《时程分析方法》PPT课件

个结构的竖向承重构件成一根竖向杆。用结构每层的侧移刚 度代表竖向杆刚度，形成一底部嵌固的串联质点系模型即称 为层模型。层模型取层为基本计算单元。采用层恢复力模型 以表征地震过程中层刚度随层剪力的变化关系。
层模型的基本假定：（1）建筑各层楼板在其自身平面内 刚度无穷大，水平地震作用下同层各竖向构件侧向位移相同； （2）建筑刚度中心与其质量中心重合，水平地震作用下无绕可分为三类．即剪
切型、弯曲型与剪弯型，如图所示，若结构侧向变形主要为
层间剪切变形（如强梁弱柱型框架等)，则为剪切型，若结构
侧向变形以弯曲变形为主（加剪力墙结构等），则为弯曲型；
若结构侧向变形为剪切变形与弯曲变形综合而成（如框剪结
构、强柱弱梁框架等），则为剪弯型。
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数量、频谱、强度、持时全方位考虑！
输入地震动分为三种类型：1)拟建场地的实际强震记录；2) 典型的强震记录；3)人工模拟地震波。
输人的地震波，应优先选取与建筑所在场地的地震地质 环境相近似场地上所取得的实际强震记录(加速度时程曲线)。 所选用的强震记录的卓越周期应接近于建筑所在场地的自振 周期，其峰值加速度宜大于100gal。此外，波的性质还应与建 筑场地所需考虑的震中距相对应。－《美国规范》规定
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输入地震动选择
• 《2008桥梁抗震规范》：时程分析的最 终结果，当采用3组时程波计算时，应取 3组计算结果的最大值;当采用7组时程波 计算时，可取7组 计算结果的平均值。在 E1地震作用下，线性时程的计算结果不 应小于反应谱计算结果的80%。
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输入地震动的选择
最好的办法是？
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结构时程分析的计算模型
结构分析时均要根据结构形式、构造、 受力特点、计算机容量、要求的精度等各 种因素，选择既能较真实地描述结构中力 －变形性质，又能使用简便的力学计算模 型。
这里将介绍最常用的层模型、杆模型以 及有限元模型。
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层模型
视结构为悬臂杆。将结构质量集中于各楼层处，合并整
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杆系模型
杆系模型采用杆件恢复力模型以表征地震过程中 杆单元刚度随内力的变化关系，可方便考虑弹塑性阶 段杆单元刚度沿杆长的变化。
根据建立单元刚度矩阵时是否考虑杆单元刚度沿 杆长的变化，已提出了两类杆单元刚度计算模型：集 中刚度模型、分布刚度模型。集中刚度模型将杆件塑 性变形集中于杆端一点处来建立单元刚度矩阵，不考 虑弹塑性阶段杆单元刚度沿杆长的变化。分布刚度模 型则考虑弹塑性阶段杆单元刚度沿杆长的变化，按变 刚度杆建立弹塑性阶段杆单元刚度矩阵。
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输入地震动的选择
《规范规定》：采用时程分析法时应按建筑场地类别和设 计地震分组选用不少于二组的实际强震记录和一组人工模拟的 加速度时程曲线，其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范给出的相应值，弹性时程分析时，每条 时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计 算结果的65% 多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不 应小于振型分解反应谱法计算结果的80%。
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有限元模型
将建筑结构离散为层间模型或杆系模型，当然可以看成是 有限元模型。由于这两种模型都使用了楼盖平面内刚度无限大 的假定，楼层基本自由度数目大大减小，使问题得以简化，有 利于提高计算效率。
但是，对弹性楼板问题、多塔楼问题、柔性楼盖问题，不 能继续沿用这一假定。使用杆元、板(壳)元、体元、索元、接 触单元等建立的结构计算模型，适合于更为复杂的结构构造， 这种模型叫做有限元模型。因为单元划分尺度可以根据结构受 力工作状态确定，这种模型适合于复杂的结构情况，对一维、 二维和三维问题都是有效的。
时程分析方法
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时程分析法概念
时程分析法是对结构物的运动微分方程直接进行逐 步积分求解的一种动力分析方法。由时程分析可得到各质 点随时间变化的位移、速度和加速度动力反应，并进而可 计算出构件内力的时程变化关系。由于此法是对运动方程 直接求解，又称直接动力分析法。
直接动力分析包括确定性动力分析与非确定性动力分 析两大类，即确定性动力分析中的时程分析法与非确定性 分析的随机振动分析法，这里主要介绍时程分析法。
为减小自由度，提高计算速度，也可以在局部(如转换层部 位、结构构造复杂部位)使用划分较细的有限元，在一般部位使 用杆系模型，比如使用楼盖分块刚度无限大的假定建立的模型。
《抗震规范》规定，重要的工程结构，例如：大跨桥 梁，特别不规则建筑、甲类建筑，高度超出规定范围的高 层建筑应采用时程分析法进行补充计算。
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结构弹塑性时程分析方法的步骤
（1）按照建筑场址的场地条件、设防烈度、震中 距远近等因素，选取若干条具有不同特性的典型强 震加速度时程曲线，作为设计用的地震波输入；
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输入地震动的选择
地震动输入对结构的地震反应影响非常大。目前的现状是， 输入地震动的选择大多选择为数不多的几条典型记录（如： 1940年的El Centro（NS）记录或1952年的Taft记录），国内外 进行结构时程分析时所经常采用的几条实际强震记录主要有适 用 于 I 类场地 的 滦河波 、 适用于 II 、 III类 场 地的 El-Centrol 波 (1940，N-S)和Taft波（1952，E-w）、适用于IV类场地的宁河波 等。
（2）根据结构体系的力学特性、地震反应内容要 求以及计算机存储量，建立合理的结构振动模型；
（3）根据结构材料特性、构件类型和受力状态， 选择恰当的构件恢复力模型，并确定相应线段的刚 度数值；
（4）建立结构在地震作用下的振动微分方程：
（5）采用逐步积分法求解振动方程．求得结构地 震反应的全过程。
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层模型
利用层模型则可确定结构的层间剪力与层间侧移。工程
实践中，层模型主要被用于检验结构在罕遇地震作用下的薄弱
层位置及层间侧移是否超过允许值，并校核层剪力是否超过结
构的层极限承载力。精选ppt
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杆系模型
视结构为杆件体系。取梁、柱等杆件为基本计 算单元。将结构质量集中于各结点．即构成杆系模 型，如下图所示。