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《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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