[分享]浅谈结构抗震概念!

作者:枕头一米 时间: 2020-10-04 21:02 阅读:

  浅谈建筑构造抗震设计概念(五)XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  作者:王锁军XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  北京蓝图工程设计有限公司XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  浅谈(四)讨论完了抗规设计反响谱的创立过程和粗浅的概念,但对优秀的构造工程师来说了解到这个深度还远远不够,要了解设计反响谱的根本概念还得回到根本的动力学理论。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  一:地震作用的等效外力XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  工程师常挂在嘴边的地震作用浅显地讲就是地震惯性力。但这种惯性力和我们容易了解的直接作用在构造上的外荷载比方虎门大桥的风荷载或设备的振动荷载并不完整相同。当普通外动荷载作用在体系上时,依据达朗贝尔动均衡原理画出如下表示图:XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  但是地震是空中运动带动构造根底运动,经过构造的竖向构件带动建筑楼层振动,楼层振动加速度产生所谓的惯性力,就仿佛我们站在振动的空中上感遭到了一种力的作用。假如用刚性杆拉动质量,地动的加速度即为质量的加速度,我们很容易得出质点所受的惯性力,但用一个有限刚度的弹簧来回拉动一个质量,就像空中运动带动一个弹性单质点体系一样,其受力简图和直接外动荷载受力简图比照表示如下图:XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  地震作用与外力作用表示图XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  这和我们熟习的外力直接作用在物体上似乎不一样了。这个所谓的地震惯性力并不像外力那样直接作用在物体上,体系的振动性能和我们构造动力学中的外力作用下的振动特性是一样的吗?XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  假定静止的地平面为参照系,空中的运动为,质点相关于运动空中的相对位移,那么质点相对静止地平面的绝对位移则为:XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  两个方程方式完整一样,这样我们就能够把作用在建筑构造基底的地震动的构造体系的受力状态想象为构造地基不动,而是在体系的质量上作用一个大小等于的外荷载来停止体系构造动力学办法求解。这个假想的外荷载和普通的外荷载不一样,它不是像风荷载那样和体系无关的荷载,而是和体系自身的质量成正比。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  我们小时分无法了解忽然的刹车,人为什么会跌倒?初中教师通知我们是由于惯性的缘由,大学物理中达朗贝尔引入了基本不存在的惯性力来树立假想的均衡方程也叫动均衡方程。这些似乎了解起来并不太难,但就是这个简单的加速度惹起的惯性力,爱因斯坦经过深化的考虑创立了广义相对论。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  爱因斯坦想象了一个人在宇宙空间的一个封锁的电梯里,无论停止什么样的科学实验我们也无法确认电梯是遭到地球的引力做自在落体加速度运动,还是在宇宙空间中没有引力作用的匀速直线运动,所以爱因斯坦以为这两种状况实践是一样的,那就是宇宙空间中基本不存在牛顿所谓的万有引力,只是由于地球质量的存在形成了四周空间的弯曲而使电梯滑向地球,和电梯在宇宙平直的空间中的匀速运动一样都是在空间中做自在运动,这就是爱因斯坦广义相对论的思想根底。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  我们把空中振动等效成作用于质点上的外荷载,这两种等效是不是像爱因斯坦那样的状况完整是一回事呢?未为可知呀!XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  二:如何求解普通动力外荷载下的体系反响-杜哈梅积分XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  有了上面的等效外荷载的公式,我们就能够按动力学的根本公式停止地震体系位移的求解了。大学期间让我惊叹的内容之一就是杜哈梅(法国数学家、物理学家1797~1872年)积分,当然更叹服牛顿和莱布尼茨创造的积分使这种复杂的外荷载的惹起的地震位移反响的计算有了可能,杜哈梅积分使恣意复杂的动荷载都能够求解。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  高中物理通知我们冲量等于,这样就能够先把复杂的外动荷载的一个微段变成一个初速度(见下图)XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  给体系质量加上这个初速度求解出它的反响,然后再对全部的微段(初速度形成的体系位移)停止积分,得到最终的体系的反响,这就是数学的神奇。当然对复杂不规则的外荷载这个需求借助计算机来完成,人工可以停止解析积分的大约也就是几种简单的比方瞬时脉冲力、突加荷载、简谐荷载等。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  单自在度体系给一个初速度V0,体系的振动方程为:XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  所以对这个初速度停止积分从而得到整个复杂外荷载的积分为:XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  这就是杜哈梅积分,但应该留意的是这个积分仅适用于弹性体系可叠加的性质。可惜杜哈梅的那个年代现代计算机数值计算还不兴旺,所以以计算机数值计算为根底的地震工程并没有开展起来。但这个积分的原理给计算机数值计算打下了数学力学根底。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  有阻尼体系的杜哈梅积分推导相似,结果如下:XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  公式立面有一个是什么?这是有阻尼体系的自振频率。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  也就是说有阻尼体系的自振频率是和无阻尼的自振频率不相同的,不用剖析我们也能够想象出来空气中的钟摆的频率要低于真空中的钟摆就是这个道理。但由于普通建筑构造阻尼都比拟小,所以有无阻尼的自振频率相差不大。比方混凝土构造的阻尼比是0.05,自振频率和无阻尼时频率之比为XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  谈到阻尼,我们必需讨论一下阻尼对体系的振动影响,为今后讨论构造的振动反响做准备。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  三:阻尼对振动的影响XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  无阻尼的体系在外荷载的作用下能够构成共振,而且随着重复的作用反响会越来越大,直至无量大,但实践在阻尼的状况下,共振的最大振幅会固定为一个数值不再增大,而关于外荷载不再继续作用时,振动振幅逐步减小,并最后静止。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  简直任何振动都会有阻尼,构造中的阻尼多种来源,阻尼力总是对振动起到障碍作用,从方向上看,它总是与质点的速度方向相反。从数值看与速度的关系有以下几种状况:XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  (1)阻尼力与质点的速度成正比,这种阻尼比拟常用,称为粘滞性阻尼。,我们构造剖析中的阻尼普通就是这种阻尼类型。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  (2)阻尼力与与质点速度的平方成正比,固体在流体中的阻力属于这种,建筑构造中不常用。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  (3)阻尼力的大小与质点的速度无关,摩擦力就属于这种。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  构造中实践的阻尼是很复杂的,我们无法用力学模型来真实的表达,所以普通采用简化的数学模型停止简化,比方常用的粘滞性阻尼。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  有阻尼的单自在度体系的震动方程:XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  直接给出构造振动位移结果如下:XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  a和α都是和初始条件、构造特性有关的系数,构造工程师能够不不用太关怀它。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  低阻尼下的振动位移曲线如下图:XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  由于阻尼的影响,自在震动渐渐的会停下来,就像我们钟摆发条没劲了总会停下来一样。从这个图上也能够看出,阻尼越大,震动衰减的越快,和我们的普通了解是分歧的。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  我们构造工程师挂在嘴边的阻尼比ζ是我们计算的一个很重要的参数,比方混凝土构造是5%,钢构造是2%。假设是1呢,哈哈,那自在振动的构造就被粘住,恰恰震动不起来了。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  四:有阻尼单质点体系的受迫振动XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  上文说了在空中振动下,外荷载XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  ,单自在度体系地震作用下的计算公式如下:XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  无论多么复杂的地震波,应用凶猛的杜哈梅积分总能够求出质点的位移振动曲线。下图是应用杜哈梅积分对地震EL Centro波计算的三种不同周期的阻尼比2%的振动位移反响。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  察看这样的反响曲线,我们很难总结在外荷载作用下体系的振动特性,与外荷载的关系等,所以要精确了解弹性单自在体系的振动特性还是从简单的外荷载比方简谐外荷载对体系的影响来剖析比拟好。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  固然地震力比简谐的外荷载复杂的多,但再复杂的地震力XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  都能够用傅里叶级数展开为N多个简谐荷载的代数和,所以用简谐荷载剖析体系的振动特性实质上是一样的。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  简谐荷载作用下的但质点体系的振动方程:XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  为便于了解,先看下在没有阻尼时简谐外荷载作用下体系的反响曲线,一直是自振局部和外荷载频率振动的组合,见下图:XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  然后再看下有阻尼体系对谐振荷载的振动反响,自振局部渐渐消逝在与外荷载频率的振动中去了,是不是很有趣!XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  上图振动位移反响分为两个局部,第一局部是以自振频率振动的局部,这局部将由于阻尼的影响很快衰减为零,第二局部是以外荷载的频率停止振动的局部,因该局部遭到的是外荷载的影响,故不会衰减,其振幅最大将平稳的固定到某一个数值,故成为平稳振动。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  平稳阶段的动力位移的数学公式是这个样子的:XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  从曲线能够看出,随着阻尼比的减小,放大系数越来越尖,当阻尼比为0时,放大系数能够增加到无量大,侥幸的是自然界没有阻尼比为零的体系,但足够大的放大系数足能够摧毁我们精心建造的房屋。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  比方混凝土构造收到到简谐荷载的共振作用时,放大系数为10。从该式也能够看出,阻尼比对放大系数的影响是十分大的,当外荷载与体系自振频率接近时,增大阻尼比能十分有效的降低体系的放大系数。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  但同时也能够看出,在外荷载与体系的自振频率相差较大时,增加阻尼比的意义并不明显。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  从图中也能够看出,放大系数β并不是都大于1,当构造的自振频率小于外荷载的振动频率约1.4倍时(精确的说应该是根号2),放大系数是小于1的,即构造的最大位移小于静外荷载的位移。所以放大系数并不总是放大,有时也会减少。浅谈(三)提到的软土的滤波作用或软垫隔震都是长周期下对振动的减小的作用效果,这也是为什么《隔震设计标准GB50463-2008》把放大系数叫做传送系数的缘由。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  为了更接近地震的特性,我们把地震的外荷载也假想成简谐的空中振动,看下地震下体系的反响特性。等效外荷载XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  假想为XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  体系质量的加速度最大值与空中最大加速度的比值也就是所谓的放大系数(也叫传送系数)XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  因而,假如体系自振频率比空中振动频率高很多,比方体系是刚杆,质量会随空中做刚性运动,放大系数等于1。假如体系自振频率比空中振动频率小很多,比方用很柔的体系支撑质量,质量相关于空中就简直静止状态。我们能够想象建筑用软的橡胶垫与空中隔开,这样建筑在空中激烈运动的状况下,根本处于静止状态,这也就是XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  ,这就是隔震的根本原理。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  下图是我国标准采用的放大系数的图形。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  标准采用的放大系数和理论计算出来的放大系数XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  至少在外形上大致方向是分歧的。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  我国抗震标准上混凝土构造的放大系数最大值取值实践为2.25,这是由于地震动是一个频率十分多变,而且构造自身的自振频率由于构造的刚度的变化也逐步增大,所以所谓的“共振”简直是瞬时的,很难共振很长时间让体系的振幅增大的最大。当然地震下的振幅到底多大,其实不是一个理论计算的结果(理论结果是10),而是一个统计归结出来满足大局部状况下的一个数值(2.25)。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  五:标准放大系数设计反响谱的概念了解XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  上图是把标准的设计反响谱中的α和αmax转变成了β和βmax,其本质是一样的。我想设法把理论计算出的β公式和标准反响谱中的计算β公式停止一个比照转换,以更明晰的了解标准反响谱的概念,但没有胜利。这个假如较真的话可能要咨询标准专家组了。不过这样的转换对构造工程师来说意义不大。我们能够概念的去比照了解,比方体系自振周期从0~0.1(统计意义上的一个数值),体系的反响加速度从与空中同等到最大反响倍数β=2.25,而0.1~Tg时,能够了解为共振段,反响放大系数坚持在2.25,这段也就是我们常说的加速度控制段,超越Tg时,放大系数逐步变小,和理论计算公式方向分歧。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  从这里也能够得出,工程设计不同于普通的数学、物理及纯力学理论,而工程力学比方我们如今讨论的构造动力学其实是实践工程的力学模型的简化。宏观上似乎一切的工程人都了解这一点,但在实践工作中不是一切的人都能深入领会和应用,比方如今很多的BIM软件专家和某些政府和甲方总想把构造的力学模型(PKPM或YJK模型等)和REVIT的空间模型(其实是工程空间数据模型,实质不是力学模型)停止转换,其实是徒劳的,这就是固然宏观上似乎晓得,但由于了解的不深入,微观上的操作又犯了错误。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  我们应该很分明,实践理论和工程理论在方向和原理上必然是分歧的,也就是我们常说的概念,这就是我们学习理论的缘由。但理论的数据又反过来修正理论,这就是理论经历和统计数据归结总结的意义,理论和理论缺一不可。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  六:构造体系反响方程的解法简介XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  在空中振动作用下包括其它很多的动荷载比方风荷载等,动力激振既不是谐振也不是周期性的,因而就产生了特地研讨体系遭到随时间恣意变化的鼓励的动力反响的构造动力学。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  (1)经典数学解析法XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  可以停止解析法的鼓励是有限的几种,比方简谐荷载、脉冲力等,这种办法固然不能处理大局部的不规则的激振反响,但得出的力学公式能够让我们了解动力学的根本概念,比方上文就是应用简谐力的力学公式停止的概念剖析。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  (2)Duhamei(杜哈梅)积分。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  曾经屡次提到这个著明的杜哈梅了。但由于它是用的叠加的办法故只能用于线性体系的求解。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  (3)频域办法。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  高等数学学过傅里叶(Fourier)级数展开,我们能够把复杂的无规律的鼓励按频率展开为N多个简谐荷载之和,然后分别求解并叠加求出总位移,由于用的是不同频率简谐荷载的叠加所以又称频域办法。这种办法由于用了叠加法也只能用于线性体系的求解。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  (4)数值办法。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  关于那些强震作用下的弹塑性多质点体系独一适用的办法就是数值办法,我觉得这是一种最地道的为计算机发明的办法。这个方面的学问浩瀚如海,什么所谓的时间步进法、中心差分法等等,可用于求解任何鼓励及非线性体系的反响,我们常用的弹塑性体系的时程剖析法就是采用的数值办法。构造设计工程师无需晓得这些详细的计算办法,大约理解也就够了。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

  上述浅谈均是是单质点体系的地震反响,标准反响谱也来源于单质点体系的振动反响的理论。但实践的工程很少单层构造,所以多质点体系以至空间的超多质点体系就是工程力学和标准必需处理的问题,比方多质点的振型合成法(或振型叠加法)。抗震越往后剖析力学概念越复杂,我只能在今后的浅谈中试着和大家讨论了,但因自己才能有限,或许只能到此为止。XHd七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

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