《地震工程学课件=线性结构反应分析.》.pdf
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第四章 线性结构地震反应分析
本章主要内容:
1,动力方程的建立
2,振型叠加法
3 ,反应谱理论
4 ,时域分析法
5 ,频域分析法
6 ,夫模态法
第四章、线性结构地震反应分析
4.1 动力方程的建立
4.1.1 结构离散化方法
• 线性结构:
外力作用下,结构变形与外力变化保持线性关系,
外力去掉后,结构变形能完全恢复到原始状态的结构
• 线性结构在确定性地震作用下反应分析:
基础— 结构动力学、数值计算方法
基本方法—振型叠加法(振动特征的离散化)
时域分析法(时间分步离散)
频域分析法(频域离散)
第四章、线性结构地震反应分析
4.1 动力方程的建立
4.1.1 结构离散化方法
• 连续结构(无限自由度结构)动力方程建立:
以高层(高耸)结构为例,可以视为质量连续的悬臂梁(x轴
为轴线方向),质量和刚度沿着轴线的分布分别为m(x) 、EI(x) ,
挠度为y(x) 。则取微元体dx段,振动时dx段上受力(忽略轴力)
有挠曲变形产生的弹性力fs 、惯性力fI 、外阻尼力fD 如下:
∂2 ⎡ ∂2 y (x ,t ) ⎤ ⎡∂2 y (x ,t ) ∂2 y g (t ) ⎤ ∂y (x ,t )
f c
f =− EI (x ) =− + =−
s 2 ⎢ 2 ⎥ f I m (x ) ⎢ 2 2 ⎥ D
∂x ⎣ ∂x ⎦ ⎢⎣ ∂t ∂t ⎦⎥ ∂t
根据动静法,即达兰贝尔原理,形成平衡方程:f s +f D +f I 0
∂2 ⎡ ∂2 y (x ,t ) ⎤ ∂2 y (x ,t ) ∂y (x ,t ) ∂2 y g (t)
2 ⎢EI (x ) 2 ⎥+m(x) 2 +c −m(x) 2
∂x ⎣ ∂x ⎦ ∂t ∂t ∂t
这是一个偏微分方程,需要根据初始条件,进行求解。
求解偏微分方程的难度多大?可想而知。所以需要进行
离散化,变偏微分方程为代数方程。这就是离散化
第四章、线性结构地震反应分析
4.1 动力方程的建立
4.1.1 结构离散化方法
• 离散方法1—集中质量法:
这是一种最早使用的方法,人为地把质量集中在一些点处
缺点是不恰当地集中质量有可能导致较大计算误差,
所以,需附加动能等效原则—质量集中前后体系的动能大致不变
• 离散方法2—广义坐标法:
假定结构的位移可以用一个有限级数表示
级数每一项都是一个随时间变化的函数和一个指定的形函数的积
例子:一维结构的弯曲,挠度函数为v(x, t)用广义坐标离散如下:
n
v x,t ψ (x) y (t )
( ) ∑ i
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