结构动力学结构地震响应分析
地震动力学结构响应分析
地震动力学结构响应分析地震是指因地壳运动而引起的地面震动现象。
当地震发生时，地面会发生较大的变动，可以对安置在地面上的建筑、桥梁等造成极大的震动影响。
因此，在设计和建造建筑物、桥梁等工程前，需要进行地震动力学结构响应分析，以确保工程的安全性和可靠性。
地震动力学结构响应分析是建筑物抗震设计的关键步骤之一。
其基本思想是将建筑物视为弹性体系，并通过分析地震过程时，建筑物的动态响应情况，分析建筑物在地震过程中的受力状态和变形情况，以评估建筑物抗震性能的优劣。
地震动力学结构响应分析的基本原理是建立建筑物抗震分析的数学模型。
常见的抗震分析方法有静力弹性分析、动力弹性分析、非线性弹塑性分析等。
静力弹性分析是利用静态力学原理进行分析和计算的方法，在分析过程中忽略建筑物的惯性力和阻尼力等因素。
动力弹性分析是利用地震动力学原理进行分析和计算的方法，考虑建筑物的惯性力和阻尼力等因素。
非线性弹塑性分析是利用材料的非线性特性进行分析和计算的方法，考虑建筑物材料在地震过程中的变形和破坏。
地震动力学结构响应分析需要对其进行合理的模拟和分析。
常用的分析工具有ABAQUS、ANSYS、LS-DYNA等多种软件。
这些软件可以对建筑物进行三维建模和仿真，对建筑物抗震分析进行数字计算和分析。
在进行地震动力学结构响应分析前，需要获取地震特性参数。
地震特性参数包括地震波速度、地震频率、地震响应谱等。
这些特性参数可以通过震级和震中距离等因素进行计算和估计。
建筑物抗震设计是一个复杂的过程，需要考虑多种因素和因素的相互影响。
在地震动力学结构响应分析中，还需要考虑建筑物的结构形式、材料性能、地基情况等因素。
因此，需要进行多种抗震分析和多种预测和评估。
总之，地震动力学结构响应分析是建筑物抗震设计的重要环节。
通过对建筑物的动态响应分析，可以评估建筑物在地震过程中受力和变形情况，并为抗震设计提供可靠的数据和信息。
同时，科学的抗震分析和设计可以提高建筑物的抗震性能，保障建筑物安全性和可靠性。
浅谈结构动力学在桥梁抗震工程中的应用
浅谈结构动力学在桥梁抗震工程中的应用摘要:随着经济的发展和科学技术的进步,人们越来越关心一些重大工程的安全问题,对一些工程的安全设计标准和校核的要求变得更高。
人们也开始展开对桥梁中存在的一些结构动力特性的研究,结构动力学相关理论越来越广泛地应用于桥梁结构抗震设计、桥梁结构故障诊断和桥梁结构健康状态监测等工程技术领域。
关键词:结构动力学;桥梁抗震工程;动力特性;性能;水准引言结构动力特性被广泛应用于桥梁结构技术状态评估中,由此涉及到一些结构动力学基本概念的理解和实际应用的问题.本文就桥梁中存在的一些动荷载等相关问题,指出结构动力学知识在桥梁结构抗震安全方面重要的应用。
桥梁通常作为一条线路的重点控制工程而建设,作为路线的关键节点,一旦损坏甚至垮塌,将直接使所在路线瘫痪,其重要性不言而喻。
如何使桥梁正常行使工程职能,尤其是对抗极端条件的能力,是桥梁设计师要考虑的头等问题。
地震作为常见自然灾害之一,也是工程师要考虑的不利因素。
地震具有突然性、破坏性强、破坏面广等特点。
如果不进行针对性的设计,桥梁可能无法抵御灾害的破坏而失去使用职能。
1976年的唐山大地震造成的破坏震惊了世界,也给桥梁研究人员提出了新的课题。
在国家大力支持下,几十年来,我国的桥梁抗震研究硕果累累,已经基本和国外同行站在了同一起跑线上。
1.结构动力学分析结构动力学作为结构力学的一个分支,着重研究结构对于动荷载的响应,以便确定结构的承载能力和动力学特性,或者为改善结构的性能提供依据。
结构动力学考虑了结构因变形而产生的弹性力,任何结构所受的荷载都具有不同程度的动载荷性质,结构动力学中动力荷载下所受的荷载比静力学中的静力荷载下所受的荷载要高,而且有大部分重大工程结构主要在振动环境下工作,我们应充分考虑结构不安全的一面,尽可能的减少大型工程中的风险以保证人们生命财产安全。
结构动力学的理论和动力学实验研究不仅为结构动力学深一步的理论分析奠定了基础,而且成为解决实际工程问题的重要手段。
5第七讲 地震响应与谱分析
载荷和边界条件：对于基础激励，一定要约 束适当的自由度
文件：.mode文件包含有特征向量，并且此 文件要用于频谱求解
响应谱分析步骤
获得模态解命令（接上页）
MODOPT，…
MXPAND，…
! BC’s DK，…. ! 或 D 或 DSYM DL，… DA，….
响应谱分析步骤
建模
模型： • 建模的注意事项与模态分析相同 • 仅考虑线性的单元及材料，忽略各种非线性 • 记住密度的输入，同时如果存在依赖于材料的阻
尼，也必须在这一步中定义
建模的典型命令流(接上页)
/PREP7 ET，... MP，EX，... MP，DENS，…
! 建立几何模型 …
! 划分网格 …
一、地震谱分析步骤
典型命令：
BETAD，… DMPRAT，… MDAMP，设置： 频谱的类型： 地震或作用力（不是PSD） 地震频谱- 自动地施加于基础上 作用力频谱-人工地作为力施加于要求
的各节点上 激励方向（总体直角坐标系）： 对于地震频谱，定义为一个单位矢量，
1，0，0指的是在x方向；0，1，0指 的是y方向，0，0，1指的是z方向 对于作用力频谱，符号FX，FY，FZ已 经表示方向
•典型命令：
SVTYPE，…
SED，...
响应谱分析步骤
定义响应频谱（接上页）
频谱值对频率的表格： • 首先定义频率表格，允许达到20个点 • 然后定义相应的频谱值： 只有对于多条频谱曲线才能指定阻尼比 对于作用力频谱，频谱值可通过施加的
– 在求解阶段，执行这条操作的命令已写入 .mcom文件中 – 采用Utility Menu > File > Read Input from...读取
结构动力学理论及其在地震工程中的应用
结构动力学理论及其在地震工程中的应用结构动力学（StructuralDynamics）是指研究结构物受外力影响时所产生的动态响应的一门学科。
结构动力学理论是工程力学中的一个重要研究方向，其研究内容涉及结构物力学特性、物理性能、振动响应等方面。
结构动力学理论与地震工程密切相关，在地震工程中有着重要的应用。
由于地震灾害多发于地震活跃区，而地震对结构物的影响是一种级数变化的过程，在各个阶段的振动具有不同的特征，所以对结构物的振动响应变化是有必要去全面地去研究的。
结构动力学理论就是用来研究结构物受外力影响时所产生的动态响应的理论。
因此，结构动力学理论在地震工程中可以被用来分析地震灾害发生时结构物的振动响应，从而有效地控制和减少振动对结构物造成的损伤，实现抗震。
结构动力学理论在地震工程中的应用主要有三个方面：一是地震动力学分析，即地震动作用下结构物的动力分析，采用结构动力学理论可以有效地估算结构物在地震作用下的振动、变形、受力等物理参数；二是地震防护结构设计，即对结构物进行地震防护结构设计，采用结构动力学理论可以有效优选地震防护措施，设计抗震性能更优的防护结构，从而减少地震破坏的可能性；三是地震控制，即采取各种措施控制地震作用下结构物的振动，采用结构动力学理论可以有效地设计抗震降谐装置，以阻抗地震震动对结构物的损伤。
总之，结构动力学理论及其在地震工程中的应用是地震灾害控制与防治方面的重要理论依据，其正确运用可以有效地控制和减少地震破坏的可能性，是实现抗震的重要技术手段。
在实际工程中，在防治地震灾害之前，必须充分利用结构动力学理论，做到实施有效的抗震设计。
以上就是有关结构动力学理论及其在地震工程中的应用的讨论。
由此可见，结构动力学理论在地震工程中的应用是不可或缺的，是地震灾害防治中的重要手段。
未来，结构动力学理论必将受到越来越多的关注，对抗震的研究也将更加深入，为提高地震灾害防治水平做出贡献。
工程力学中的动力学分析在建筑设计中的应用
工程力学中的动力学分析在建筑设计中的应用动力学分析是工程力学中重要的内容之一，它在建筑设计中发挥着关键作用。
通过对建筑结构在动力加载下的反应进行分析，可以提供有关结构的稳定性、振动响应以及抗震性能等方面的重要信息，为建筑设计提供有效的科学依据。
本文将介绍工程力学中的动力学分析在建筑设计中的应用。
一、动力学分析的概述动力学分析是研究物体在作用力作用下变化规律的学科。
它主要包括对物体的位移、速度、加速度等动力学参数的分析。
在建筑设计中，动力学分析主要用于分析建筑结构在外力作用下的响应情况，包括自由振动、强迫振动以及地震响应等。
二、建筑结构的振动分析1. 自由振动自由振动是指建筑结构在无外力作用下，由于其自身初始条件的影响而进行的振动。
通过自由振动分析，可以确定建筑结构的固有频率和振型，为后续的强迫振动分析提供依据。
2. 强迫振动强迫振动是指建筑结构在外界作用力驱动下进行的振动。
通过强迫振动分析，可以了解建筑结构在外力作用下的响应特性，如位移、速度和加速度等。
这对于评估建筑结构的舒适度以及振动对设备和结构的影响具有重要意义。
三、地震响应分析地震是建筑设计中需要重点考虑的力量来源之一。
建筑结构必须能够抵御地震力的作用，保证建筑的安全性和稳定性。
地震响应分析通过对结构在地震作用下的动力学响应进行计算和分析，可以评估结构的抗震性能，并指导抗震设计。
四、动力学分析在建筑设计中的应用举例1. 建筑结构优化设计通过动力学分析，可以识别出结构的关键部位和薄弱环节，为优化设计提供依据。
通过调整结构的几何形状、材料和连接方式等参数，可以提高结构的抗震性能和舒适度，降低结构的振动响应。
2. 防震设施的设置地震响应分析可以用于评估建筑结构的抗震性能。
根据分析结果，可以确定防震设施的设置方案，如加固结构、设置减震器和阻尼器等。
这些设施可以有效地减小地震对建筑物的影响，提高结构的抵抗能力。
3. 振动控制与舒适度评估动力学分析可以用于评估建筑结构的振动对舒适度的影响。
结构动力学结构地震响应分析
求解地震作用下结构内力得方法: 1、比较精确得方法: 建立结构体系得动力学模型,根据在地震作用下得 位移反应,利用刚度方程,直到求解内力。 适用情况:理论分析。 2、近似方法: 根据地震作用下结构得加速度反应,求出该结构体 系得惯性力,将此惯性力视作为一种反映地震影响 得等效力,即地震作用,再进行结构静力计算,求出各 构件内力。 适用于:结构设计。
1、3、1 地震震级
地震震级就是表征地震强弱得指标,就是地震释放多少 能量得尺度。 小于2级得地震人们感觉不到; 5级以上得地震就要引起不同程度得破坏,统称为破坏性 地震;7级以上地震称为强烈地震。
地震烈度:就是地震对地面影响得强烈程度,主要依据 宏观得地震影响和破坏现象等方面来判断。 地震烈度就是表示某一区域范围内地面和各种建筑 物受到一次地震影响得平均强弱程度得一个指标。
因此,多质点体系得等效总重力荷n载即为:
Geq 0.85 Gi
i 1
2、 质点得地震作用
➢ 在求得结构得总水平地震作用后,将其分配到各个质点,可以 得到各质点得地震作用。
x(t)
x(tk1 )
x(tk1 )(t
tk1 )
1 2
x(tk1 )(t
tk 1 ) 2
1 6
x(tk ) x(tk 1 ) tk tk 1
(t
tk1 )
xk
xk 1
xk1t
1 2
xk 1
t
2
1 6
(
xk
xk1 ) t 2
xk 1
x k 1t
1 3
xk1t 2
航站楼屋盖大跨度钢结构动力特性地震响应分析
航站楼屋盖大跨度钢结构动力特性地震响应分析一、内容综述随着科技的飞速发展，世界范围内的基础设施建设不断取得新的突破。
在众多的基础设施项目中，航站楼屋盖大跨度钢结构作为重要的结构形式，其动力特性及其抗震性能的研究逐渐受到人们的关注。
本文旨在对近年来航站楼屋盖大跨度钢结构在地震作用下的动力特性进行详细阐述，以期为相关领域的科研和工程实践提供有益的参考。
航站楼屋盖大跨度钢结构具有空间刚度大、结构形式多样、材料种类繁多等特点。
在地震作用下，这些特点使得钢结构易产生复杂的振动现象，如颤振、模态转换、振动衰减等。
这些振动不仅会影响建筑物的正常使用，还可能对结构的安全性造成严重威胁。
对航站楼屋盖大跨度钢结构的地震响应进行分析，具有重要的理论意义和实际应用价值。
关于航站楼屋盖大跨度钢结构地震响应的研究已取得了一定的成果。
由于钢结构本身的复杂性和地震作用的随机性，现有的研究仍存在一定的局限性。
对于不同地震动特性、不同截面形式的钢结构，其地震响应规律尚不完全明确；对于钢结构的减震控制技术，也缺乏系统的研究和实证分析。
本文拟在现有研究的基础上，进一步深入探讨航站楼屋盖大跨度钢结构的地震响应问题，为相关领域的研究提供新的思路和方法。
本文还将对航站楼屋盖大跨度钢结构在地震作用下的动力特性进行详细的实验研究。
通过搭建足尺模型，利用激光测振仪、高速摄像机等多传感器技术，对钢结构的地震响应进行实时、精确的测量。
还将开展振动台试验，模拟实际地震环境下的钢结构动力响应行为。
这些实验研究将为理论分析提供有力的支撑，也为后续的结构设计和减震控制技术的研究提供新的途径。
本文将对航站楼屋盖大跨度钢结构在地震作用下的动力特性进行深入研究，旨在为航站楼屋盖大跨度钢结构的设计、施工和抗震性能评估提供理论依据和技术支持。
通过实验研究，揭示钢结构在地震作用下的动力学行为，为相关领域的研究和应用提供新的思路和方法。
1. 航站楼屋盖结构的重要性在现代交通枢纽中，航站楼屋盖结构承载着重要的功能。
桥梁结构地震反应分析
g / 1 达到最大值 共振
2.方程的特解II——冲击强迫振动
地面冲击运动：
xg
(
)
x0g
0 dt dt
对质点冲击力：
P
mxg 0
0 dt dt
质点加速度（0～dt）：
a
P m
xg
dt时刻的速度：
V
P m
dt
xg dt
dt时刻的位移： d 1 P (dt)2 0 2m
4.1 概述
1.基本概念：
地震作用——地震引的结构振动，在结构中产生动力荷载效 应（内力、变形等），属于间接作用。地震作用是建筑抗震 设计的基本依据，取决于地震强弱、场地、结构动力特性等。
地震作用效应——地震作用在结构中产生的内力和变形。
结构动力特性——结构固有的动力性能，如自振周期、阻尼、 振型等。
C —— 阻尼系数
＊弹性恢复力 ——由结构弹性变形产生
f r kx k —— 体系刚度
力的平衡条件：
fI fc fr 0
mx cx kx mxg
令 k c
m
2m
x 2x 2 x xg
二、运动方程的解
自由振动：在没有外界激励的 情况下结构体系的运动
1.方程的齐次解——自由振动
M
g (t) (t)
kH
g max
g
定义为水平地震系数， 根据抗震设防烈度选用
g (t)
图 4.11
单质点体系示意图
g
max
g max
为动力放大系数，根据选定的反应谱曲线 及体系的自振周期确定
规范中，还引入综合影响系数 Cz ，以考虑结构的延性耗能作用，则
P Cz kH . W
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.4 地震灾害与抗震设防
地震灾害：
1、地表破坏 2、建筑物破坏 3、次生灾害
结构抗震设防： 三水准的设防目标： 小震不坏、设防烈度可修、大震不到。
抗震设防目标的实现： 第一水准：按弹性计算结构在多遇地震下的内力进行强 度计算可保证小震不坏的设防目标； 第二水准：主要通过概念设计以及构造措施来保证； 第三水准：对脆性结构主要从抗震措施上加强；对延性 结构则进行弹塑性变形验算加以保证。
1.1 地震成因及地震类型
1.1.1 地球的构造
地壳：地球外表面的一层薄壳。最薄处约5km，地震多发于此。
1.1.2 地震的发生过程
地球内部由于某种原因发生振动，并以波的形式传递到地表引 起地面震动。 内部发生振动的地方称之为震源。 震源在地表的投影叫震中。 震源至地面的垂直距离叫震源深度。 根据震源深度以60m，300m为限将地震划分为：浅源地震、 中源地震、深源地震。 浅源地震危害大。
x
x(t k 1 )
t tk 1 tk tk 1
[x(tk
)
x(t k 1 )]
在区间 [tk, tk+1] 内对上式进行积分,得:
单自由度体系地震反应的数值计算：
t
tk 1
x(t)dt
单自由度体系结构的地震反应
概述
一.建筑结构的地震反应： *地震反应：地面运动作用于房屋,在房屋结构中产生的内力、
变形、位移速度和加速度。 *影响地震反应的因素：房屋结构的动力特性、地面运动特性
(幅值、频谱特性、持续时间)等。 *求解动力学问题，很复杂。分析中需要进行简化。 二.建筑结构的动力计算简图： 房屋结构的简化：一般将一单层房屋集中为一个质点，将竖
单自由度体系在任意荷载作用下的受迫振动：
1)一般动力荷载作用下的动力反应：
dx(t)
e (t )
P ( m
) 't
)d
杜哈梅积分
x(t)
t 0
e (t )
P( ) m '
s in ' (t
)d
2)地面运动作用情况：
x(t)
t 0
e
(t )
P( ) m '
sin (t
)d
x(t)
1 '
t 0
xg ( )e (t ) sin '(t )d
2、运动方程数值计算：
1）分析方法：
x(t) 2x(t) 2 x(t) xg (t)
将时段[0,T]划分为n个时间段:
单自由度体系地震反应的数值计算：
将时段[0,T]划分为n个时间段:
to , t1 ,, tk1 , tk t t n1, n
当 t tk 时 x(tk ) 2x(tk ) 2 x(tk ) xg (tk )
在tk, tk+1内设定某种变化规律, 从而根据tk时刻值,求得 tk+1时刻的值。 2）线性加速度法：假定[tk, tk+1] 内的加速度满足下式:
1.1.3 地震的成因与类型
根据地震成因来分： 构造地震： 火山地震； 塌陷地震； 水库引发地震：
1.2 地震波以及传播
地震以波的形式由震源传递到地表。地震波分为：体波和面波。 1.2.1 体波
体波是指通过地球本体内传播的波，包含纵波、横波。
纵波：质点振动方向与波的传递方向一致的波。 横波：质点振动方向与波的传递方向垂直的波。 纵波为压缩波，无论是在固体内还是液体内均能传播。 横波为剪切波，只能在固体内传播。
通过两种波速的比较可见： 纵波的传播速度快于横波， 即纵波先到达地面
1.2.2 面波
瑞雷波振动轨迹剖面(a)和射线(b)
面波是指介质表面或地球表面及其附近传播的波，一般认为是体 波经地层界面多次反射形成的次生波，包含瑞雷波和乐普波。 乐普波的传播是质点在与波的传播方向相垂直的水平方向的剪切 型运动。质点在水平方向振动与波行进方向耦合后会产生水平扭 转分量。
1.2.3 地震波的主要特新及其在工程中的应用 1、地震加速度波形的频谱特性及持续时间的影响
软土地基上地震加速度波形中长周期的分量比较显著，而硬土地基 上加速度波形则包含多种频谱成分，一般短周期的分量比较显著。 长时间持续的地震冲击作用下，结构物的破坏与静载作用下的破坏 值相差较大。
1.3 地震震级与地震烈度
向构件质量集中至上下两端，忽略质量的扭转效应，按单自由 度考虑。 三.地震反应分析的目的：计算地震作用下结构的内力，进行结 构抗震设计。
求解地震作用下结构内力的方法： 1、比较精确的方法： 建立结构体系的动力学模型，根据在地震作用下的 位移反应，利用刚度方程，直到求解内力。 适用情况：理论分析。 2、近似方法： 根据地震作用下结构的加速度反应，求出该结构体 系的惯性力，将此惯性力视作为一种反映地震影响 的等效力，即地震作用，再进行结构静力计算，求 出各构件内力。 适用于：结构设计。
1.3.1 地震震级
地震震级是表征地震强弱的指标，是地震释放多少能量 的尺度。 小于2级的地震人们感觉不到； 5级以上的地震就要引起不同程度的破坏，统称为破坏 性地震；7级以上地震称为强烈地震。
地震烈度：是地震对地面影响的强烈程度，主要依 据宏观的地震影响和破坏现象等方面来判断。 地震烈度是表示某一区域范围内地面和各种建筑物 受到一次地震影响的平均强弱程度的一个指标。
用P( ) mxg ( )代入
x(t)
t 0
e
(t )
P( ) m
sin '(t
)dt
特点：不规则、不能用函数表示，如何求解运动方程?
单自由度体系地震反应的数值计算：
1、地面运动作用下的位移反应， 代入
杜哈美积分中用 P( ) mxg ( )
波速可以按下式计算：
Vp
E(1 ) (1 )(1 2 )
2G
E
G
Vs
2(1 )
Vp 2(1 ) Vs 1 2
式中
Vp — 纵波波速 Vs — 横波波速 E — 介质的弹性模量 γ— 介质的泊松比； ρ— 介质的密度； G — 介质的剪切模量； λ— 拉梅常数