结构抗震-时程分析幻灯片.ppt

结构抗震分析 动力时程分析方法 1 时程分析方法步骤 开始 输入结构总体信息 几何与材料信息其它有关信息计算有关参数 求初始弹性单刚 形成总刚 进行线性静力分析 计算初始变形 初始内力 求结构抗侧总刚 进行线性动力分析 求自振频率求阻尼矩阵 求结构二阶效应几何非线性矩阵 逐步输入地震地面运动加速度记录 求非线性单刚 形成总刚 求结构抗侧总刚 形成增量动力微分方程 解增量动力微分方程求主自由度位移速度 加速度增量 1 时程分析方法步骤 解增量动力微分方程求主自由度位移速度 加速度增量 求主自由度位移速度 加速度 求副自由度位移增量 求单元内力 变形增量 拐点处理 加速度记录是否结束 输出结果 结束 是 否 返回第三步 2 构件非线性单元模型 微观单元模型宏观单元模型微观单元模型主要有平面应力元 三维实体单元 纤维模型 板壳单元 难点 材料本构关系的特殊性和复杂性 离散化 整体式 组合式 分离式 2 构件非线性单元模型 宏观单元模型以结构中的各构件 如梁 柱 墙为基本分析单元 通过简化处理将其简化为一个非线性分析单元 杆 集中塑性铰模型 分布塑性区模型Clough 双分量 2 构件非线性单元模型 宏观单元模型Clough 双分量 用一根表示屈服特性的理想弹塑性杆和一根表示屈服后硬化特性的完全弹性杆来模拟构件 非弹性变形集中在端部塑性铰 只适用于双折线型恢复力滞洄模型 不能模拟循环受力时构件刚度的连续变化和退化过程 2 构件非线性单元模型 宏观单元模型Giberson 单分量 用一个杆端塑性转铰来刻画杆件的弹塑性性能 杆件两端的弹塑性参数相互独立 适用于各种恢复力滞洄模型 不能考虑地震过程中构件反弯点的移动 仅考虑纯受弯构件 2 构件非线性单元模型 宏观单元模型Aoyama 三分量 考虑了开裂非线性的影响 能采用三线型恢复力滞洄模型 2 构件非线性单元模型 宏观单元模型变刚度三分段模型 单元两端分布有限长度塑性区域 中间则保持弹性 2 构件非线性单元模型 宏观单元模型变刚度五分段模型 单元两端屈服后非线性区域 开裂后非线性区域 中间则保持弹性 2 构件非线性单元模型 宏观单元模型剪力墙的模型 等效梁模型 墙板单元模型 等效桁架模型 三垂直杆单元模型 多垂直杆单元模型 二维板单元模型三垂直杆单元模型 转动弹簧难与边柱变形协调 相对转动中心高度rh难以确定 2 构件非线性单元模型 宏观单元模型剪力墙的模型 多垂直杆单元模型 2 构件非线性单元模型 宏观单元模型剪力墙的模型 考虑垂直杆剪切刚度的多垂直杆单元模型 3 结构分析模型 层间模型杆系模型杆系 层间模型平面应力元模型 3 结构分析模型 层间模型剪切模型是一种简单的层间模型 将质量集中在楼层 不考虑楼层变形 每一楼层只考虑一个自由度由于忽略了弯曲效应 只适用于高宽比较小 梁板刚度较大 柱先屈服的强梁弱柱型框架 3 结构分析模型 杆系模型以杆件作为结构的基本单元 梁 柱 墙均简化为以其轴线表示的杆件 将其质量堆积在节点处或者采用考虑杆件质量分布单元质量矩阵 优点 能明确各构件在每一时刻的受力与弹塑性状态 由于放弃了楼面刚性假设 能更好地模拟楼面大开洞 错层及风车型等复杂平 立面结构 缺点 自由度数多 计算慢 3 结构分析模型 杆系 层间模型将每层质量集中于质心 对平面分析每层仅考虑集中质量的水平振动 对空间分析每层考虑两个方向的水平振动和楼层平面内的扭转振动 形成结构静力总刚时 以杆件为基本单元 假设楼板平面内刚度无穷大 组装成静力总刚后 采用静力缩聚法 高斯消元法或柔度矩阵求逆法得到动力总刚 3 结构分析模型 平面应力元模型用于分析剪力墙体系的力学模型 4 构件恢复力模型 曲线型恢复力模型简化分段线性的折线型恢复力模型折线型主要有 二线型 三线型 四线型 带负刚度段 退化二线型 退化三线型 指向原点型和滑移型杆单元 一般用退化三线型剪力墙 一般用指向原点型 4 构件恢复力模型 确定恢复力骨架曲线的方法 试验方法计算机方法实用方法 4 构件恢复力模型 确定恢复力骨架曲线的方法 开裂点 屈服点破坏点反向开裂点 反向屈服点反向破坏点 4 构件恢复力模型 1 2 3 8 8 6 11 8 12 4 5 10 7 9 10 13 9 9 10 11 11 10 11 8 4 构件恢复力模型 确定恢复力骨架曲线的方法 各状态刚度 几何非线性1 建立单元刚度矩阵时考虑轴力的几何非线性 2 在整体结构的水平上来考虑几何非线性的P 效应的几何刚度矩阵 4 构件恢复力模型 几何非线性 采用与重力产生的倾覆