哈工大几种结构抗震分析方法
哈工大地震工程课件工程地震部分第六人造
次生灾害防范实例
总结词：通过实际案例，了解次生灾害的防范措施和应对方法。
唐山大地震后引发的大火造成了严重的人员伤亡和财产损失。通过加强消防管理和 应急救援，可以有效地减少火灾造成的损失。
汶川地震后引发的泥石流灾害造成了大量人员伤亡和财产损失。通过加强监测和预 警，以及采取适当的防范措施，可以有效地减少泥石流造成的损失。
哈工大地震工程课件 工程地震部分第六讲
目录
CONTENTS
• 地震成因与分类 • 地震工程概述 • 地震灾害与防灾减灾 • 工程抗震设防与加固 • 地震现场应急处置与次生灾害防范 • 地震工程案例分析
01 地震成因与分类
地震成因
01
02
03
04
构造地震
由于地下深处岩层错动、破裂 引起的地震。这种地震发生的
建立预警系统
通过地震监测和预警系统，提前预警地震发 生，为应急救援争取时间。
开展宣传教育
加强公众对地震灾害的认识，提高防灾意识 和自救互救能力。
制定应急预案
制定科学合理的应急预案，明确应急救援流 程和责任分工。
地震应急救援
快速响应
地震发生后，相关部门应迅速启动应急预案 ，组织救援力量赶赴灾区。
物资保障
新西兰基督城大地震工程案例分析
新西兰基督城大地震概况
新西兰基督城大地震发生于2010年9月4日，震级为7.1级，震中位于新西兰南岛基督城市区附近。地震造成了大量建 筑物倒塌和损坏，造成了严重的人员伤亡和经济损失。
新西兰基督城大地震工程案例分析
新西兰基督城大地震后，大量建筑物倒塌，其中以砌体结构和木结构为主。分析这些建筑物的倒塌原因，主要是因为 结构设计不合理、施工质量差、材料强度不足等原因所致。
建筑结构抗震第1章
三、时程分析可以采用的 些软件 三、时程分析可以采用的一些软件
通 用 软 件 ： Ansys 、 Abaqus 、 Marc 、
Adina、SAP2000 ……
专业软件（土木） O 专业软件（土木）：OpenSees、Idarc、 S Id
Drain 2D、Drain 3D Drain-2D、Drain-3D……
李志山, 廖耘. Abaqus显示动力弹塑性分析技术在建筑结构 领域的应用. Abaqus q 上海土木研讨会
Humboldt Bay Bridge
11000个节点 10900个单元 20000自由度
二维有限元模型
A. Elgamal, J. C. Lu, Z. H. Yang. PPT of OpenSees Days, 2008
CU KU MU MU g
M —结构质量（结构楼层处的楼板+墙+活荷载）
C —结构阻尼（结构楼层处的楼板+墙+活荷载）
K —结构刚度（结构楼层间的抗侧移刚度）
说明：方程中系数和变量都是标量
多自由度结构的动力平衡方程（二阶常系数 微分方程组）
+ CU + KU = -MU MU g
M —结构质量矩阵（结构楼层处的楼板+墙+活荷载） C —结构阻尼矩阵（结构楼层处的楼板+墙+活荷载） K —结构刚度矩阵（结构楼层间的抗侧移刚度）
、U —结构楼层的水平加速度、水平速度和水平位移 、U 结构楼层的水平加速度 水平速度和水平位移 U
说明：方程中系数是矩阵、变量都是向量
+ CU + KU = -MU MU g
结构抗震试验方法
结构抗震试验方法结构抗震试验方法是评估建筑物在地震发生时的抗震性能的重要手段。
通过试验可以模拟地震力作用下建筑物的振动情况，从而评估结构的稳定性和抗震能力。
本文将介绍几种常见的结构抗震试验方法。
静力试验方法静力试验方法是一种简单且常用的结构抗震试验方法。
在试验过程中，通过给定一定的静力水平作用于结构上，观察结构的位移和应力响应，从而评估结构的稳定性。
静力试验方法适用于小型结构或需要进行初步评估的情况。
动力试验方法动力试验方法是一种更加真实的结构抗震试验方法。
在试验中，会施加模拟地震波或其他动态载荷于结构上，观察结构的振动响应。
通过动力试验可以更真实地模拟地震作用下的结构性能，评估其抗震性能和破坏机制。
大型结构试验方法对于大型建筑物或桥梁等大型结构，通常需要进行大型结构试验来评估其抗震性能。
这种试验方法会使用实际尺寸的结构进行试验，通过施加真实地震波或其他动态载荷，模拟结构在地震作用下的响应。
大型结构试验可以更准确地评估结构的抗震设计是否符合要求。
数值模拟与试验结合方法数值模拟与试验结合方法结合了数值模拟和实际试验，是一种综合评估结构抗震性能的方法。
通过在数值模拟中建立结构的有限元模型，并将实测数据与模拟结果相结合，可以更加准确地评估结构的抗震性能。
这种方法能够帮助工程师更好地优化结构设计和改进抗震设施。
结构抗震试验方法对于评估建筑物的抗震性能具有重要意义。
不同的试验方法可以提供不同层次的评估结果，有助于工程师优化结构设计和确保结构在地震发生时的安全性。
通过不断探索和改进结构抗震试验方法，可以更好地提高建筑物的抗震能力，确保公共安全。
结构抗震的计算方法
结构抗震的计算方法
结构抗震的计算方法是建筑工程中非常重要的一环，它能够确保建筑物在地震发生时能够保持稳定并最大限度地减少损失。
下面将介绍几种常用的结构抗震计算方法，并对其进行拓展。
1. 静力弹性分析方法：
这是一种基于线性弹性理论的计算方法，通过将地震荷载分解为几个静力荷载来评估结构的抗震能力。
它通常用于简单的结构，如单层框架或简支梁等。
然而，这种方法忽略了结构的非线性行为，因此在处理复杂结构时可能会有一定的局限性。
2. 动力弹性分析方法：
该方法考虑了结构的动力响应，可以更准确地评估结构的抗震能力。
它使用地震时程分析或模态分析来考虑结构的动力特性，并考虑结构的非线性行为。
然而，动力弹性分析方法需要更多的计算资源和专业知识，适用于复杂的结构。
3. 非线性时程分析方法：
这是一种更为精确的计算方法，可以考虑结构的非线性行为和耗能能力。
它通过模拟结构在地震作用下的实际响应来评估结构的抗震能力，并可以提供结构的详细应力、位移和变形等信息。
然而，非线性时程分析方法需要更多的模型参数和计算资源，适用于高度关键的建筑物。
除了上述方法，还有其他一些计算方法可以用于结构抗震设计，如容量谱法、弹塑性静力分析法、性能基础设计法等。
根据具体的工程需求和规范要求，工程师可以选择合适的计算方法来评估结构的抗震性能。
需要注意的是，在进行结构抗震计算时，还应考虑地震荷载、地基条件、结构材料的特性以及施工质量等因素的影响。
此外，结构抗震计算方法也在不断发展和完善，新的计算方法和理论不断涌现，以提高结构的抗震性能。
结构抗震计算三种方法
结构抗震计算三种方法
1、底部剪力法
把地震作用当做等效静力荷载，计算结构最大地震反应→拟静力法。
特点：1、结构计算量最小。
2、忽略了高振型的影响，且对第一振型也作了简化，因此计算精度稍差。
2、振型分解反应谱法
利用振型分解原理和反应谱理论进行结构最大地震反应分析，拟动力方法。
特点：1、计算量稍大
2、计算精度较高，计算误差主要来自振型组合时关于地震动随机特性的假定
3、时程分析法
选用一定的地震波，直接输入到所设计的结构，然后对结构的运动平衡微分方程进行数值积分，求得结构在整个地震时程范围内的地震反应。
特点：计算量大，而计算精度高。
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工程结构抗震设计主要分析方法
特点
考虑地震的不确定性、随机性和结构的非线性特性，能够更准确地预测结构的 抗震性能。
适用范围
适用于大型复杂结构的抗震分析，如高层建筑、大跨度桥梁和工业厂房等。 适用于地震发生概率较低但潜在破坏性较大的情况。
优缺点分析
析工作。
03
时程分析法
定义与特点
定义
时程分析法是一种数值分析方法，用 于模拟地震作用下结构的动态响应和 性能变化。
特点
能够考虑地震动的随机性和不确定性， 提供结构的位移、速度、加速度等动 力响应，适用于复杂结构和多维地震 动输入。
适用范围
适用于高层建筑、大跨度桥梁、核电 站等重要结构的抗震设计和评估。
特点
静力分析法计算过程相对简单，适用于大 型复杂结构的简化分析，可以快速得到结 构的整体响应。但该方法忽略了地震动力 的特性，无法反映地震过程中的动态变化 和结构间的相互作用。
适用范围
01
适用于初步设计阶段，对结构进行大致的抗震分析 和评估。
02
适用于对结构进行动力特性分析之前，了解结构的 静力性能。
考虑不同地震动水平
反应谱分析法可以针对不同地震动水平进行分析，从而更全面地评估 结构的抗震性能。
适用范围
适用于各种类型的工程结构，包括多 层和高层建筑、大跨度桥梁和工业厂 房等。
适用于初步抗震设计和详细抗震设计 阶段。
适用于不同地震动水平和场地条件， 能够综合考虑地震动的随机性和多维 性。
优缺点分析
定义
反应谱分析法是一种基于地震动反应谱的抗震设计方法，通过分析结 构在不同地震动水平下的反应谱，评估结构的抗震性能。
2012-工程地震与结构抗震(11)-抗震分析方法
2 2 2 y 1 2 n
u1 u2 un 0
y0
2 2 2 y 1 2 量与其标准方差之比 λ=umax/σ的取值范围大体上
S EK
S
j 1
m
2 j
m1
F21
F j1
j振型
Fn1
n振型
m --选取振型数
S j --j振型地震作用
1振型地震 2振型 作用标准值
产生的地震效应；
非线性抗震分析方法
一、非线性时程分析方法 二、弹塑性反应谱分析方法 三、静力弹塑性分析方法
一、非线性时程分析方法
（一）时程分析法产生的背景 （二）数值积分方法 （三）非线性方程组求解方法 （四）结构分析模型介绍 （五）非线性时程分析法的实现 （六）增量动力时程分析法简介
x sin( t )
自振频率 仅与位置坐标有关向量 初始相角
特征方程
(K 2 M ) 0
方程有解充要条件系数行列式为零
K M
2
0
将上式所求的频率代入特征方程即可求得振型；
(二) 振型向量正交性
T j i 1 T j i 1
N
N
g (t ) X k ( X i Di (t )) X j mI x
T j T i 1
N
(t ) X T c X D (t ) X T k X D (t ) X Tj mX j D j j j j j j j T g (t ) X j mI x
代入运动方程，得
(t )) c X D (t ) k ( X D (t )) mI g (t ) m( X i D x i i i i i
结构工程抗震分析
结构工程抗震分析地震是地球上常见的自然现象之一，对人类社会造成了严重的威胁。
为了确保建筑物在地震中能够保持稳固并保护人们的生命财产安全，结构工程抗震分析成为了建筑设计中的重要环节。
本文将就结构工程抗震分析的背景、方法和案例进行详细探讨。
一、背景地震是由于地壳内部的构造运动产生的，它可以导致地表的振动，进而对建筑物和人员造成破坏。
地震的破坏性与建筑物本身的结构特点密切相关。
因此，在设计过程中进行抗震分析是至关重要的。
二、方法1. 地震波分析法地震波分析法是应用广泛的一种抗震分析方法。
它通过将地震波作为输入信号，对结构进行动力响应分析，以评估结构在地震荷载下的性能。
该方法需要考虑结构的动力特性、地震波参数以及结构的非线性行为等因素。
通过对结构的动力响应进行模拟和分析，可以估计结构在地震中的受力情况，为结构的设计和改进提供依据。
2. 弹性静力分析法弹性静力分析法是一种常用的简化方法，适用于对刚性或半刚性结构的抗震性能进行初步评估。
该方法假设结构在地震荷载下的响应仅受弹性力的控制，可以通过应力和变形的平衡方程来计算结构的响应。
虽然该方法不考虑结构的非线性性质，但在一些简单结构的抗震设计中仍然具有一定的实用性。
三、案例分析1. 高层建筑抗震设计高层建筑由于其特殊的形态和结构，对于地震的抗力要求更高。
在高层建筑的抗震设计中，常采用地震波分析法进行性能评估。
通过对结构钢筋混凝土核心筒的布置和加固等措施，提升建筑物的整体抗震能力。
此外，还需要在建筑物的设计与施工过程中考虑抗震措施，如采用抗震连接件、提高结构的顶部和底部刚度等。
2. 桥梁抗震设计桥梁是交通运输的重要枢纽，其抗震能力直接关系到公共安全。
在桥梁抗震设计中，需要综合考虑结构的刚度、强度和动力性能等因素。
通过采用合适的横向和纵向连接形式，选择适宜的结构材料和构造方式，以及进行合理的减震设计，可以提高桥梁的抗震能力，减少地震造成的损害。
四、总结结构工程抗震分析是建筑设计中的重要环节，能够提供对结构在地震作用下的响应评估。
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延性系数: 延性系数:非弹性体系在地震动作用下的最大位移与屈服位移之比
µ = u0 / u y
屈服强度系数： 屈服强度系数：屈服剪力与弹性地震剪力的之比
f y = f y / f0
强度折减系数
Ry = f 0 / f y
非弹性位移比
u m / u0 = µ f y = µ / R y
哈尔滨工业大学 土木工程学院 防灾减灾与桥梁工程学科组
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1.1 弹性反应谱法
设计反应谱
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1.2 非弹性反应谱法
弹塑性反应与结构自振周期和屈服强度系数关系
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几个基本概念
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1.2 非弹性反应谱法
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1.2 非弹性反应谱法
非弹性反应谱 Dy = u y V y = ω0 u y 屈服强度和延性系数的确定
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.1 弹性反应谱法
针对反应谱的研究热点和难点 长周期反应谱 反应谱随场地的变化 近场反应谱 非弹性反应谱理论 能量反应谱等
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1.3 底部剪力法和振型分解反应谱法
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1.1 弹性反应谱法
反应谱的特征
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1.2 非弹性反应谱法
等延性谱
哈尔滨工业大学 土木工程学院 防灾减灾与桥梁工程学科组
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1.2 非弹性反应谱法
弹性和弹塑性反应的差别
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1.3 底部剪力法和振型分解反应谱法
主要分析方法
反应谱法（ 反应谱法（Response Spectra Method） ） －底部剪力法与振型分解反应谱法 时程分析法（Time History Method） 时程分析法（ ） 静力弹塑性方法（Pushover Method） 静力弹塑性方法（ ）
底部剪力法
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1.2 非弹性反应谱法
弹塑性反应与结构自振周期和屈服强度系数关系
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1.2 非弹性反应谱法
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1.1 弹性反应谱法
设计反应谱
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恢复力模型
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1.2 非弹性反应谱法
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1.2 非弹性反应谱法
弹塑性反应与结构自振周期和屈服强度系数关系
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恢复力模型
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1.2 非弹性反应谱法
1.2 非弹性反应谱法
等延性强度折减系数谱
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1.2 非弹性反应谱法
等延性谱
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1.1 弹性反应谱法
几种不同类型反应谱的定义和物理含义 反应谱（位移、速度和加速度谱） 反应谱（位移、速度和加速度谱） 伪谱（速度、加速度） 伪谱（速度、加速度） 设计反应谱
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振型分解反应谱法
利用振型分解法的概念， 利用振型分解法的概念，把多自由度体系分解成若干个单自由度体 系振动的组合， 系振动的组合，并利用单自由度体系的反应谱理论计算各个振型振 动的地震作用， 动的地震作用，最后将各个振型计算出的地震效应按一定的规则组 合起来，求出总的地震响应。 合起来，求出总的地震响应。 计算结构的自振周期和振型 利用反应谱计算各阶振型的总的地震作用 将各阶振型总的地震作用在各质点上分配（振型） 将各阶振型总的地震作用在各质点上分配（振型） 计算地震效应（弯矩、剪力、轴力） 计算地震效应（弯矩、剪力、轴力） 进行组合（SRSS，CQC） 进行组合（SRSS，CQC）
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1.1 弹性反应谱法
反应谱和设计反应谱之间的比较
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1.1 弹性反应谱法
设计反应谱
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1.2 非弹性反应谱法
等延性谱
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