振型分解反应谱法
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振型分解反应谱法振型分解反应谱法就是用来计算多自由度体系地震作用得一种方法。
该法就是利用单自由度体系得加速度设计反应谱与振型分解得原理,求解各阶振型对应得等效地震作用,然后按照一定得组合原则对各阶振型得地震作用效应进行组合,从而得到多自由度体系得地震作用效应。
振型分解反应谱法一般可考虑为计算两种类型得地震作用:不考虑扭转影响得水平地震作用与考虑平扭藕联效应得地震作用。
适用条件(1) 高度不超过40米,以剪切变形为主且质量与刚度沿高度分布比较均匀得结构,以及近似于单质点体系得结构,可采用底部剪力法计算。
(此为底部剪力法得适用范围)(2) 除上述结构以外得建筑结构,宜采用“振型分解反应谱法”。
(3) 特别不规则得建筑、甲类建筑与规范规定得高层建筑,应采用时程分析法进行补充计算。
刚重比刚重比就是指结构得侧向刚度与重力荷载设计值之比,就是影响重力二阶效应得主要参数刚重比=Di*Hi/GiDi-第i楼层得弹性等效刚度,可取该层剪力与层间位移得比值Hi-第i楼层层高Gi-第i楼层重力荷载设计值刚重比与结构得侧移刚度成正比关系;周期比得调整将导致结构侧移刚度得变化,从而影响到刚重比。
因此调整周期比时应注意,当某主轴方向得刚重比小于或接近规范限值时,应采用加强刚度得方法;当某主轴方向刚重比大于规范限值较多时,可采用削弱刚度得方法。
同样,对刚重比得调整也可能影响周期比。
特别就是当结构得周期比接近规范限值时,应采用加强结构外围刚度得方法规范上限主要用于确定重力荷载在水平作用位移效应引起得二阶效应就是否可以忽略不计。
见高规5、4、1与5、4、2及相应得条文说明。
刚重比不满足规范上限要求,说明重力二阶效应得影响较大,应该予以考虑。
规范下限主要就是控制重力荷载在水平作用位移效应引起得二阶效应不致过大,避免结构得失稳倒塌。
见高规5、4、4及相应得条文说明。
刚重比不满足规范下限要求,说明结构得刚度相对于重力荷载过小。
但刚重比过分大,则说明结构得经济技术指标较差,宜适当减少墙、柱等竖向构件得截面面积。
振型分解反应谱法一、计算地震影响系数α,每个阵型周期不同,α取值不同。
1、根据《抗震》附录A 查城市的地震分组、烈度、及基本地震加速度2、根据地震分组地震烈度和多遇地震、罕遇地震,《抗震》表5.1.4-1查αmax3、根据地震分组和场地类型Ⅳ,《抗震》表5.1.4-2查T g , 8度9度罕遇地震增加0.05S.4、判断Tg< T1< 5 Tg 及,确定计算公式及2η 和γ注:除有专门规定外,建筑结构的阻尼比ζ应取0.05。
这时γ=0.9,η1=0.02,η2=1.0。
5、 最终确定α重力荷载代表值 表格5.1.3楼顶计算 楼板 +下半层墙体重力+活荷载×0+雪荷载×0.5+积灰荷载×0.5每层计算 楼板+上下半墙重量+等效均布活载×0.5(书库、档案活载×0.8)+实际情况的楼活载×1.0二、剪力的计算1、计算2F ji 为质点的地震力,每层剪力为Fji 从上而下的叠加值,绘制每层的剪力图 3、振型叠加:三、考虑地基与结构相互影响,剪力折减。
《抗规》5.2.7剪力折减的条件:1、8度、9度2、Ⅲ、Ⅳ类场地3、箱基或刚性较好的筏基和桩基联合基础4、钢筋混凝土高层建筑5、基本自振周期处于特征周期的1.2倍至5倍的范围内高宽比小于3的结构全高折减,高宽比不小于3的结构底层折减,顶层不折减,中间插值。
四、验算剪重比。
《抗规》5.2.5五、考虑扭转耦联作用。
《抗规》5.2.3边榀构件地震作用乘以放大系数,短边1.15,长边1.05;扭转刚度较小时放大1.3倍。
角部构件同时乘以两个方向的放大系数 )(s T 01.0g T g T 50.6αm ax2αηmax45.0αmax2)(αηαγT T g=max12)]5(2.0[αηηαγg T T --=()ji j j ji iF t XG αγ=S =底部剪力法一、前提条件判断1、不超过40m2、剪切变形为主3、质量刚度院高度比较均匀4、或者近似于单质点的结构体系二、计算重力荷载代表值Geq和地震影响系数α单质点:Geq=Ge多质点:Geq=0.85Ge计算地震影响系数α时8度9度罕遇地震增加0.05S.三、剪力计算T1>1.4Tg时,需计算顶部附加水平地震作用,加在主要屋面位置。
振型分解反应谱法一.MDOF 体系的振型分解法MDOF 体系地震反应方程:[]{}[]{}[]{}[]{})(t x I M x K x C x M g -=++ (1)令自然坐标下的位移{})(t x 通过正则坐标{})(t δ表示{}[]{})()(t X t x δ=, (2)也称为对式(1)进行正则变换。
其中,[]X 为振型矩阵。
利用振型关于质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵的正交性,则有)(22t x g j j j j j j j γδωδωξδ-=++ ),,2,1(n j = (3)其中∑∑===n j ji in j jii j X m X m 121γ (4)j γ称为第j 振型的振型参与系数。
再令)()(t t j j j λγδ= (5)则有 )(22t x g j j j j j j -=++λωλωξλ ),,2,1(n j = (6) 上式为标准的单自由度体系地震反应方程。
根据方程(6)的结果,利用(2)式计算自然坐标下的地震反应(振型叠加)∑∑∑∑∑∑============n j j ji j n j jji i n j jji j n j j ji i n j j ji j n j j ji i t X t X t x t X t X t x t X t X t x 111111)()()()()()()()()(λγδλγδλγδ (7)二.SDOF 体系的反应谱反应谱给出的是标准的单自由度体系的最大反应与周期及阻尼比的关系。
最大相对位移反应为),()(max j j D j T S t ξλ= (8) 最大相对速度反应为),()(max j j V j T S t ξλ= (9)最大绝对加速度反应为),()(max j j A j g T S t x ξλ=+ (10)三者有如下近似关系d j V j A S S S 2ωω≈≈ (11)三.SDOF 体系的振型分解反应谱法因SDOF 体系的反应谱只给出最大反应,对MDOF 体系,暂时也只能给出式(7)求和号之内各振型对应的最大反应。
一、引言abaqus是一种常用的仿真软件,在工程实践中被广泛应用。
振型分解反应谱法是abaqus中用于地震工程分析的一种方法,通过该方法可以有效地对结构在地震作用下的动力响应进行分析,为工程设计和安全评估提供重要参考。
二、振型分解反应谱法的基本原理1. 振型分解振型分解是指将结构的动力响应分解为一系列基本的振型模态的叠加。
在地震工程中,结构的动力响应可以通过对振型模态的分解来进行分析,这一过程对于确定结构的峰值加速度和位移响应具有重要意义。
2. 反应谱法反应谱法是一种结构动力分析的常用方法,它以结构的加速度、速度或位移等动力响应为基础,通过建立相应的反应谱曲线来描述结构在地震激励下的响应特性。
在abaqus中,可以使用反应谱法来模拟结构在地震作用下的响应情况。
三、abaqus中的振型分解反应谱法实现1. 模态分析在进行振型分解反应谱法分析之前,首先需要进行结构的模态分析,通过abaqus可以求解结构的振型频率和模态形状等信息。
2. 地震加载在模态分析之后,需要进行地震加载,abaqus可以根据不同的地震波形数据对结构进行加载,并求解结构在地震作用下的动力响应。
3. 振型分解通过abaqus可以进行振型分解,将结构的动力响应分解为一系列振型模态的叠加。
4. 反应谱计算根据振型分解的结果,可以利用abaqus中的反应谱分析功能,绘制结构在地震激励下的反应谱曲线,从而全面地了解结构的响应特性。
四、案例分析下面通过一个简单的案例来演示abaqus中振型分解反应谱法的实现过程。
1. 结构模型假设我们考虑一个简单的砖混结构,在abaqus中建立其有限元模型,并进行模态分析。
2. 地震加载选择适当的地震波形数据,对结构进行地震加载,求解结构的动力响应。
3. 振型分解对结构的动力响应进行振型分解,得到结构的振型频率和模态形状等信息。
4. 反应谱计算利用abaqus中的反应谱分析功能,绘制结构在地震作用下的反应谱曲线,分析结构的响应特性。
振型分解反应谱法振型分解反应谱法是用来计算多自由度体系地震作用的一种方法。
该法是利用单自由度体系的加速度设计反应谱和振型分解的原理,求解各阶振型对应的等效地震作用,然后按照一定的组合原则对各阶振型的地震作用效应进行组合,从而得到多自由度体系的地震作用效应。
振型分解反应谱法一般可考虑为计算两种类型的地震作用:不考虑扭转影响的水平地震作用和考虑平扭藕联效应的地震作用。
适用条件(1)高度不超过40米,以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构,以及近似于单质点体系的结构,可采用底部剪力法计算。
(此为底部剪力法的适用范围)(2)除上述结构以外的建筑结构,宜采用“振型分解反应谱法”。
(3)特别不规则的建筑、甲类建筑和规范规定的高层建筑,应采用时程分析法进行补充计算。
刚重比刚重比是指结构的侧向刚度和重力荷载设计值之比,是影响的主要参数刚重比=Di*Hi/GiDi-第i楼层的弹性等效刚度,可取该层与层间位移的比值Hi-第iGi-第i楼层重力荷载设计值刚重比与结构的成正比关系;的调整将导致结构侧移刚度的变化,从而影响到刚重比。
因此调整周期比时应注意,当某主轴方向的刚重比小于或接近规范限值时,应采用加强刚度的方法;当某主轴方向刚重比大于规范限值较多时,可采用削弱刚度的方法。
同样,对刚重比的调整也可能影响周期比。
特别是当结构的周期比接近规范限值时,应采用加强结构外围刚度的方法的影响较大,应该予以考虑。
规范下限主要是控制重力荷载在水平作用位移效应引起的二阶效应不致过大,避免结构的。
长细比长细比=计算长度/回转半径。
所以很显然,减小计算长度或者加大回转半径即可。
这里需要注意的是,计算长度并非实际长度,而是实际长度乘以长度系数,长度系数则与柱子两端的约束刚度有关。
说白了就是要看与柱相连的梁或者基础是否给力,如果这些构件的刚度越高,那么长度系数就越小,柱子的计算长度也就越短。
具体公式你可以去看钢结构规范,我记得长度系数的具体算法是附录D。
至于回转半径,那是个几何概念,你去看看基本的几何手册(当然要高中以上的)就明白如何加大回转半径了,大学课本上有。
高层设计的难点在于竖向承重构件(柱、剪力墙等)的合理布置,设计过程中控制的目标参数主要有如下七个:一、轴压比:轴压比不满足时的调整方法:1、程序调整:SATWE程序不能实现。
2、人工调整:增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度。
二、剪重比:剪重比不满足时的调整方法:1、程序调整:在SATWE的“调整信息”中勾选“”2、人工调整:如果还需人工干预,可按下列三种情况进行调整:1)当地震剪力偏小而层间侧移角又偏大时,说明结构过柔,宜适当加大墙、柱截面,提高刚度。
2)当地震剪力偏大而层间侧移角又偏小时,说明结构过刚,宜适当减小墙、柱截面,降低刚度以取得合适的经济技术指标。
3)当地震剪力偏小而层间侧移角又恰当时,可在SATWE的“调整信息”中的“全楼地震作用放大系数”中输入大于1的系数增大地震作用,以满足剪重比要求。
三、刚度比:刚度比不满足时的调整方法:2、人工调整:如果还需人工干预,可按以下方法调整:1)适当降低本层层高,或适当提高上部相关楼层的层高。
2)适当加强本层墙、柱和梁的刚度,或适当削弱上部相关楼层墙、柱和梁的刚度。
四、位移比:主要为限制结构平面布置的不规则性,以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。
见抗规,高规位移比不满足时的调整方法:1、程序调整:SATWE程序不能实现。
2、人工调整:只能通过人工调整改变结构平面布置,减小结构刚心与形心的偏心距;调整方法如下:1)由于位移比是在刚性楼板假定下计算的,最大位移比往往出现在结构的四角部位;因此应注意调整结构外围对应位置抗侧力构件的刚度;同时在设计中,应在构造措施上对楼板的刚度予以保证。
2)利用程序的节点搜索功能在SATWE的“分析结果图形和文本显示”中的“各层配筋构件编号简图”中快速找到位移最大的节点,加强该节点对应的墙、柱等构件的刚度;也可找出位移最小的节点削弱其刚度;直到位移比满足要求。
五、周期比:周期比不满足时的调整方法:1、程序调整:SATWE程序不能实现。
2、人工调整:只能通过人工调整改变结构布置,提高结构的抗扭刚度;总的调整原则是加强结构外围墙、柱或梁的刚度,适当削弱结构中间墙、柱的刚度;利用结构刚度与周期的反比关系,合理布置抗侧力构件,加强需要减小周期方向(包括平动方向和扭转方向)的刚度,或削弱需要增大周期方向的刚度。
当结构的第一或第二振型为扭转时可按以下方法调整:1)SATWE程序中的振型是以其周期的长短排序的。
“结构在两个主轴方向的动力特性(周期和振型)宜相近”。
3)当第一振型为扭转时,说明结构的抗扭刚度相对于其两个主轴(第二振型转角方向和第三振型转角方向,一般都靠近X轴和Y 轴)的抗侧移刚度过小,此时宜沿两主轴适当加强结构外围的刚度,并适当削弱结构内部的刚度。
4)当第二振型为扭转时,说明结构沿两个主轴方向的抗侧移刚度相差较大,结构的抗扭刚度相对其中一主轴(第一振型转角方向)的抗侧移刚度是合理的;但相对于另一主轴(第三振型转角方向)的抗侧移刚度则过小,此时宜适当削弱结构内部沿“第三振型转角方向”的刚度,并适当加强结构外围(主要是沿第一振型转角方向)的刚度。
5)在进行上述调整的同时,应注意使周期比满足规范的要求。
6)当第一振型为扭转时,周期比肯定不满足规范的要求;当第二振型为扭转时,周期比较难满足规范的要求。
六、刚重比:刚重比不满足时的调整方法:1、程序调整:SATWE程序不能实现。
2、人工调整:只能通过人工调整增强竖向构件,加强墙、柱等竖向构件的刚度。
七、层间受剪承载力比:层间受剪承载力比不满足时的调整方法:1、程序调整:在SATWE的“调整信息”中的“指定薄弱层个数”2、人工调整:如果还需人工干预,可适当提高本层构件强度(如增大柱箍筋和墙水平分布筋、提高混凝土强度或加大截面)以提高本层墙、柱等抗侧力构件的抗剪承载力,或适当降低上部相关楼层墙、柱等抗侧力构件的抗剪承载力。
上述几个参数的调整涉及构件截面、刚度及平面位置的改变,在调整过程中可能相互关联,应注意不要顾此失彼。
如果结构竖向较规则,第一次试算时可只建一个结构标准层,待结构的周期比、位移比、剪重比、刚重比等满足之后再添加其它标准层;这样可以减少建模过程中的重复修改,加快建模速度。
自振周期特征周期1、自振周期:是结构本身的动力特性。
与结构的高度H,宽度B有关。
当自振周期与地震作用的周期接近时,共振发生,对建筑造成很大影响,加大震害。
2、特征周期:是建筑场地自身的周期,抗震规范中是通过地震分组和地震烈度查表确定的。
结构的自振周期顾名思义是反映结构的动力特性,与结构的质量及刚度有关,具体对单自由度就只有一个周期,而对于多自由度就有同模型中采用的自由度相同的周期个数,周期最大的为基本周期,设计用的主要参考数据!而特征周期是,在地震影响系数曲线中,水平段与下降段交点的横坐标,反映了地震震级,震源机制(包括震源深度)、震中距等地震本身方面的影响,同时也反映了场地的特性;如软弱土层的厚度,类型等场地类别,所以我认为特征周期同时反映了地震动及场地的特性!它在确定地震影响曲线时用到!1.特征周期:是建筑物场地的地震动参数由场地的地质条件决定;2.自振周期有结构子身的结构特点决定用结构力学方法求解;主要指第一振型的主振周期3.结构的自振周期主要是避免与场地的卓越周期重合产生共振;4.卓越周期与特征周期有关;卓越周期由场地的覆盖土层厚度和土层剪切波速计算求解(见工程地质手册)。
设计特征周期:抗震设计用的地震影响系数曲线中,反映地震等级,震中距和场地类别等因素的下降段起始点对应的周期值.-----根据其所在地的设计地震分组和场地类别确定.详见抗震规范.自振周期:是结构本身的动力特性.与结构的H,B有关.当自振周期与地震作用的1/f 接近时,共振发生,对建筑造成很大影响.另外:目前就场地的有关周期,经常出现场地脉动(卓越)周期,地震动卓越周期和反应谱特征周期等名词。
就以上3个周期概念来说,其确切的含义是清楚的,场地脉动周期是在微小震动下场地出现的周期,也可以说是微震时的卓越周期;地震动卓越周期是在受到地震作用下场地出现的周期,一般情况下它大于脉动周期(一般~。
场地卓越周期反应场地特征,地震动卓越周期不但反应场地特征,而且反应地震特征(如近、远震则明显不同)。
由此可见二者震动干扰源有区别,另外反映的特征也是不同的。
反应谱特征周期一般是指规范反应谱平台段与下降衰减段的拐点周期,它表示规范反应谱值随周期变化的突变特征,是平均意义上的参数,它综合反映场地和地震环境的影响。
三者之间有一定关系,但概念不一样,在工程上不能等同。
-----结构自振周期、设计特征周期、场地卓越周期和脉动周期之间的关系。
自振周期T:结构按某一振型完成一次自由振动所需的时间,是结构固有的特性。
基本周期T1:结构按基本振型完成一次自由振动所需的时间。
通常需要考虑两个主轴方向的和扭转方向的基本周期。
设计特征周期Tg:抗震设计用的地震影响系数曲线的下降阶段起始点所对应的周期值,与地震震级、震中距和场地类别等因素有关。
场地卓越周期Ts:根据场地覆盖层厚度H和土层平均剪切波速Vs 计算的周期,表示场地土最主要的振动特征。
场地卓越周期只反映场地的固有特征,不等同于设计特征周期。
场地脉动周期Tm:应用微震仪对场地的脉动、又称为”常时微动”进行观测所得到的振动周期。
场地脉动周期反映了微震动情况下场地的动力特征,与强地震作用下场地的动力特性既有关系又有区别。
1、门式刚架问答一看弯矩图时,可看到弯矩,却不知弯矩和构件截面有什么关系答:受弯构件受弯承载力Mx/(γx*Wx)+My/(γy*Wy)≤f其中W为截面抵抗矩根据截面抵抗矩可手工算大致截面2、就是H型钢平接是怎样规定的答:想怎么接就怎么接,呵呵.主要考虑的是弯矩和/或剪力的传递.另外,在动力荷载多得地方,设计焊接节点要尤其小心平接:3、“刨平顶紧”,刨平顶紧后就不用再焊接了吗答:磨光顶紧是一种传力的方式,多用于承受动载荷的位置。
为避免焊缝的疲劳裂纹而采取的一种传力方式。
有要求磨光顶紧不焊的,也有要求焊的。
看具体图纸要求。
接触面要求光洁度不小于,用塞尺检查接触面积。
刨平顶紧目的是增加接触面的接触面积,一般用在有一定水平位移、简支的节点,而且这种节点都应该有其它的连接方式(比如翼缘顶紧,腹板就有可能用栓接)。
一般的这种节点要求刨平顶紧的部位都不需要焊接,要焊接的话,刨平顶紧在焊接时不利于融液的深入,焊缝质量会很差,焊接的部位即使不开坡口也不会要求顶紧的。
顶紧与焊接是相互矛盾的,所以上面说顶紧部位再焊接都不准确,不过也有一种情况有可能出现顶紧焊接,就是顶紧的节点对其它自由度的约束不够,又没有其它部位提供约束,有可能在顶紧部位施焊来约束其它方向的自由度,这种焊缝是一种安装焊缝,也不可能满焊,更不可能用做主要受力焊缝。