《地震作用和验算》课件

地震作用和验算地震作用是结构设计中不可忽视的重要因素。地震是一种自然灾害，会对建筑物造成巨大的破坏，因此需要对建筑物进行抗震设计，确保其在发生地震时能够保持结构安全和功能完整。课程目标掌握地震作用的基本概念了解地震动特征，地震作用分析方法，以及结构验算的基本流程。培养独立分析问题的能力能够根据实际工程情况，选择合适的计算模型，并进行地震作用分析和验算。增强抗震设计意识掌握地震作用下结构设计和验算的基本方法，提高抗震设计水平。地震作用的概述地震是地球内部岩层发生断裂或错位而造成的地面振动。在地震作用下，建筑物会受到地面振动的影响，产生各种动力效应，包括地震力和地震力矩。地震力是地震作用下结构物受到的水平或竖直方向的力，地震力矩是地震作用下结构物受到的旋转力。地震作用对建筑物的危害主要体现在以下几个方面：一是造成结构破坏，导致建筑物倒塌或严重损坏；二是引起结构变形，影响建筑物的使用功能；三是引发次生灾害，例如火灾、爆炸等。地震动特征分析地震波形地震动是指地面在震动过程中产生的加速度，可以通过地震仪记录下来。加速度时程曲线地震动加速度时程曲线反映了地面运动随时间的变化规律。频谱特征地震动频谱反映了地震动能量在不同频率上的分布情况。地震烈度地震烈度是根据地震造成的破坏程度来划分的，反映了地震动强度。地震动时程的模拟1地震动时程的模拟地震动时程的模拟是地震工程中重要的环节，它是将地震作用转化为结构动力分析的输入，直接影响分析结果的准确性和可靠性。2时程分析地震动时程模拟通常使用随机振动理论和数值模拟方法，根据已知的地震动参数，如峰值加速度、频谱等，生成模拟地震动时程。3时程分析模拟地震动时程应与实际地震动具有相似的频谱特性和时间历程，并满足一定的统计特性，以反映地震动对结构的影响。地震动时程的生成方法人工地震动人工地震动是指通过数值模拟或实验方法生成的地震动。这是一种常用的方法，可以根据特定的场地条件和地震参数生成地震动时程。实测地震动实测地震动是指通过地震仪器记录的地震动。这是一种更真实的方法，可以反映地震的真实情况，但需要在实际地震发生时才能获取。基于谱分析基于谱分析的方法通过对地震动谱进行分析，生成地震动时程。这是一种常用的方法，可以根据地震动谱和场地条件生成地震动时程。基于经验公式基于经验公式的方法根据经验公式和场地条件生成地震动时程。这是一种较为简单的方法，但精度相对较低。地震作用下结构分析的基本流程1建立模型确定结构的几何形状、材料属性和约束条件。2定义地震荷载确定地震动参数和地震力分布。3进行分析采用合适的分析方法，计算结构在地震作用下的响应。4结果评估根据分析结果，评估结构的安全性、耐久性和经济性。静力分析法地震荷载将地震作用简化为等效静力荷载，模拟地震对结构的影响。简化计算适用于简单的结构，如低层建筑，忽略了结构的动力特性。安全系数引入安全系数，以弥补静力分析法忽略动力效应带来的误差。动力分析法11.考虑结构的动力特性例如结构的质量、刚度和阻尼，并进行分析。22.考虑地震动时程将地震动时程作为输入，进行结构的动力响应分析。33.计算结构的动力响应例如位移、速度、加速度等，并进行分析。线性动力分析简化模型将结构简化为简单的质量-弹簧系统，例如单自由度系统或多自由度系统。计算方法采用数值方法，如有限元法或差分法求解运动方程，获得结构在特定地震动作用下的响应。结果分析分析结构的位移、速度、加速度、应力、应变等参数，评估结构的抗震性能。时程分析法时程分析法介绍时程分析法是地震作用下结构动力分析的常用方法。它将地震动输入结构模型，计算结构在整个地震过程中的动力响应。时程分析法的优势时程分析法能够考虑结构的非线性特性，以及地震动的时间历程影响，更加准确地模拟结构在地震作用下的实际响应。时程分析法的局限性时程分析法的计算量较大，需要较长的计算时间，对计算机资源要求较高。非线性时程分析考虑材料非线性非线性时程分析方法考虑了结构材料的非线性特性，如屈服、强化和损伤。例如，钢材在超过屈服强度后会发生塑性变形，混凝土在达到峰值强度后会发生脆性破坏。考虑几何非线性几何非线性是指结构的变形会影响其刚度和受力状态。例如，高耸的建筑物在强风或地震作用下会发生明显的弯曲，这将影响其结构的稳定性。等效静力法1简化计算将地震动作用简化为等效静力荷载，通过静力分析方法进行计算，方便工程应用。2地震影响系数将地震动特征和结构特性转化为地震影响系数，用于计算等效静力荷载。3合理假设该方法基于结构的弹性线性假设，适用于结构体系比较简单的情况。4设计规范等效静力法在我国建筑抗震规范中得到广泛应用，并包含详细的计算方法和规范要求。能量法能量法简介能量法基于结构在动力荷载作用下所吸收的能量来进行地震作用的计算。该方法假设结构在地震作用下不会发生破坏。适用范围能量法通常适用于结构刚度较高的建筑结构，例如钢结构和钢筋混凝土结构。计算步骤能量法主要计算结构的弹性势能和地震荷载作用下的动能。优点能量法计算较为简便，可以快速评估结构的地震安全性。计算模型的选择简化模型简化模型通常用于结构分析的初步评估和设计阶段，以简化计算。复杂模型复杂模型用于更精细的分析和设计，能够更好地反映结构的实际性能。模型精度模型精度取决于结构类型、重要性和设计要求。材料性能的确定11.材料强度材料强度是结构抗力的重要指标，需要根据规范和试验结果确定。22.材料弹性模量弹性模量反映了材料的刚度，影响结构的变形和振动特性，需要根据规范或试验结果确定。33.材料泊松比泊松比反映了材料在受力时体积变化的特性，需要根据规范或试验结果确定。44.材料的抗剪强度材料的抗剪强度是抵抗剪切变形的能力，是影响结构抗剪能力的重要因素。荷载组合地震荷载地震荷载是主要荷载类型，体现地震时地面运动对结构的影响。永久荷载永久荷载是结构自身重量和固定设备的重量，对结构造成持续作用。活荷载活荷载指结构使用过程中可变的荷载，如人员、家具和临时设施等。风荷载风荷载指风力对结构产生的作用力，需要根据风速和建筑高度进行计算。地震作用下结构验算结构安全评估确保结构能够承受地震力，防止倒塌，保证人身安全。强度验算检查结构构件是否能够承受地震引起的应力，避免破坏。位移验算评估地震力引起的位移，防止结构发生过度变形影响使用。验算结果根据验算结果，对结构进行加固或优化设计，确保抗震性能。屈服强度验算概念介绍屈服强度验算是指对结构构件在承受地震荷载时是否发生屈服进行评估。屈服强度是指材料开始发生塑性变形时的应力值。当结构构件的应力超过其屈服强度时，结构就会发生不可恢复的变形。因此，屈服强度验算对于确保结构在地震作用下能够保持稳定和安全至关重要。验算步骤屈服强度验算通常采用材料力学中的屈服强度公式进行。验算步骤包括确定结构构件的截面尺寸、材料特性、地震荷载和屈服强度值，并根据公式计算出结构构件的应力值。然后，将计算得到的应力值与材料的屈服强度值进行比较。如果应力值小于屈服强度值，则结构构件满足屈服强度要求；否则，结构构件可能发生屈服，需要进行加固设计。挤压强度验算11.确定材料强度根据规范要求，选取相应等级的混凝土和钢筋，并确定其材料强度。22.计算截面面积确定被挤压构件的截面尺寸，并计算其截面面积。33.确定挤压应力根据结构的受力情况，计算出作用在被挤压构件上的挤压应力。44.比较强度将计算得到的挤压应力与材料强度进行比较，确保挤压应力不超过材料的允许强度。抗剪强度验算剪切破坏剪切破坏是指结构构件在剪力作用下发生断裂或滑移的破坏形式，是地震作用下结构破坏的重要形式之一。抗剪强度验算抗剪强度验算主要目的是确保结构构件在剪力作用下能够安全抵抗破坏，保证结构的安全性和可靠性。验算方法抗剪强度验算通常采用极限状态设计法，通过计算结构构件的剪切强度，判断其是否满足抗剪强度要求。抗弯强度验算梁梁的抗弯强度验算，确保梁在承受弯矩和剪力时不会发生破坏。混凝土梁验算时，要考虑混凝土的抗压强度和钢筋的抗拉强度。钢梁钢梁的抗弯强度验算，主要考虑钢材的屈服强度和抗拉强度。抗稳定性验算斜坡稳定性斜坡的稳定性取决于坡度、土质和水文条件。应确保斜坡在地震作用下不会发生滑坡或坍塌。桥梁稳定性桥梁的抗风稳定性是至关重要的。应考虑风荷载对桥梁结构的影响，并进行必要的验算。建筑物稳定性建筑物的稳定性应通过抗风验算来保证。应考虑风荷载对建筑结构的影响，并进行相应的结构设计。位移验算位移控制地震作用下，结构的位移应满足使用功能和舒适性要求。最大允许位移由建筑规范和设计规范规定。验算方法通过结构分析软件或手工计算，计算出结构的位移值。将计算结果与最大允许位移值进行比较，判断是否满足要求。支座验算承载力验算支座应能承受结构传递的荷载，包括地震作用下的荷载。变形验算支座变形应满足结构的变形要求，防止因变形过大而影响结构安全。耐久性验算支座应具有足够的耐久性，能够抵抗环境因素的影响，如腐蚀、老化等。连接件验算钢梁连接件检查连接件的强度和刚度，确保连接件能承受结构的荷载和地震力的作用，并防止连接处的破坏。混凝土梁连接件重点检查混凝土梁连接处的锚固，确保连接件能可靠地将梁与柱或其他构件连接。钢柱连接件确保连接件能有效地传递荷载和地震力，并防止连接处的破坏。螺栓连接检查螺栓的强度、数量和布置，确保连接件的强度和刚度满足要求。基础验算承载力验算基础应满足承载力要求，确保其能够承受地震作用下结构传递的荷载。验算时需考虑基础的尺寸、材料强度、地基土的承载力等因素。沉降验算基础应满足沉降要求，确保结构的整体稳定性。验算时需考虑基础的尺寸、材料特性、地基土的压缩性等因素。检查项目和验算结果整理检查项目结构安全承载能力稳定性抗震性能耐久性验算结果整理整理表格，详细记录各项指标的验算结果，并进行对比分析。编写报告根据验算结果，编写地震作用和验算分析报告，包括结构设计参数、计算方法、验算结果、结