《抗震原理复习》课件

抗震原理复习探讨建筑物抵御地震侵害的机制和方法为建造安全的建筑物奠定基础,课程大纲地震基础知识单自由度系统分析多自由度系统分析抗震设计原理涵盖地震的形成机理、地震波深入探讨单自由度系统的运动分析多自由度系统的运动方包括结构设计地震动、地震作传播、结构动力特性等基础原方程、固有周期、阻尼比及共程、固有周期及阻尼特性用下的结构计算、刚度设计、理内容振效应强度设计等内容地震的形成地震的形成是由于地壳板块的运动和相互作用所引起的地壳板块在地球内部的持续运动会造成地壳发生断裂和错动积累大量应,力能量一旦达到临界值时就会突然释放产生剧烈的振动即为地,,,震这种振动通过地球内部传播就形成了地震波,地震波的传播震源爆发地震发生时,地下岩石突然破裂并释放能量,形成地震波地震波扩散地震波以各种不同的形式在地球内部和表面传播,如纵波、横波等能量衰减地震波在传播过程中会遇到阻碍,逐渐衰减能量,远离震源强度变弱地表影响地震波到达地表后,会引发地面振动并对建筑物等造成破坏性影响结构的动力特性结构的自然振动特性刚度和质量的影响12结构物具有固有的自然振动周结构的刚度和质量分布决定了期和振型这些动力特性决定了其振动特性在抗震设计中需要,,结构在地震作用下的振动响合理控制应阻尼的作用多自由度系统的复杂34性结构中的各种阻尼机制能减小地震振动,提高抗震性能合理多层多跨结构的动力特性更加设计阻尼是关键复杂需要进行详细的动力分,析单自由度系统的运动方程外加力Ft1由地震等动力作用引起质量m2结构的总质量刚度k3结构的总刚度阻尼c4结构的总阻尼特性对于单自由度系统根据牛顿定律可以得出其运动方程其中是位移是速度是加速度该方程描述了质量、刚度,m*u+c*u+k*u=Ft u,u,u和阻尼特性如何影响系统的动力响应解决此方程可以得到结构在地震作用下的动力响应单自由度系统的固有周期单自由度系统的阻尼比阻尼比定义阻尼比是表示单自由度系统阻尼能力大小的无量纲参数通常用表ζ示，为阻尼系数，ζ=c/2ωm cω为角频率，为质量m阻尼比类型根据阻尼比大小可分为欠阻尼、临界阻尼和过阻尼0ζ1ζ=1三种情况ζ1不同阻尼比的影响阻尼比越大振动衰减越快但刚好,,跟零平衡点的距离越小因此需要根据实际设计需求合理选择阻尼比单自由度系统的共振现象共振频率阻尼比当外加作用力的频率等于系统的阻尼比的大小会影响共振现象的固有频率时就会产生共振现象导强度和持续时间阻尼比越大共振,,,,致系统振幅急剧增大现象越不明显动态放大系数实际应用动态放大系数是衡量共振现象强在抗震设计中必须充分考虑共振,度的重要指标当系统处于共振状现象对结构的不利影响采取相应,,态时动态放大系数会达到最大的抗震措施,值多自由度系统的运动方程多自由度系统1具有多个质量和多个自由度的结构系统运动方程2描述系统在地震作用下的动力行为耦合效应3各自由度之间存在耦合相互影响,多自由度系统的运动方程通过力学定律建立考虑了结构的质量、刚度和阻尼特性方程反映了各自由度之间的耦合效应对于准Newton,,确描述地震作用下结构的动力响应至关重要多自由度系统的固有周期

0.5S

1.0S主周期次周期

1.5S

2.0S第三周期第四周期多自由度系统中各自由度的固有周期会有所不同主周期是系统的主导振动模,态次周期和其他较高阶周期会影响系统的动力响应合理控制各阶固有周期对,于提高结构抗震性能非常重要多自由度系统的阻尼特性阻尼的重要性频率依赖性结构损伤的影响阻尼类型的选择多自由度系统中合理的阻尼多自由度系统的阻尼特性通常严重的结构损伤会导致局部刚结构阻尼可以包括材料本身的,比能够有效吸收地震能量减会随结构的振动频率而变化度降低从而改变整体阻尼特阻尼、连接件的摩擦阻尼以及,,小结构响应阻尼是控制结构这种频率依赖性需要在结构动性这种效应在抗震设计中需特殊减振装置的阻尼合理选振动、保护结构安全的关键因力分析中考虑要慎重评估择阻尼类型对性能优化很关素键楼层响应谱楼层响应谱是一种反映建筑物各层楼面加速度的图形它描述了建筑物在地震作用下各楼层的动力响应情况，为结构设计提供了重要依据通过分析楼层响应谱可以了解结构在地震作用下的变形状态和受力情况楼层响应谱的绘制需要考虑结构物的固有周期、阻尼特性和地震动特性等因素合理的楼层响应谱分析有助于确定结构关键部位的抗震设计措施确保建筑物在,地震作用下的安全性结构设计地震动地震加速度谱1通过分析地震记录数据可以得到针对场地条件的加速度谱为,,结构设计提供重要依据场地影响系数2不同地质条件会对地震动产生不同的放大效应需要考虑场地类,别和场地特性因子地震动参数3包括峰值地面加速度、峰值地面速度、峰值地面位移等反映地,震动的强度特征地震作用下的结构计算确定地震荷载根据建筑物的使用性质、抗震构造型式、所在地的地震烈度等因素,确定作用于结构上的水平地震作用力建立动力模型将建筑物作为一个整体,分析其结构特性,确定各部位的质量、刚度和阻尼等参数,建立合理的动力计算模型进行动力分析采用时程分析或频谱分析的方法,计算结构在地震作用下的动力响应,包括位移、内力、加速度等检查抗震性能将计算的动力响应与结构的抗震性能指标进行对比,确保结构在地震作用下不会出现超限状况刚度设计确定结构刚度刚度分析规范要求根据设计工况确定结构的刚度需求确保结采用有限元分析等方法对结构的刚度特性进根据相关规范合理确定结构刚度指标满足,,,构在地震作用下位移控制在允许范围内行全面分析并优化结构设计抗震设计的各项要求,强度设计应力分析材料选择根据结构的受力情况进行详细的选择具有足够强度和抗震性能的应力分析确保结构各部位的应力建筑材料如钢筋混凝土、钢结构,,处于安全范围内等构造措施安全系数采取合理的结构构造如柱梁连在计算过程中加入充足的安全系,接、剪力墙等提高整体结构的抗数确保结构具备足够的抗震能,,震性能力位移设计控制最大位移确定允许位移限值采取有效措施验证结构性能位移设计旨在限制建筑物在地根据建筑物的重要性和用途通过优化结构刚度、增大阻利用计算分析方法如时程分,,震作用下的最大变形以确保制定相应的允许位移限值以尼、采用隔震等措施减小建析等评估结构在地震作用下,,,,结构和非结构构件不会发生过确保建筑物在地震荷载下能够筑物的地震响应位移满足位的位移响应确保满足相应的,,度损坏这需要控制各层的相保持足够的安全性和使用功移控制要求位移限值对位移以及整体的水平位移能工程实例分析我们将通过分析几个典型的工程案例了解不同类型建筑物在地震作用下的实际,响应和抗震表现这将有助于我们深入理解抗震设计的关键原理和实际应用我们将重点分析高层建筑、工业厂房、桥梁等不同结构类型的抗震行为探讨其,固有周期、动力特性、抗震措施等总结出有效的抗震设计策略,地基处理地基加固基础改良抗滑桩通过加固地基可以增加地基的承载能力提针对软弱地基可以进行基础改良如换填、在高地震烈度区可以采用抗滑桩来增强地,,,,,高抗震性能常见的方法包括桩基、地基注夯实等提高地基的承载能力和抗变形性基抗滑移能力有效防止建筑物倾倒,,浆等能结构隔震隔震层隔震装置在建筑物基础和上部结构之间设置隔常见的隔震装置包括天然橡胶隔震支震层可以大幅降低地震力传递座、铅芯橡胶隔震支座等,结构特点能量耗散隔震建筑具有较长的固有周期和较高隔震设计可以通过隔震装置和阻尼装的阻尼比可以有效降低地震力置有效耗散地震能量,动力减震装置能量消耗装置隔震系统12通过将震动能量转化为热能或在基础和上部结构之间设置隔其他形式的能量来有效降低建震层可以大幅降低上部结构受,筑物的震动反应到的地震作用力质量阻尼装置粘滞阻尼器34利用连接到结构上的大质量作利用粘滞阻尼器在结构中产生为动吸振器吸收和消耗结构振阻尼力有效抑制结构抗震反,,动能量应材料与构造高强混凝土钢筋布置12采用高强度混凝土可以提高建合理布置钢筋可以确保结构承筑物的整体刚度和抗震能力担地震时的拉伸和剪切应力构造柱和剪力墙隔震和减震设备34结构中的构造柱和剪力墙是抵采用隔震和减震装置可以大幅抗地震作用的关键构件降低上部结构受到的地震力基本设计理念安全性功能性经济性可持续性确保建筑物在地震作用下可以即便在地震作用下建筑物的主选择合理的抗震设计措施在满确保建筑物在地震后能够尽快,,安全避免坍塌保护建筑物内的要功能和使用性能也应该能够足安全性能的前提下尽量节省恢复使用最大限度减少对人群,,,人员生命安全得到保证建筑成本生活和社会经济的影响荷载组合永久荷载变动荷载由建筑物自重和其他永久性作用由人员、设备、库存物品等产生产生的荷载如墙体、楼板、屋顶的可变荷载根据不同使用情况,等而有所不同环境作用组合系数如风荷载、雪荷载、地震荷载等不同荷载作用之间存在相关性需,来自自然环境的动态荷载需要要引入组合系数对荷载进行适当根据实际情况进行合理组合组合设防烈度标准影响因素分区标准设防烈度标准主要取决于地震活动性、地质条件以及建筑物的重根据国家《建筑抗震设计规范》中国大陆划分为个不同的地震,9要程度等因素确保在不同的地震风险区域采取相应的防震措施烈度区由低至高分别为度、度、度、度等每一区域,,ⅥⅦⅧⅨ都有针对性的抗震设计要求抗震机制地震检测隔震设计减振装置通过地震监测设备及时捕捉地震动力信号在建筑基底设置隔震装置有效隔离地震动在结构关键部位安装动力减振器吸收和消,,,为抗震设计提供重要参数力传入上部建筑结构散地震振动能量提高结构抗震性能,抗震设计流程确定建筑物类型1根据建筑用途、建筑高度等因素确定抗震等级确定地震作用2根据所在地的地震烈度和场地条件确定地震作用计算结构响应3采用合适的分析方法计算结构在地震作用下的响应进行抗震设计4根据计算结果对结构进行刚度、强度和位移设计优化设计5对设计结果进行检查和优化,确保满足抗震要求抗震设计流程是一个循环往复的过程,需要根据不同的建筑物类型和地震作用条件进行反复的计算和优化,直到达到满足抗震要求的最终设计抗震措施强化建筑结构设置隔震装置采用钢筋混凝土、钢结构等坚固在建筑基础与上部结构之间设置材料设计合理的框架和墙体增强隔震装置能够有效减小地震力传,,,建筑物的抗震性能递至上部建筑采用减震系统优化建筑布局在关键结构部位设置减震装置可合理规划建筑的形状和空间分布,,以有效吸收和耗散地震能量保护避免不利的结构特征提高抗震性,,建筑物的稳定性能建筑物构造要求坚固基础抗震构件建筑物的基础应设计牢固能承受住强利用钢筋混凝土、钢结构等耐震材料,烈地震的震动力来建造抗震墙、柱等构件减震设计可靠连接采用隔震装置、阻尼装置等措施减弱各构件之间要有可靠的连接不能出现,,地震动对建筑物的破坏力脆性破坏小结与复习地震作用机制抗震设计流程抗震措施总结通过理解地震作用对建筑物的影响原理全梳理抗震设计的主要步骤包括地震动分总结不同类型抗震措施如隔震、减震等让,,,,面总结本次课程的主要内容为后续的抗震析、结构特性确定、构件设计等为实际工学生充分了解如何在实际工程中应用这些措,,设计奠定基础程应用提供指引施。