结构地震反应分析方法的探讨
反应位移法分析地下结构抗震问题的基本流程
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建筑结构抗震设计课件结构非弹性(弹塑性)地震反应分析简介(上篇)
四、时程分析法
结构非弹性（弹塑性）地震反应分析简介
三、结构的计算分析模型
• 时程分析法：弹性够求得地震全过程中任何时刻质点相 对地面的位移、速度、加速度及地震力的方法。
• 1、计算前必须先给出地面加速度随时间的变化规律，称 为加速度时程曲线，这种曲线一般为实际强震记录或人工 地震波。
工程结构地震反应分析与抗震验算
展望
01
随着计算机技术的不断发展，未来地震反应分析将更加高效和精确， 能够更好地模拟地震动对结构的作用。
02
未来研究将更加注重结构的非线性行为和复杂的地震动特性，以更准 确地评估结构的抗震性能。
动态分析法
基于动力理论，通过建立结构的 动力学方程来计算结构的地震反 应，考虑了地震动力的特性，更 符合实际情况。
时程分析法
对结构进行地震动输入，通过数 值积分方法求解结构的动力方程， 得到结构在地震作用下的位移、 速度和加速度等反应。
有限元分析法
有限元法的基本原理
将连续的结构离散为有限个小的单元， 每个单元具有简单的力学性质，通过 建立和求解整体结构的平衡方程来得 到结构的内力和变形。
地震对工程结构的影响
01
02
03
结构破坏
地震产生的惯性力可能导 致结构构件的断裂、移位 和失稳。
基础失效
地震可能导致地基土液化、 沉降或开裂，影响结构稳 定性。
震害影响
地震可能导致人员伤亡、 财产损失和社会经济影响。
02 工程结构地震反应分析
地震反应分析方法
静态分析法
基于静力理论，通过结构自重和 等效静力荷载来计算结构的地震 反应，适用于结构自重和地震力 可忽略不计的情况。
结论
地震反应分析是工程结构抗震设计的 重要环节，通过分析可以评估结构的 抗震性能，为结构的抗震设计和加固 提供依据。
抗震验算是基于地震反应分析结果进 行的，通过验算可以确定结构的抗震 承载力和变形能力是否满足要求。
现有的地震反应分析方法主要包括时 域分析法和频域分析法，其中时域分 析法能够更准确地模拟地震动对结构 的作用，但计算成本较高。
基于结构动力学的地震响应分析研究
基于结构动力学的地震响应分析研究结构动力学是研究结构物在外部激励下的响应及其稳定性的领域。
在地震工程中，结构动力学被广泛地应用于分析地震对建筑物产生的影响，以及评估结构物在地震中的抗震能力。
下面，本文将从基本概念、分析方法、实验研究以及近年来的发展方向等几个方面来介绍基于结构动力学的地震响应分析研究。
一、基本概念结构动力学是研究结构物变形、振动、破坏等响应以及相关运动学、动力学和力学性质的领域。
结构动力学分析的主要内容包括自由振动、强迫振动、非线性振动、稳定性、杆件动力学、场地运动等。
其中，结构动力学中的地震响应分析是基于结构动力学的研究，用来分析地震对建筑物的影响。
地震响应分析通常涉及到在地震作用下结构物的振动响应、变形、应力和应变等参数的计算。
二、分析方法目前，针对地震动力学所采用的分析方法主要有两类：基于时间域的直接积分方法和基于频域的响应谱法。
这两种方法各有优缺点，不同的结构物和地震地质条件选择不同的方法来进行地震响应分析。
1. 时间域积分法 Time-Domain Integration时间域积分法是一种基于数值积分的地震动力学分析方法，适用于包括线性和非线性结构物在内的不同结构体系。
时间域积分方法的基本思想是将体系的一组运动微分方程用数值算法连续积分求解。
这种方法是目前最普遍的地震响应分析方法，主要优点是能够精确模拟展向奇异或冲击型地震，而且适合于各种类型的结构体系。
同时，非线性效应和结构非均匀性也可以考虑。
2. 响应谱法 Response Spectrum Method响应谱法是一种基于频域分析的地震响应分析方法，其基本思想是将地震波用一组谱函数来描述，然后将结构反应用与这些谱函数相对应的反应谱来代表。
响应谱法主要适用于周期类似、自振和半自振型结构物。
相较于时间域积分法，响应谱法的主要优点是计算速度快、计算量小、计算方法简单，而且适用于各种类型的结构体系。
但是，响应谱法常常需要进行简化，因此，不适用于复杂结构和非线性结构的地震响应分析。
一般力学与力学基础的地震反应分析方法
一般力学与力学基础的地震反应分析方法地震是一种自然灾害，经常给人们的生命和财产造成严重的威胁。
为了更好地了解地震对结构物的影响以及如何应对地震的侵袭，一般力学和力学基础理论为我们提供了分析地震反应的方法。
本文将介绍一般力学和力学基础理论与地震反应分析方法的关系以及一些常用的地震反应分析方法。
一、力学基础理论与地震反应分析在介绍地震反应分析方法之前，我们首先需要了解力学基础理论与地震反应分析之间的关系。
力学基础理论是研究物体运动和力的学科，通过研究力学基础理论，我们可以更好地理解地震对结构物的影响。
地震反应分析利用了力学基础理论中的一些基本概念和原理，如牛顿第二定律、受力分析、动力学等。
通过这些力学基础理论的应用，可以对结构物在地震作用下的受力情况和位移响应进行分析，从而评估结构物的地震安全性。
二、地震反应分析方法1. 静力分析法静力分析法是最简单也是最常用的地震反应分析方法之一。
该方法假设地震作用是一个静力作用，忽略了地震的动态特性。
在静力分析中，我们可以根据结构物的几何形状和材料性质，计算出结构物在地震作用下的受力情况和位移响应。
2. 动力弹性分析法动力弹性分析法是基于结构物的动力学特性进行地震反应分析的方法。
该方法考虑了结构物的质量、刚度和阻尼等因素，通过求解结构物的动力方程，得到结构物在地震作用下的振动频率、周期和响应。
3. 时程分析法时程分析法是一种更为精确的地震反应分析方法。
该方法利用地震记录的加速度时间历程，通过求解结构物的动力方程，可以得到结构物在地震作用下的时程响应。
时程分析法考虑了地震的时间变化和频率内容，是评估结构物地震安全性的一种重要方法。
4. 频率谱分析法频率谱分析法是通过将地震波作为频率域中的信号，利用频谱的性质对结构物进行地震反应分析的方法。
该方法可以通过地震波的频率内容，分析结构物在不同频率下的受力情况和反应。
频率谱分析法通常用于评估结构物的峰值地震反应。
总结：通过一般力学和力学基础理论的应用，我们可以进行地震反应分析，从而了解地震对结构物的影响。
结构地震反应分析与抗震计算
结构地震反应分析与抗震计算在预处理阶段，需要收集建筑物的详细信息，包括结构材料、几何形状、质量分布等。
然后，需要将建筑物的几何形状和结构材料转化为数学模型，以进行分析。
通常，结构可以被简化为一系列的节点和连接的元素，如梁、柱、板等。
接下来，需要定义地震输入。
地震输入通常以地震加速度时程或响应谱的形式表示。
地震加速度时程描述了地震时间上的加速度变化，而响应谱则给出了不同周期下的响应加速度值。
这些输入可以从地震记录仪测得，或者根据地震规范中的规定选取。
进行分析时，可以使用两种常用的地震反应分析方法：静态分析和动态分析。
静态分析假设结构在地震事件中是处于静止状态的，只考虑地震引起的重力和地震力。
这种方法适用于刚性结构或地震荷载相对较小的情况。
动态分析则更加精确，考虑了结构的质量、刚度以及地震引起的动态效应。
动态分析可以分为模态分析和时程分析两种方法。
模态分析通过提取结构的振型（模态）和频率来计算结构的地震反应。
时程分析则根据地震加速度时程逐步计算结构的运动响应。
完成分析后，需要评估结构的地震反应。
常见的评估指标包括最大位移、最大加速度、最大内力等。
根据评估结果，可以对结构进行优化或确定抗震设防要求。
最后，需要对分析结果进行后处理。
后处理包括对分析结果的可视化和解读，以便于设计师和工程师进行决策和调整。
抗震计算的原则是确保在地震事件中建筑物的结构稳定性和人员安全。
根据地震规范和建筑设计准则，建筑物需要具备足够的刚度和抗震能力。
刚度可以通过增加梁、柱、墙等结构组件的尺寸和数量来提高。
抗震能力可以通过使用抗震墙、抗震支撑等增加结构的抗侧向荷载能力。
此外，抗震计算还需要考虑不同地震作用下的结构响应，如水平加速度、垂直加速度、剪切力、弯矩等。
根据地震规范中的设防水平要求，可以确定结构的抗震性能等级。
结构地震作用及响应
结构地震作用及响应3.1 概述使结构产生内力或变形的原因称为“作用”，分为直接作用和间接作用两种。
各种荷载（如自重、风载等）属于直接作用，而各种非荷载作用（如混凝土收缩、温度变化、基础沉降等）为间接作用。
结构地震反应由地震动导致的结构惯性力引起，因此地震作用属于间接作用。
地震作用与一般荷载的区别在于：地震作用不仅与地震动本身有关，而且与结构的动力特性（如自振周期、阻尼等）也有关。
由地震动引起的结构内力、变形及结构运动加速度与速度等统称为结构地震反应。
结构抗震设计理论主要包括地震作用的确定和结构抗震计算方法等。
地震反应分析和结构抗震理论是近一百年来发展形成的一门新兴学科。
由于结构地震反应决定于地震动和结构动力特性，因此，地震反应分析也随着人们对两方面的认识而发展。
根据计算理论的不同，地震反应分析理论可划分为静力理论、反应谱理论和动力理论三个阶段。
1）静力理论阶段日本是世界上最早形成抗震理论并用于抗震设计的国家。
由于日本地处环太平洋地震带上，其国土均属于强震区，地震活动频繁，导致日本的抗震研究和理论发展也较早。
早在19世纪末期，日本就已开始震害预防研究。
20 世纪20 年代，在吸取了日本关东地震和其他地震经验的基础上，大森房吉、佐野利器等即提出静力计算法来近似分析地震反应。
静力理论的基本假设为：①将结构视为刚体；②假设各质点的振动加速度均等于地面运动加速度。
结构所受到的地震作用为其质量与地面运动加速度的积，即将结构的自重乘以水平烈度系数来确定水平方向地震作用的最大值，按静力均匀施加于结构的各个部位，进行静力分析。
由于该方法考虑质点振动加速度仅与地面运动加速度即烈度相关，所以又称为烈度法。
静力法忽略了地震作用与结构动力特性的相关性、结构为非刚性等关键特性，所求出的结构地震作用有较大的误差，仅适用于固有周期极短（T＜0.2 s）的结构。
但静力法的产生在工程结构抗震领域具有划时代意义，解决了结构抗震理论从无到有的问题。
地震作用计算——地震反应分析 PPT
基本思路：实际应用时根据结构体系的自振周期找到对 应的加速度反应峰值，在结合结构上的质量（或重力荷载） 求出结构所受地震作用力和结构变形。计算出的结构体系的 最大反应随自振周期的变化曲线就是反应谱。
fR cx (t) C —阻尼系数
＊惯性力 fI
——质量与绝对加速度的乘积
fIm [ x g(t) x (t)]
§4.2 结构动力学方法——弹性解答
4.2.2 振动微分方程及解答
一、单自由度体系
Famk tc x x tm x txt a xt xt 质点m的绝对加速度:
g （ ) ( )
xg (t) x(t)
fR
fI
fS
假定地基 完全刚性
xg (t) x(t)
——地面水平位移，可由地震
时地面运动实测记录求得。
——质点对于地面的相对弹性 位移或相对位移反应。
作用在质点上的三种力：
＊弹性恢复力 fs
——使质点从振动位置回到平衡位置的力
fs kx(t)k —刚度系数
＊阻尼力 fR
——使结构振动衰减的力，由外部介质阻力、 构件和支座部分连接处的摩擦和材料的非弹性 变形以及通过地基散失能量（地基振动引起） 等原因引起
例:若为两个自由度,令n=2，则有
将求出的w1、w2分别代回方程，可求出X1 、X2的相对值。
对应于w1为第一振型：
X11 X12
k12
k1112m2
对应于w2为第二振型：
X21 k12
X22 k11 22m1
§4.2 结构动力学方法——弹性解答
4.2.2 振动微分方程及解答
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确定性 的线性结 构地震反应 分析的基础 是结构动力学和 法、 振型迭 加法及解决非 比例 阻尼问题的复模 态理论。
总结 ， 对各 种 分析 方法 的原理 、 点及 应 用进行 了对 比研 究 ， 数值 计算 方法。 目前 常用 的方法 ： 特 时域 分析方法 、 频域分析方
机 前 燃 烧 炉 的预 热 时 间偏 长 ， 响 了生 产 的 按 时 进 行 。 改 造 影 后 ， 艺 气 体 升 温 快 ， 短 了预 热 时 间 ， 保 证 了 工 艺 气 体 的 工 缩 并
平均信＼
改 造 前
改 造 后
温度
４５ ５
４３ ５
耗油量
２８ ８
２９ ４
３７ ８
１ 线性 结构 地震反应 分析 方 法介绍
１１ 动 力 方 程 的建 立 ．
文 章 编 号 ：０ ９ ２ ７ ２ １ ３－ ０ ３ ０ １ ０ — ３４（ ０ ０） １０ ２ — ３
动 力 方程 的建立 首 先要对结 构体 系进行 离散 化 ， 常见的 地 震 工程 学 的发 展 经 历 了 １ ０余 年 的 历史 ， 后 出 现 离散 化 方法有广 义坐标 法的离散 化 方法、 限元离散 方法和 Ｏ 先 有
２０ ０ ９年 １ Ｏ月到 ２ ０ ０ ９年 １ ２月 ， 对燃烧炉 生产进行跟 踪。 经
统 计得到 下表 ： 表 ２ 改造 前后 运行数据 对比表 （ 制表 Ｅ期 ：０ ９年 ｌ ／ ２０ ２月 ）
＼＼ 项目 第一交换器 第二交换器 工艺气进 口 尾气排放 燃烧炉
改造前热交换器 热交换效率低 ， 工艺 气体升温慢 ， 每天开
３４ ８
２９ ６
２０ ７
６ ５
６ ０
稳定性 。 ２５ 改造后 防止 了燃 烧炉系统管路烟 油结垢 ．
改造 后 新 鲜 空 气 经 第 三 热 交 换 器 预 热 后 和 主 工 艺 气 分 流
备注 ： 油耗量 单位 （ ｈ 各温度 单位 ： 氏度 （ Ｌ ） ／ 摄 Ｄ Ｃ）
动 了确定 性线 性结 构反应理 论 ， 塑性结构 地震反 应及 随机 性 集 中质量 的离散 方法。动 力 方程 的建 立常用 的 方法 ： 平衡 弹
拉 （ ） 性 结 构 反 应 理 论 。 线 性 结 构 是 指 在 外 力 作 用 下 ， 构 法 、 格 朗 日方程 法 和 积 持 线性关 系， 外力 除去后 ， 结构 变形能完 全
１１ 动 平 衡 法 ．． １
将 惯 性 力 作 为 一 种 等 价 荷 载 ， 静 力 按
恢复 到原始状 态的结构 。结构弹塑性地 震反应是 由于 地震动 平 衡 原 理 建 立 平 衡 方 程 即 每 个 质 点 所 受 的 力 为 弹 性 力 、 尼 阻
２１ ０ ０年 第 ３ １期 （总第 １ ６期 ） ６
两 誊 妻 搏
（ｕｕｔｔＯ １ ＣｍｌＮ．－６） ａｅＮ２０ ｉｙ１０ ｖ ３１ ｏ ６
．
结构地震反应分析 方法的探讨
黄 玉 兰
（ 艺建筑设计有 限责任公 司 ， 西 南宁 ５ ０ ２ 天 广 ３０ ２）
摘要 ： 文章 对 工 程 结 构 地 震 反 应 分 析 方 法 进 行 了 比较 系统 的 得 出 了一 系列 有 益 的 结 论 。 关键词 ： 构地震 反应 ； 性结构地震 ； 力方程 ； 结 线 动 时域 分 析 法
致 认 为采用 如 下措 施 ： ） （ 加装 第三热 交换器 ， １ 充分 吸收 尾
气 中多余 热能 ， 同时将 这部分能量用于 预热新鲜 空气 ， 高系 提
统 能量利 用率 ： ） （ 增设 冷输送 机独 立废 气 回收 系统 ， ２ 防止 废 气 中所含 粉尘粘 附热交换器 ， 降低 热交换效率 ， 从而最 大限度
强 度 的 不 确 定 性 造 成 的 ， 种 不 确 定 性 使 一 般 结 构 物 都 可 能 力 和 惯 性 力三 种 力 平 衡 。 这
在 未来 强震 中进入 弹塑性 变形 阶段 ， 结构 的基本 动力特 性在 非线性反 应 阶段 时时刻刻 都在 变化 ， 方法有助 于揭 示设计 该 结构 中的最不 利薄弱环 节。本文着重介 绍确 定性 的线 性结构
的减少 系统 能量 损失 ， 降低平均燃油 使用量。 ２ １ 改造后燃烧 炉平均燃 油使 用量降低 ．
在 调 试 成 功 后 ，９月 份 实 际 的 生 产 过 程 中 加 以 验 证 ， 从
维 护成本 ， 延长设备清理 周期 ， 减轻 了维 修工 的劳 动强度。
２３ 改 造 后 生 产 停 机 时 间 降低 ．
改造 前 由于黏 附在 设备上 的烟 垢极 易引起 燃烧 ， 造成设 备停 机 ， 响生产 ， 时膨 胀线 热端 的核 心 部位 ， 为厂里消 影 同 作 防控 制工 作 的重 中之重 ， 次燃烧都 给厂 里消 防安保 工作带 每 来很 大压 力 ， 厂领导也非 常重视 ： 改造后 从根 本上 杜绝 了管道 自燃 的可能。 ２４ 改造后 工艺气体 升温快 ．
地 震反应分析 方法。
弹 性力： ＝ ， ；尼力： ＝ ； ∑ｋ 阻 ∑ｃ ｉ ｌ
＝
１
：ｌ
惯性 力 ： ＝ ｍ ／ ／
２ 改 造方 案实 施
经过 上面各种 要 因分析 ， 并结合燃 烧炉 目前 运行情况 ， 都
一
１ ．４ 。 同 时 燃 烧 炉 的油 耗 也 有 明显 下 降 ， 造 后 的平 均 燃 ３５ ％ 改 油 使用量 为 ６ Ｏ升 ／ 时 ， 降 ７６ 小 下 ．％。 ２２ 改造 后 设 备 维 修 量 降低 ． 改 造 后 排 除 了 热 交 换 器 结 烟 垢 的 可 能 ， 显 降低 了设 备 明
从 上表 可 以看 出改造 后的燃烧 炉第 一交换 器、 二交换 来 的气体 一起 进入 Ｗ Ｆ ５ 第 一 ６尾气风机 提供动 力。这样就 可以 器 、 艺气 流进 口温度 和 改造 前没 什么 变化。但 是尾气 的排 有效 防 止 因生冷 新鲜 空气 与 高温 分流气 体 汇合 造成 气体 冷 工