试谈地震作用计算

第三章地震作用计算1第三章地震作用计算（Earthquakeactioncomputing）本章提要:主要介绍结构动力学知识和建筑结构的抗震验算方法。主要内容包括：单自由度弹性体系动力反应分析的基本理论与方法、单自由度弹性体系的水平地震作用计算及其反应谱理论、多自由度弹性体系动力反应分析方法、多自由度体系的水平地震作用计算、结构的扭转效应计算、竖向地震作用的基本概念和计算、结构地震反应的时程分析法以及建筑结构的抗震验算等，这些都是结构动力与抗震设计的基本理论，也是本课程的学习重点。学习时应着重理解结构动力反应分析的基本概念和原理，掌握结构抗震设计的基本要求和计算方法，了解各种方法的适用条件和特点。本章的重点是结构动力反应分析和抗震设计理论与方法。2动力计算的特点、目的和内容1、特点：静力荷载与动力荷载的特点及其效应。

“静力荷载”是指其大小、方向和作用位置不随时间而变化的荷载。这类荷载对结构产生的惯性力可以忽略不计，由它所引起的内力和变形都是确定的。“动力荷载”是指其大小、方向和作用位置随时间而变化的荷载。这类荷载对结构产生的惯性力不能忽略，因动力荷载将使结构产生相当大的加速度，由它所引起的内力和变形都是时间的函数。2、目的和内容

计算结构的动力反应：内力、位移、速度与加速度，使结构在动内力与静内力共同作用下满足强度和变形的要求。

与静力计算的对比：两者都是建立平衡方程，但动力计算，利用动静法，建立的是形式上的平衡方程。力系中包含了惯性力，考虑的是瞬间平衡，荷载、内力都是时间的函数。建立的平衡方程是微分方程。第三章地震作用计算3一雾、册动呼力珍学基疑本惰知案识1、孔问叫题子的燥描从述第随三腐章灯地短震裳作旗用纳计钳算3坝.定1结蔑构肺动贪力睁学抹基鸽本愚理系论B投a侦s载e觉T语h疤e泥o耍r尝y热o坦f驰S盲t领r跌u催c见t魔u疲r默e朝D钩y政n欣a骗m伪i鹅c图3-2简化单自由度（SDFS）Single-Degree-of-Freedom-System图3-1水塔结构如消图3北.输1的焦水胖塔裹结兵构李，抗将着其少简明化侨为毅单申自倍由界度狐结顺构谊体萌系慰如茫图3跃.药2所行示晓，物讨只论掀力异、选阻传尼链及曾刚渣度汁之尼间朋的钳关亮系偷。4那妨么蝴当晒结世构逼体者系抢在累大界地典脉妻动艘或游施图加启一街个乘外伏力泊突度然刚释损放厌后涛，拣该构体及系太将疗产出生较图3票-被3所雁示亮的浓振扯动滚，碎其舱方围程尤为锐：图3.3单自由度结构振动从庸图3猾.即3可守以画看醉出才，泳结内构雪单歪自来由茂度哀振蒙动统时高为版等扇周痕期害运兆动饲。第矮三皂章容地赶震益作桑用蛾计斧算3忙.吵1结扶构姜动受力赠学堵基订本常理标论B跃a缝s怒e黄T救h也e斧o亩r蜂y淋o凯f聚S驼t恳r塑u模c态t屠u升r艘e志D彩y宁n祸a幅m骆i毯c5第多三慈章咱地截震朵作间用仪计以算3僻.荒1结道构究动定力畏学驴基禾本博理辛论B仿a笼s召e康T坛h挪e对o肚r酒y哄o示f宾S管t企r贤u脆c禾t驱u掀r棋e们D巷y耗n跪a敬m而i挂c图3.4单榀框架单自由度体系在姥土絮木击工晒程絮结修构联分招析斩中驰，今可权作叶为剑单灿自杀由希度克体夏系零分钱析斑的淋结浴构狡是单很踪蝶多弦的节，棵图3定.瓶4给哲出脖的葬一古单昆榀生框喂架惕，娇忽亏略句柱齐质技量决的袭单哨自披由来度装体铁系鹅。6从方程（3-1）式出发，并研究单自由度体系的自由振动问题，涉及到项，这是一个恢复力的概念。2、味力捏和省变劲形够关悔系（F俩o球r责c吵e荷-怎D妥i答s永p情l外a王c涨e殃m校e检n暮t再R低e铺l崖a促t壮i子o岗n）第码三钻章冷地伶震兔作晴用晨计奏算3怨.钻1结最构也动番力微学滴基液本床理通论B愉a袍s屋e撤T善h露e冬o司r驴y狭o丸f撑S胳t衬r贼u撑c走t飘u聚r诞e纹D凝y爽n吐a翠m课i歉c结构在外力作用下发生变形，结构自身具有恢复到原位的功能，这一恢复到原位的力，称为恢复力。如图3.5所示结构所受的恢复力。其与位移x之间的关系如图3.6所示。。伪这末一图3.5结构所受的恢复力（a）非线性系统（b）线性系统图3.6位移与力的关系

7本河章象的应研荣究推对摧象因是侵线子弹林性附系肺统（L绝i绢n领e唱a径r漏l沈y爹E傍l健a柱s促t知i愚c铺S板y新s峡t嘉e秤m），磁其左恢馆复山力当公笑式泳如贤下唇：(ƒ管s—跃—线烤性牌系间统絮恢曾复井力；L扎i览n窑e疤a枣r灰l零y劈燕E坡l登a渣s含t凡i帖c旷S歌y宾s沈t春e冷m问R环e钩s锈i去s卫t筝i假n帝g改f数o喂r贯c厕e晴)第勿三钥章讲地运震肺作绳用沃计婚算3推.蛙1结疾构怕动劈燕力拳学业基把本辈理族论B缸a告s互e碰T图h接e裤o离r浑y庄o拘f芦S匙t通r面u没c部t早u蓄r仇e泼D悲y悲n狡a围m春i仗c——侧移刚度（从结构力学出发求解）。3、长阻割尼补力（d傻a文m浪p驱i卷n道g蓬f质o怠r药c戚e）当偷结举构仅受说到歌外举力道作进用辩时榴，幸其右结峰构算内患部浙节朋点偶和幻玉材稼料巴晶膊格抛之芽间觉要转产杀生败摩踩擦耗，嘉产贼生乡丰耗畜能聋，笑这望一备耗标能铜势背必光对躲结增构画产赴生眯影抄响抬。把通碧常渐把微这映一嚼由雁内拥部傲摩乞擦捉产侦生览能吩耗衬的小力偿，方称稻作严阻句尼嘉力瓣。余其叔与竿结慕构仇的肚变签形主速剖度飘相午关痕：称为粘滞型阻尼，

为阻尼常数，受力表达如图3.7所示。8第乓三结章魔地达震细作仪用膀计旅算3辩.将1结题构厨动察力域学蚀基睡本抱理伞论B绘a江s携e园T冰h父e剥o摆r狡y息o瓣f明S旬t彻r禁u舅c惠t椒u俗r葡e希D蜡y欢n测a仪m浪i川c图3.7阻尼力与速度的关系4、纽奉外坦激孔励业运雷动佣方蛛程如仗图3悲.诊8例a所艰示蜘的们结叼构侦受碌力晌体转系耳可飞以卵等寻效狮为耻图3窑.岁8子b和3愉.少8煮c的汁形盒式特。9图3.8外激励作用下结构计算简图

是惯性力，由牛顿第二定律所得。由福于装平咐衡脸（袋直欧接断达塑郎蹲贝涂尔共原艺理加）棉：这专样柳的临一摄个送系卡统屠可懒用崇图3值.衔9来号等废效们。图3.9外激励作用下系统的等角简图3镇.岛1结泰构敌动层力坛学称基骗本压理燃论B博a炒s飞e敏T锯h奋e屡o私r岂y寸o禽f武S轧t报r省u务c置t甜u闹r浆e邮D节y舰n证a亡m棍i耳c1饥03江.形1结姿构谎动抖力鸟学助基推本好理糟论B伯a石s春e亚T格h新e俩o增r株y沟o倘f印S级t抖r趣u怠c拿t耐u定r开e悄D目y个n举a陆m秤i甲c二醒、重矩力拜的镇影近响重槽力茂对应结夹构杰动章力叮反倡应遥，岁对推建融立扁结榨构响运位动祖方灯程锡有趣什锤么它影状响亭，翅是横这鸣一障小才节合要异讨馆论部的潮问杂题攀。油分协析舌结惨果置表畜明罪：食如地果浴结煮构袭是辈线蛙弹关性拼的鸣，苍或纯说粥结斗构绳反诵应肿处征于负线倾弹斜性醉范槽围苹，捡并婆且钩是鼓小房诚变比形压，扔包步括却小揭位京移辣阶衣段害，纠重欢力缴问惜题侦的衬分窄析垃和漏动阅力真问越题佩的跃分犬析休可险以旬分拦别防讨橡论妖，缩慧即搭静宗力杆问价题本和躬动灶力季问积题戒的做分引析衬可盖以驰分莲开誓进截行陕。如哪图3贡.剩1润0所田示弊悬辉吊兰的同单喉质今点昂弹喊簧相一巾质蔑点王体醉系眨，愉在主自杰重滥作妇用馆下统和疲动禾力矿荷头载蚊作兄明腰下叔的网变笋形馅过匀程涉如侦图3冶.遣1挥1中秧的夸各白分蒸图躬所订示饲。图3.10单质点弹簧一质点体系1帜13挽.封1结企构勺动沸力乐学忙基聚本切理莫论B杂a代s贝e纷T蚂h瞒e铺o订r庆y么o依f耐S纵t乖r鹅u日c尝t研u挪r朴e遮D熟y搂n趁a挽m握i运c图3.11考虑重力影响时单自由度体系受力分析在匙自淡重昆作俘用识下格，度质霸量方块m产毯生丛一辉竖贼向民位凤移万△s单t，驻即肃重闹力持作拳用挣下环弹量簧安伸墨长壶△s输t，倘注桃意等自经重命作田用拖下版位叹移骂分摘析鸣是顺一累个消静质力得问侧题挎，尊按肝静炎力热学语的全方滑法漂可挺得欲到有重息力W＝m扯g作量用家下误体肃系僵的喝静休位讽移苹为柳：△s专t=俊W嘉/遥k（3复.我6）1闲2在他静腐力寄荷歉载靠（价自帖重捉）过作佩用鄙下罪结谦构颠所她处骂的蚂位训置屈叫垦做症静夜平服衡搅位绕置猴。外对好于杂实狐际伸结板构貌，隐这肠个唇位绝置促就挂是摔受磁到佣动并力额作透用瓶以乖前降结鼓构瘦所妈处棚的督实娇际烧位梳置诱。3旁.卡1结涌构零动疫力趋学耗基兄本抖理齐论B要a演s菊e韵T拒h才e扛o忍r逐y理o描f忠S情t悬r孔u惯c笼t蚕u盗r园e促D括y悠n撒a挨m泛i餐c取结构的静平衡位置为坐标的原点，此时结构上受动力荷载P（t）作用，质点的动力位移、速度、加速度分别为，，。质点受到的惯性力、阻尼力和弹性恢复力分别为：而赚外匹荷臂载创包险括尤动尼力竹荷及载胞和臣自锹重裕，抄即P（t）侦＋W应船用D完’棕A哨l比e蝇m弃b辟e雕r叙t原恩理塘得档到酿质冤点榆的冬平收衡络方富程拢为1窗33蠢.多1结恋构捆动粮力惩学券基疗本送理眠论B麦a抄s网e添T搜h古e连o宋r散y邮o括f闷S胸t团r悄u缘瑞c毫t翻u珠r搜e虾D酬y您n着a础m乒i乐c再涂将哨式△s株t=剪W合/砌k代升入运上卧式济，倘则贯得杜到孝考庙虑坝重彩力皮影板响部的惰结背构缠体获系启的通运稀动醋方杨程撇为可始见市，悲考覆虑矮重翅力箭影挺响爆的颈结孝构孙体遣系豪的蓄运刮动碰方僻程碌与火无耻重韵力斧影聋响劳时误的山运趴动马方务程已完械全凯一鞠样训，增此肃时贯仍然是昆由漆动走荷开载评引静起马的愿动职力犯反胀应琴。侦可贺见止在净研浊究悠结丛构绸的丧动桐力钥反弦应塑时渔，差可道以解完然全嘉不撑考奏虑划重饼力圣的钓影暗响付，雁建技立般体押系所的皱运杯动剖方毕程范，速直逝接杜求其解谈动拜力揪荷荒载裂作扩用诵下肥的忙运尤动蒸方汗程项，苗即丽可仍得榨到少结浸构脑体陈系姻的铜动余力记解裂。艳当穴需肤要鬼考劲虑财重掩力候影绿响烛时清，宰结捡构寄的觉总炊位扎移紧（相变异形异）丈等泊于处静怕力怒解歌加眠动支力纠解期，盆即奇叠亏加绒原指理大成掠立停。因棍此滨，闯在崭结袋构物反脸应访问兆题岩中舍，兽应葡用前叠读加竭原伐理室可染将端静坑力孙问从题麻（救一厚般届是概重月力佩问戴题矛）崖和谁动效力侮问贴题煎分竿开锄计揉算晌，爽将指其结结非果耗相凑加枯即枕得撕到裹真承实察结悉构唇的勤反革应弓。1滋43血.翅1结添构全动壤力螺学渡基题本爸理维论B纯a旦s羡e测T嫩h剑e斜o夜r桨y墙o泽f范S秧t健r伤u挽c言t茄u锣r吃e浙D价y箩n作a雁m吐i氏c三蛙、地沸基奥运挎动驻的拜影闷响结轿构圈动令力蹦学鸽中在研锻究壳的倍一伐个吐重廊要狡课竟题镇是蚀地械震亚作觉用埋下访结脉构由的巧动英力盘反芦应研。恢在楼结把构竟地慈震灰反答应记问轰题城中绸，朱结递构章的拴动律力烈反饲应戚不岛是否由桶直也接倍作蹈用笛到混结生构胶上匹的窄动才