资源描述
单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,结构计算分析,1,计算分析的重要性,主要作用,工程师的主要,工具,增长结构概念的重要手段,方案阶段,方案对比,初步设计阶段,确定结构布置及主要构件尺寸,施工图阶段,确定构件配筋,2,计算分析的误差,清醒认识：计算的误差是不可避免的,只有更合理的结果，没有正确的结果,作用,计算模型,计算结果,恒载、活载,风、地震,温度,实际结构,效应,3,计算分析的要点,合理的单元模型,单元由软件开发商提供,选用合适的单元,合理的结构模型,考虑全面的荷载,4,有限元分析概述,5,有限元方法,结构分析的重要工具有限元方法,实体有限元，从弹性力学出发建立单元模型,杆系有限元，从结构力学出发建立单元模型,分析方法和思路相同,目前主要的结构分析程序,梁、柱、支撑采用的是梁单元,剪力墙,壳单元,薄壁杆单元,壁式框架,6,有限元方法,分析的核心节点,构件的连接关系通过节点,物理意义：传力途径,单元在节点上变形协调,通过节点传力,7,常见的复杂连接关系,框支结构,确保梁上有节点传力,8,常见的复杂连接关系,结构分缝,9,常见的复杂连接关系,钢结构连接,交点刚接,一杆通过，一杆铰接,全铰接,交点不连接,10,正确确定计算参数,周期折减系数考虑非结构构件的影响,框架结构：0.60.7,框架剪力墙结构：0.70.8,剪力墙结构：0.91.0,11,正确确定计算参数,连梁刚度折减,6、7度时可取0.7,8、9度时可取0.5,风荷载作用下不,应,进行连梁刚度折减,跨高比较大的梁，折减系数不宜过大，控制裂缝的发生和发展,12,正确确定计算参数,梁刚度增大系数考虑楼板对梁的约束,边梁1.5,中梁2.0,截面设计时楼板作用不考虑,13,正确确定计算参数,梁弯矩调幅,只对重力荷载进行调幅,悬臂梁不进行调幅,一般调幅系数,装配整体式结构0.70.8,现浇结构0.80.9,14,效应组合,无地震作用组合,15,效应组合,有地震作用组合,16,效应组合,地震与温度效应的组合,对超长结构需要考虑,极限温差按气象资料确定,外露结构要考虑日照引起的局部温度升高,与地震荷载组合时：,五棵松篮球馆,无地震组合15,地震组合0.5,15,国家体育场,无地震组合50,地震组合0.5,50,17,动力分析与静力分析,18,荷载的分类,荷载的大小和方向是否改变,静荷载,恒载,活载大小改变，但变化速度很小,动荷载,19,动荷载的处理方法,静力分析方法,动力荷载的动力系数,风荷载的风振系数,动力分析,动荷载,地震作用,时程分析,反应谱法,20,动力时程分析方法,动力方程,21,动力时程分析方法,阻尼阵的确定,22,动力时程分析方法,动力方程的求解,振型组合法,速度快,只适用于线性问题,直接积分法,速度慢,可用于非线性问题,23,动力时程分析方法,地震波的选取,两组实际地震波，一组人工波,单条波基底剪力达到反应谱法的65以上,平均基底剪力达到反应谱法的80以上,不宜人工放大过大的倍数，可放大略大于1的倍数以满足上述要求,持续时间,12秒以上,结构基本周期的510倍,涵盖地震波的主要部分,24,动力时程分析方法,地震波的选取,峰值,三向地震输入,1:0.85:0.65,抗震设防烈度,7度,8度,9度,（cm/s,2,）,220（310）,400（510）,620,25,动力时程分析方法,时程分析结果的使用,计算结果,一般结构采用三条波的平均值,特别重要的复杂结构可采用包络值或平均值加一倍方差,总体信息判断结构薄弱部位,层位移,层间位移角,基底剪力,若大于反应谱法结果，应适当放大反应谱法的地震力,26,多点输入地震分析,地震动的空间变异性,非均一性效应,行波效应,衰减效应,局部场地效应,对于一般建筑,均匀场地：以行波效应为主,不均匀场地：同时考虑局部场地效应,27,多点输入地震分析,何时需要考虑多点地震输入,长度在600米以上,长度在200米以上且地质不连续,28,多点地震输入的分析方法,时程分析法,方法成熟,结果确定,需要进行多组地震波的分析,随机振动方法,考虑了地震的不确定性,仍未达到完全实用,反应谱方法,精度难以保证,29,时程法分析多点地震输入,在结构的基底输入不同的地震时程,直接输入地面加速度时程,采用大质量法输入力的时程,30,行波效应的分析,确定各点输入时程的方法,确定波的传播方向和速度,计算各输入点的相位差,确定波的振动方向,注意：,波的传播方向与振动方向是独立的,传播方向用于计算相位差,振动方向用于输入加速度,31,首都机场3号航站楼,水平双向多点输入时程地震反应分析,32,工程概况,BODY,STEM,33,工程概况,34,地震波传播速度：,800m/s，500m/s，250m/s,地震加速度时程峰值：,700mm/s2; 水平双向：1:0.85,地震波的选择,El-Centro Court-House波 场地波,地震波传播方向及地震动输入方向,0、45、90、135、180,每个传播方向考虑两种地震动输入方向,计算参数确定,35,分析情况汇总共120种,36,扭转角度多、单点比较,37,设计建议,钢柱边、角柱位置定义,38,设计建议,钢柱影响系数,39,线性分析与非线性分析,40,几何非线性分析,41,几何非线性分析,一般小变形问题,结构受力后，几何关系保持不变,大变形问题,几何关系发生了不可忽视的改变,索结构，只有通过大变形结构才成立,高柔结构， P-,效应狠重要,高层建筑主要的几何非线性问题是P-效应,42,P-效应的计算方法,w,i,u,i,w,i,u,i,/h,i,w,i,u,i,/h,i,i,i-1,h,i,1,2,3,i,i-1,N,u,i,w,i,43,P-效应的影响因素,侧向刚度,表2 计算结果,层数,方案1顶点位移(mm),方案2顶点位移(mm),不考虑,考虑,误差(%),不考虑,考虑,误差(%),20,5.90,5.98,1.44,9.17,9.34,1.85,30,23.55,24.34,3.38,34.94,36.54,4.59,40,63.32,67.34,6.35,96.48,103.86,7.65,50,136.63,151.14,10.62,208.87,240.83,15.3,44,P-效应的影响因素,侧向刚度,侧向刚度越小，影响越大,45,P-效应的影响因素,结构重量,表3 不同面荷载的顶点位移计算结果(mm),层数,面荷载（包括板自重）6kN/m,2,面荷载（包括板自重）10kN/m,2,不考虑,考虑,误差(%),不考虑,考虑,误差(%),20,5.90,5.96,1.00,5.90,5.98,1.44,30,23.55,24.11,2.38,23.55,24.34,3.38,40,63.32,66.15,4.47,63.32,67.34,6.35,50,136.63,146.73,7.39,136.63,151.14,10.62,46,P-效应的影响因素,结构重量,重量越大，影响越大,47,P-效应的影响因素,P-,效应的影响与侧向力无关,与侧移限制不能混淆,对风和地震都狠小的地区尤其需要注意，否则可能设计出过柔的结构,进入塑性后结构刚度下降， P-效应影响加大,规范规定计算P-效应影响时，弹性模量折减,48,材料非线性分析,49,材料非线性,非线性弹性,应力应变关系不是线性的，但卸载与加载相同,弹塑性,卸载与加载路径不同，有残余塑性变形,50,静力弹塑性分析(Push over),一般过程,建立结构模型,指定塑性铰特性,指定加载模式,分析计算结果,注意,必须在静力分析的内力基础上进行横向加载,必须考虑P-,效应,51,静力弹塑性分析(Push over),常用塑性铰模型,根据截面分析确定塑性铰特性,52,静力弹塑性分析(Push over),常用加载模式,倒三角荷载,均布荷载,振型组合荷载,不同模式，结果有差异，可取多种模式参考,53,静力弹塑性分析(Push over),结果分析,能力曲线,54,静力弹塑性分析(Push over),结果分析,能力谱曲线,55,静力弹塑性分析(Push over),结果分析,大震下最大,层间位移角,防倒塌,塑性铰形成过程及破坏机制,判断结构性能,发现薄弱部位,性能点,评价结构抗震能力,56,静力弹塑性分析(Push over),结果分析,塑性铰分布图,57,58,弹塑性时程分析,基本步骤与静力分析类似,计算量更大,需要同时考虑多条地震波,结果分析,最大层间位移角,塑性铰发展过程和程度,59,
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