工程抗震原理

PrinciplesofSeismicEngineering土木工程專業(yè)本科專業(yè)課

主要內(nèi)容第一章工程抗震基礎(chǔ)知識第二章場地與地基基礎(chǔ)抗震原理第三章建筑結(jié)構(gòu)抗震原理第六章橋梁結(jié)構(gòu)抗震原理第七章工程結(jié)構(gòu)減震控制原理第三章建筑結(jié)構(gòu)抗震原理§1概述§2單自由度體系地震反應(yīng)分析§3單自由度體系水平地震作用§4多自由度體系地震反應(yīng)分析§5地震分析振型分解反應(yīng)譜法§6水平地震作用的底部剪力法§7考慮扭轉(zhuǎn)的水平地震作用§8結(jié)構(gòu)豎向地震作用§9建筑結(jié)構(gòu)抗震驗算§10結(jié)構(gòu)自振周期和頻率的實用計算方法§11工程結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的時程分析方法§12地基與結(jié)構(gòu)動力相互作用效應(yīng)第三章建筑結(jié)構(gòu)抗震原理§1概述§2單自由度體系地震反應(yīng)分析§3單自由度體系水平地震作用§4多自由度體系地震反應(yīng)分析§5地震分析振型分解反應(yīng)譜法§6水平地震作用的底部剪力法§7考慮扭轉(zhuǎn)的水平地震作用§8結(jié)構(gòu)豎向地震作用§9建筑結(jié)構(gòu)抗震驗算§10結(jié)構(gòu)自振周期和頻率的實用計算方法§11工程結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的時程分析方法§12地基與結(jié)構(gòu)動力相互作用效應(yīng)§8結(jié)構(gòu)豎向地震作用8.1引言震害表明，高烈度區(qū)的豎向地震地面運動相當可觀，豎向地震作用相當明顯，尤其對高柔結(jié)構(gòu)，如煙囪、電視塔等高聳結(jié)構(gòu)和高層建筑。在豎向地震作用下最易受損傷的結(jié)構(gòu)構(gòu)件是預(yù)應(yīng)力的和懸臂的梁和板。我國地震經(jīng)驗表明，烈度9度和9度以上時，跨度大于18m的屋架、1.5m以上的懸挑陽臺和走廊等震害嚴重甚至倒塌；烈度8度時，跨度大于26m的屋架、2.0m以上的懸挑陽臺和走廊等震害嚴重?！?結(jié)構(gòu)豎向地震作用《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：抗震設(shè)防烈度8度和9度時的大跨度結(jié)構(gòu)、長懸臂結(jié)構(gòu)、煙囪和類似的高聳結(jié)構(gòu)，9度時的高層建筑，應(yīng)考慮豎向地震作用。各國抗震規(guī)范對豎向地震作用的計算方法大致有三種：(1)靜力法：取結(jié)構(gòu)或構(gòu)件重力的一定百分數(shù)作為豎向地震作用；(2)按反應(yīng)譜法計算豎向地震作用；(3)規(guī)定結(jié)構(gòu)或構(gòu)件所受到的豎向地震作用為水平地震作用的某一百分數(shù)。§8結(jié)構(gòu)豎向地震作用8.2高聳結(jié)構(gòu)及高層建筑的豎向地震作用高聳結(jié)構(gòu)及高層建筑的豎向地震反應(yīng)的分析方法與水平地震反應(yīng)的分析方法沒有原則上的不同，凡是適宜于水平地震反應(yīng)分析的方法，也均可用于豎向地震反應(yīng)的分析?！?結(jié)構(gòu)豎向地震作用1.結(jié)構(gòu)的豎向振動周期和豎向設(shè)計反應(yīng)譜采用反應(yīng)譜理論計算豎向地震作用時，需要確定豎向振動的振型和豎向設(shè)計反應(yīng)譜。豎向振動的振型計算相當于求解懸臂桿件的縱向振動問題。計算結(jié)果表明，高聳結(jié)構(gòu)和高層建筑的豎向振動周期較短，其基本周期在0.1~0.2s范圍內(nèi)，小于場地豎向反應(yīng)譜的特征周期?！?結(jié)構(gòu)豎向地震作用為了獲得豎向設(shè)計反應(yīng)譜，在編制《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》時，曾對257組豎向和水平向強地震加速度記錄，按場地類別分類，分別統(tǒng)計給出平均反應(yīng)譜（動力系數(shù)β譜），發(fā)現(xiàn)豎向和水平向平均反應(yīng)譜的形態(tài)基本相同。另外，根據(jù)統(tǒng)計分析，豎向和水平向的最大地面加速度值之比，一般在1/2~2/3的范圍內(nèi)，但也不排除豎向最大地面加速度值比水平向最大地面加速度值大的個別情況?！?結(jié)構(gòu)豎向地震作用因此，為了簡化計算，《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》取豎向地震影響系數(shù)αvmax為水平向地震影響系數(shù)αmax的0.65倍，即：《核電廠抗震設(shè)計規(guī)范》GB50267-97中，分別規(guī)定了水平地震作用和豎向地震作用的標準反應(yīng)譜，兩個標準反應(yīng)譜的最主要差別體現(xiàn)在最大值的周期范圍不同?！?結(jié)構(gòu)豎向向地震作作用歐洲抗震震設(shè)計規(guī)規(guī)范EuroCode-8中，采用用的豎向向地震反反應(yīng)譜的的形狀與與水平向向地震反反應(yīng)譜的的形狀有有所不同同，相差一個個與周期期有關(guān)的的因子，周期小小于0.15s時為0.7，周期大大于0.5s時為0.5，周期介介于0.15~0.5s之間時采采用前兩兩者的內(nèi)內(nèi)插值。?！?結(jié)構(gòu)豎向向地震作作用《公路橋梁梁抗震設(shè)設(shè)計細則則》建議豎豎向設(shè)計計加速度度反應(yīng)譜譜由水平平向設(shè)計計加速度度反應(yīng)譜譜乘以下下列公式式給出的的因子：：基巖場地地：土層場地地：式中，R—豎向與與水平向向設(shè)計加加速度反反應(yīng)譜的的比值；；T—設(shè)計加加速度反反應(yīng)譜的的周期。。§8結(jié)構(gòu)豎向向地震作作用2、豎向地地震作用用的計算算方法采用時程程分析法法和振型型分析法法對煙囪囪、電視視塔等高高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)和框架架、剪力力墻等高高層建筑筑進行豎豎向地震震作用計計算，結(jié)結(jié)果表明明，豎向地震震作用效效應(yīng)與重重力荷載載效應(yīng)的的比值沿沿高度方方向由下下往上逐逐漸增大大，具有有明顯的的規(guī)律性性。第一振型型的豎向向地震反反應(yīng)在總總的豎向向地震反反應(yīng)中起起主要作作用，僅僅取第一一振型計計算的豎豎向地震震作用，，與取前前5階振型、、按平方方和開平平方(SRSS)法進行組組合得到到的豎向向地震作作用很接接近?！?結(jié)構(gòu)豎向向地震作作用第一振型型各質(zhì)點點的位移移上大下小小，如轉(zhuǎn)90°表示，則則第一振振型呈倒三角形分布布，如圖所示。。因此，取第一一振型豎向地地震影響系數(shù)數(shù)αv1=αvmax，根據(jù)底部剪剪力法，結(jié)構(gòu)構(gòu)總豎向地震震作用和各質(zhì)質(zhì)點的豎向地地震作用可按按下列公式計計算：§8結(jié)構(gòu)豎向地震震作用式中，αvmax—豎向地震影影響系數(shù)最大大值，《建筑筑抗震設(shè)計規(guī)規(guī)范》規(guī)定取水平向地震影影響系數(shù)最大大值的65%；FEvk—結(jié)構(gòu)總豎豎向地震作用用標準值；Fvi—質(zhì)點i的豎向地震作作用標準值；；Geq—結(jié)構(gòu)等效總重力荷載，可取其其重力荷載代代表值的75%，即:§8結(jié)構(gòu)豎向地震震作用樓層的豎向地地震作用效應(yīng)應(yīng)可按各構(gòu)件件承受的重力力荷載代表值值的比例分配配，第i層豎向地震作用用及其各構(gòu)件的豎向地震作作用可按下式式計算：式中，Nvi—第i層的豎向地震震作用標準值值；Nvij—第i層第j個豎向構(gòu)件的的豎向地震作作用標準值Gij—第i層第j個豎向構(gòu)件所所承受重力荷荷載代表值—第i層豎向構(gòu)件所所承受的總重重力荷載代表表值?！?結(jié)構(gòu)豎向地震震作用根據(jù)臺灣集集地震經(jīng)驗，《《建筑抗震設(shè)設(shè)計規(guī)范》規(guī)規(guī)定，在求得高層建筑筑樓層的豎向向地震作用效效應(yīng)后，宜再再乘以增大系系數(shù)1.5。8.3大跨度結(jié)構(gòu)的的豎向地震作作用平板型網(wǎng)架屋屋蓋和跨度大大于24m的鋼屋架和鋼鋼筋混凝土屋屋架通常需要要考慮豎向地地震作用?！?結(jié)構(gòu)豎向地震震作用《建筑抗震設(shè)計計規(guī)范》規(guī)定：平板板型網(wǎng)架屋蓋蓋和跨度大于于24m屋架的豎向地地震作用標準準值，宜取其重力荷載代表表值Gi和豎向地震作用系數(shù)數(shù)λv的乘積，即：：式中，λv—豎向地震作作用系數(shù)，按按下表采用結(jié)構(gòu)類型烈度場地類別ⅠⅡⅢ、Ⅳ平板型網(wǎng)架鋼屋架8可不計算(0.10)0.08(0.12)0.10(0.15)90.150.150.20鋼筋混凝土屋架80.10(0.15)0.13(0.19)0.13(0.19)90.200.250.25§8結(jié)構(gòu)豎向地震震作用8.4長懸臂結(jié)構(gòu)和和其它大跨度度結(jié)構(gòu)的豎向向地震作用目前，長懸臂臂結(jié)構(gòu)和其它它