法反映结构进入塑性的整体结构性能。时程方法体现的是具体某条地震波的反映，不同地震波作用下结果的差异也很大，需要合理选波。 底部剪力法/反应谱法/时程分析法一些有用的概念