非线性动力反应分析
地震工程中的非线性动力响应问题
。
当今
研究非 线 性 问题 的两 个 主 要 方 向是 等方法
。
:
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本 文对 此 不 做讨论
。
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地 震 工 程 中的 非 线 性 动 力 响 应 问 题
范 家参
建筑 工 程 系
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当今 国 际 上 地 衷 工 程 的 最 前 沿 且 投 入 研 究 力 全 最 多 的 研 究
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此外
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本 文亦 不涉 及
。
1
线性 问题 与 非线 性 问 题 的 区 别
地 展 工 程 中的 结构 动 力响应 问题
混凝土砌块结构非线性地震反应分析及基于性能的抗震设计方法
3、裂缝开展：在强烈的震动作用下，混凝土砌块结构可能产生裂缝。裂缝 的产生和扩展与砌块的材料特性、配合比、施工工艺等有关。
3、裂缝开展：在强烈的震动作 用下，混凝土砌块结构可能产生 裂缝
1、确定结构性能目标：根据建筑的重要性、使用功能等因素，确定结构在 地震作用下的性能目标，如最大允许位移、最大允许加速度等。
混凝土砌块结构非线性地震反应 分析
在非线性地震反应下，混凝土砌块结构会产生多种应力、位移等物理现象， 主要包括以下几个方面：
1、应力分布：当地震波通过结构时，由于砌块之间的相互作用，会在砌块 内部产生应力分布。根据地震波的特性和砌块的排列方式，应力分布状况会有所 不同。
2、位移变形：地震作用下，混凝土砌块结构会发生水平和竖直方向的位移 变形。位移变形的程度与地震波的振幅、频率以及结构本身的刚度、阻尼等因素 有关。
总结，地震对钢框架结构的影响是一个复杂且重要的课题。通过基于性能的 非线性地震反应分析，我们可以更好地理解和预测钢框架结构在地震作用下的行 为，从而为设计和优化提供重要的依据。虽然现在面临的挑战很多，但随着科技 的不断进步，我们相信未来在这一领域的研究将会取得更大的突破。
感谢观看
试验设计
本次试验采用类似于真实结构的试验模型，以模拟实际砌体结构的抗震性能。 试验模型由砖块、砂浆和钢筋等材料组成，具有与实际结构相似的材料性能和构 造特点。加载制度采用正弦波振动形式，以模拟实际地震动的特点。测读仪器包 括加速度计、位移计和力传感器等，以全面监测结构的振动响应和受力状态。
试验过程
4、对试验数据进行整理和分析
1、砌体结构的自振周期约为0.6秒，与实际结构的自振周期相近。
2、在地震作用下，砌体结构的位移响应和加速度响应均呈现出明显的非线 性特点，表明结构进入弹塑性状态。
桥梁结构非线性地震反应研究
桥梁结构非线性地震反应研究随着社会的不断发展，桥梁成为现代交通运输的重要设施，其安全性和可靠性得到了广泛的。
在地震环境中，桥梁结构的地震反应是影响其安全性的重要因素。
因此，对桥梁结构非线性地震反应进行研究，对于保障桥梁的安全性和稳定性具有重要意义。
非线性地震反应是指结构在地震作用下，产生的加速度、速度和位移等物理量随时间变化而呈现非线性关系。
这种现象的产生主要是由于地震力的随机性和结构本身的动力特性共同作用所致。
在桥梁结构中，非线性地震反应可能会导致结构的大幅度振动和变形，甚至引起结构的破坏和倒塌。
在进行桥梁结构非线性地震反应分析时，通常采用有限元方法进行数值模拟。
这种方法可以通过对结构进行离散化处理，将整体结构划分为多个小的单元体，并对每个单元体进行力学分析，从而得到结构的整体动力响应。
一些先进的数值方法，如粒子群算法、遗传算法等也被应用于桥梁结构非线性地震反应的分析中，取得了良好的效果。
为了验证非线性地震反应分析的准确性和有效性，可以通过实验方法对桥梁结构进行模态实验和地震激励实验，并对实验结果进行分析。
通过将实验结果与数值模拟结果进行对比，可以评价非线性地震反应分析的准确性和可靠性，并针对分析中存在的问题和不足进行改进和优化。
桥梁结构非线性地震反应研究不仅在理论上有重要意义，而且在工程实践中也有广泛的应用价值。
通过对桥梁结构进行非线性地震反应分析和评估，可以有效地预测和控制结构在地震作用下的动力响应，提高桥梁的抗震性能和安全性，为桥梁的设计和优化提供重要的依据和指导。
在总结桥梁结构非线性地震反应研究成果的同时，我们也要认识到其中存在的不足和挑战。
例如，现有的数值方法在处理复杂结构和材料非线性问题时仍存在一定的局限性和困难，实验方法在再现真实地震环境和管理极端条件方面也有一定的限制。
未来，我们需要进一步深化桥梁结构非线性地震反应的理论研究，提高数值模拟和实验验证的精度和效率，同时加强跨学科合作，推动新技术和新方法的应用，为保障桥梁结构的安全性和稳定性做出更大的贡献。
【ANSYS非线性分析】7-结构动力分析
第七章混凝土结构动力分析§7—1 概述结构动力分析的目的：分析结构本身的动力特性及结构在动力荷载作用下的内力和变形全过程。
结构动荷载有：地震作用、风荷载、机械振动引起结构振动、爆炸冲击引起结构震动等等。
1．基本概念单调加载：逐级增加荷载。
研究材料与构件的静力性能。
重复加载：加载—卸载—再加载。
研究材料与构件承受移动荷载作用的抗疲劳性能。
图7-1-1 重复加载和单调加载下混凝土的应力—应变曲线循环反复加载：正向加载—卸载—反向加载—反向卸载—再正向加载等循环反复路径的加载。
研究材料与构件承受地震作用的累积损伤及抗震性能。
循环反复加载下混凝土材料及构件存在强度退化、刚度退化和裂面效应特性。
强度退化：在循环荷载作用下，若保持控制点位移不变，荷载随循环次数增加而下降的现象。
刚度退化：在循环荷载作用下，若保持控制点荷载不变，控制点位移随循环次数增加而增加的现象。
11图7-1-2 循环反复加载下的强度退化、刚度退化特性裂面效应：混凝土开裂后重新受压时，由于骨料咬合作用导致裂缝在完全闭合前就传递较大的压力的现象。
裂缝越宽、骨料粒径越大，裂面效应越显著。
韧性：韧性可以定义为材料从加载到失效为止吸收能量的能力。
韧性是材料强度和延性两种机制的综合。
韧性用材料单位体积吸收能力—应变能密度来衡量。
材料破坏时的应变能密度可以通过积分峰值应力前应力—应变曲线的面积得到。
如下图所示，对于混凝土材料该指标称为峰值韧度。
由于韧度反映了某个特征值(应力、应变)以前材料的完整力学响应而不是单个特征值，实验误差产生的离散性较小，数据可靠性更好。
图7-1-3结构力学性能退化的性质源于结构损伤累积。
ASTM C1609/C1609M 标准评价钢纤维混凝土韧性的指标：设第一条裂缝出现时梁的跨中挠度δ，1韧性指标I 和参与强度指标R 衡量钢纤维混凝土的韧性和能量吸收能力。
韧性指标I 根据第一条裂缝出现时的变形及其相对应的能量决定。
ASTM C1609/C1609M 所定义的韧性指标包括I 5、I 10、I 20，其计算方法为图 7-1-4所示3.0δ，5.5δ和10.5δ处曲线所包围的面积与δ处曲线所包围的面积之比，即如公式(1.1)：OAB OAGH OAB OAEF OAB OACD S S I S S I S S I /,/,/20105=== (7.1.1)对于残余强度指标R ，ASTM 引进了2个系数R 5,10和R 10,20，其计算方法为公式（7.1.2）：)(10),(20102020,1051010,5I I R I I R -=-=(7.1.2)然而ASTM C1609/C1609M 的缺陷在于第一条裂缝相应的挠度δ的确定具有很大的随意性。
第九章结构非线性地震反应分析资料重点
可以推导出，在研究结构的弹塑性动力反应问题的时候，需要研究的、 问题有：地面运动，结构的恢复模型，结构计算模型的选取，动力方 程的数值解法。
9.1恢复力模型
9.1.1恢复力特性
恢复力模型的试验方法 1.反复静荷载试验法 2.周期循环动荷载实验法 3.振动台试验法
U
n D
U n
非平衡判据（当物体软化严重或材料为理想塑性时，结构在很小的荷 载作用下将产生较大的变形，这时不能用非平衡判据）
F(U n ) n D P n 能量判据（计算出迭代过程中内能的增量并与其初始内能增量相比较）
( U n )T F (U n ) D
( Ut )T F (U t )
9.2.4结构动力问题的数值积分方法
9.1.1恢复力特性
三线型模型
9.1.1恢复力特性
曲线型恢复力模型
幂强化弹塑性模型
A n
n为幂强化系数，取值范围为0 到1，当n=1时，为线性弹性， 当n=0时为线性弹塑性，n为其 他值时为非线性弹性，适应于 应变较大的情况。
9.1.1恢复力特性
曲线型恢复力模型
Ramberg-Osgood模型
原理：将时间划分为足够小的若干时间段，将上一时间段末算出的结 果作为本次时间段计算的初始条件，根据体系的运动方程，算出本时 间段内的刚度阵，并认为刚度阵在本时间段内保持不变，算的本时间 段末的结构反应，重复此过程，使结构经过整个动力历程。
M u Cu K u M ug (t)
增量方程求解方法： 线性加速度法 中点加速度法 Wilson-θ法
9.2.5 Push-over计算方法
原理：假定某一地震位移反应模态，在结构上按高度在各层楼板的质 量中心处施加水平分布荷载以代表地震作用产生的惯性力，荷载按照 假定的模态单调增加，直到结构进入塑性
基于FENAP平台的钢筋混凝土桥墩非线性动力分析
禚 一 一 ， ，李忠献 一 ， ，李 宁 ，
（．天滓大学建筑工程学 院，天津 ３ ０ ７ ； １ ０ ０ ２
２ 津 大学 滨 海 土 木 工 程 结 构 与 安伞 教育 部 重 点 实 验 室 ，天 津 ３０ ７ ） ．天 ００２
摘 要 ： 为精 细 模 拟钢 筋混 凝 土桥 墩 的 非 线性 动 力行 为 ，基 于钢 筋 混凝 土 纤 维 梁柱 单 元 实用模 拟 分析 平 台 Ｆ ＮＡ Ｅ Ｐ，研 究了结合纤 维梁柱单元与有限元软件 Ａ ＡＱ Ｂ ＵＳ进行非线性动力分析的原理 ，推导 了动 力分析过程 ，并 开发 了 Ｆ ＮＡ 平 台的非线性动力分析模块．应用该模块分别模拟 了钢 筋混凝土桥墩在 单向地震激励 下的数值试验 Ｅ Ｐ
第４ ３卷 第 ｌ 期 ０ ２１年 １ ００ ０月
天
津大ຫໍສະໝຸດ 学学报 Ｖｌ１ Ｎ Ｏ．０ ０． ４３ １ ０ｃ． ｔ ２０ｌ ０
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｉ ｊ ｉ ｒｉ ｏ ｒ ａ ｏ ａ ｉ Ｕｎｖ ｓ ｙ Ｔ ｎｎ ｅ ｔ
基 于 Ｆ ＮＡＰ平 台 的钢筋 混凝 土 桥墩 非 线性 动力 分 析 Ｅ
ｒｖ ｄ ａ ｄ ａｎ ｎｉ ｅ ｒｄ ｎ ｍｉ ｎ ｌｓｓｍ ｏ ｕ ｅｏ ｅＦ ｉｅ ｎ ｏ ｌ ａ ｙ ａ ｃａ ａｙ ｉ ｎ ｄ ｌ ｆｔ ＥＮＡＰｓｍｕｌｔｏ ａｆｍ ａｗａ ｅ ｅｏ ｅ ． ｎ ｍｅ ｉａ ｅｔｏ ｈ ｉ ａｉｎｐｌｔｏ ｓｄ ｖ ｌｐ ｄ Ａ ｕ ｒｃ ｌ ｓ ｆ ｔ
减震结构的非线性动力分析
减震结构的非线性动力分析郑新民【摘要】文章在充分考虑消能支撑工作特性以后,对层间剪切型的框架结构作基于法的弹塑性动力时程分析,设计了非线性动力时程分析程序.并在此基础上考虑了消能支撑体系的恢复力特性,对恢复力模型中的拐点进行了处理,避免因迭代误差而导致计算结果失真.对某框架结构地震反应的时程分析结果表明:消能支撑框架比普通框架的地震反应明显降低,其作用在强震时更加显著.【期刊名称】《安徽建筑》【年(卷),期】2014(021)003【总页数】3页(P158-160)【关键词】消能支撑框架;时程分析;恢复力特性【作者】郑新民【作者单位】亳州市建筑工程质量监督站,安徽亳州236800【正文语种】中文【中图分类】TU311.30 前言常规的抗震方法是依靠结构构件的塑性变形来消耗地震能量，强震时结构将产生难以修复的破坏甚至倒塌，比结构本身造价更高的房屋装修和内部管线、设备等也将遭到严重破坏。
因此，这是一种消极、被动的抗震方法。
消能支撑框架的抗震机理与常规方法完全不同，消能支撑是一种特殊的抗侧力构件，在风荷载和中小地震下表现出支撑的工作特性，增加主体结构刚度；在强震下表现出耗能器的工作特性，消耗大部分输入结构的地震能量，同时消能支撑的刚度减小甚至为零。
更重要的是，消能支撑框架结构可以根据需要实现罕遇地震下不同的目标位移控制，而不仅是“大震不倒”。
消能支撑可以用于新建建筑结构中，也可以用于已有建筑物的抗震加固或者提高抗震设防水平。
采用消能支撑做抗震加固可缩短工期，提高经济效益[1]。
1 消能支撑框架结构的振动分析模型确定结构振动分析模型和计算简图是实施时程分析的关键环节之一，它直接影响分析和输出量的内容。
目前，结构振动分析模型主要有两大类：层模型和杆系模型。
其中层模型应用比较广泛，它是以结构层作为基本计算单元来进行分析的，视结构为悬臂杆，结构质量集中于各个楼层标高处，形成“糖葫芦串”形体系，属于最简单的模型。
高层结构非线性地震反应分析
高层结构非线性地震反应分析胡小勇【摘要】Two long-period seismic waves with abundant long-period information were selected from earthquake records databases from all over the world. The frequency and spectrum characteristics of these two seismic waves were investigated with the orthogonal HHT (Hilbert-Huang transform) method, and compared with those of two commonly used seismic waves. A complex high-rise building was selected as a case study, in which a finite element model was established with the ANSYS software, and nonlinear dynamic response analysis was conducted on the complex high-rise building with the four seismic waves mentioned above as an input. The results show that the complex high-rise building has different effects in filtering seismic waves, and it can filter long-period seismic waves significantly. In addition, the structure’ s seismic response to long-period seismic waves is greater than it is to common seismic waves, and the displacement response is more significant than the acceleration responses.%从国内外地震记录库中挑选出2条具有丰富长周期信息的长周期地震波，利用正交化 HHT法对2条地震波进行时频特征分析计算，同时以2条常用地震波为参照，进行时频特征的比对分析。
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《钢筋混凝土非线性动力反应分析》课程作业 谢海兵20101602122 1 目录 第一章 采用底部剪力法分别计算一榀平面和三维整体框架的地震内力 ............. 2 1.1 底部剪力法计算B轴线一榀平面框架的地震内力 .................. 2 1.11 重力荷载代表值的计算.................................... 2 1.12 框架的侧移刚度和基本周期............................... 4 1.13 各楼层的水平地震作用力和剪力........................... 7 1.2 底部剪力法计算三维整体结构时B轴框架的地震内力............. 13 1.21 重力荷载代表值的计算.................................. 13 1.22框架的侧移刚度和基本周期 .............................. 15 1.23各楼层的水平地震作用力和剪力 .......................... 17 1.3三维整体结构与一榀平面框架在地震作用时内力对比图 ........... 21
第二章 采用SAP2000程序计算结构朝X方向的前五阶振型和周期 .................. 24 2.1沿X方向的前五阶振型及其周期................................ 28 第三章 采用振型分解法计算B轴框架中产生的地震内力 ................................................29 3.1计算水平地震作用力.......................................... 29 3.2地震作用下各振型相应的柱子的剪力 .......................... 31 3.3地震作用下各振型相应在B轴框架的内力 ...................... 32 3.4采用平方和开平方求B轴框架的最大的反应 .................... 34 3.5振型分解法和底部剪力法求解三维整体结构时B轴框架的内力对比图 41《钢筋混凝土非线性动力反应分析》课程作业 谢海兵20101602122
2 1.1采用底部剪力法计算B轴线一榀平面框架的地震作用和地震内力 1.11重力荷载代表值的计算 i+EKEikGGQ,
KG其中为恒载标准值,iE为组合值系数,ikQ为活载标准值 恒载标准值： 本设计无填充墙，，混凝土的容重为325/KNm
,为了计算方便，构件的
重叠区的质量将被重复计入， 板：0.12×25=32/KNm 次梁：0.3×0.45×25=3.375/KNm
主梁：0.3×0.5×25=3.75/KNm 柱子：0.5×0.5×25=6.25/KNm 剪力墙 0.2×25=52/KNm 各楼层的恒载： FL1：
36173.375633.75173.75646.253.7532453.753262807.375KN
FL2:
36173.375633.75173.75646.253324533262775.5KN
FL2=FL3=FL4=FL5=FL6 FL7: 36173.375633.75173.75646.2532453262648KN
各楼面活载： 《钢筋混凝土非线性动力反应分析》课程作业 谢海兵20101602122 3 各楼面活荷载标准值为2.02/KNm
，不上人屋面活荷载标准值为
0.52/KNm， FL1:6×17×2=2042/KNm FL2=FL3=FL4=FL5=FL6 FL7: 6×17×0.5=512/KNm 楼面的活荷载组合值系数为0.5，屋面的活荷载组合值系数0， 各质点重力荷载代表值iG：
1807.3750.5204909.375GKN 2775.50.5204877.5GKN 23456GGGGG
7648051648GKN 《钢筋混凝土非线性动力反应分析》课程作业 谢海兵20101602122
4 1.12 B轴线框架侧移刚度和基本周期的计算 B轴线梁柱线刚度计算：有现浇楼面的梁，考虑楼板的作用，两边有楼板，b2.0 ， 梁的线刚度
层数 梁位置 跨度 mL 截面 2bhmbb
砼强度等级 及弹模 2/KNmm
矩形截面惯矩4bm 梁的线刚度 4m
mEIKLKN
6~7 轴线1-2 和3-4 6 0.30.5
7303.010C 0.00313 0.00626 33900
轴线2-3 5 0.30.5 7303.010C 0.00313 0.00626 37600
1~5 轴线1-2 和3-4 6 0.30.5 7403.2510C 0.00313 0.00626 33900
轴线2-3 5 0.30.5 7403.2510C 0.00313 0.00626 40700 《钢筋混凝土非线性动力反应分析》课程作业 谢海兵20101602122
5 柱的线刚度
层号 砼强度等级及弹模 2/KNmm 截面bhbb 层高mH 惯性矩b 柱的线刚度EIKL
6-7 730310CE 0.50.5 3.0 0.00521 52100
2-5 7403.2510CE 0.50.5 3.0 0.00521 52100
1 7403.2510CE 0.50.5 3.75 0.00521 52100
B轴线框架的总刚度 层数 边柱D值 中柱D值 D
7 23.1320.65.2120.6125.211.6020.63KD 2
3.1323.7621.325.2121.32125.212.7621.323KD
21.62.768.72
6 2
3.133.390.635.2120.63125.211.6620.633KD
2
3.133.393.764.071.385.2121.38125.212.8421.383KD
21.662.849.0
《钢筋混凝土非线性动力反应分析》课程作业 谢海兵20101602122
6 2-5 23.3920.65.6420.6125.641.7420.63KD 2
3.3924.0721.325.6421.32125.642.2421.323KD
21.742.247.96
1 23.390.754.510.50.75124.511.7520.753.75KD 23.394.071.654.510.51.65124.512.2721.653.75KD
21.752.278.04
能量法计算结构的基本周期 层号 iG
1mD
7
miiiiiGD 1miiii
ii
G 2
iiG
7 648.0 48.7210 0.0074 0.2852 184.810 52.708 6 877.5 49.010 0.0170 0.2778 243.770 67.719 5 877.5 47.9610 0.0302 0.2608 228.852 59.685 4 877.5 47.9610 0.0412 0.2306 202.352 46.662 3 877.5 47.9610 0.0522 0.1894 166.199 31.478 2 877.5 47.9610 0.0633 0.1372 120.393 16.518 1 909.375 48.0410 0.0739 0.0739 67.203 4.966
5944.875 0.2852 1213.579 279.736
21279.7361220.9601213.579iiTTii
GuTsGu由于无填充墙，周期折减系数取为，