力學角度分析各種結構對建筑抗震影響
鋼結構建筑抗震的優越性在歷屆的自然災害面前都得到了充分的驗證,得到了世人的認可然而對有關的結構在應對地震運動產生的力學反應時,有什么不同的地方呢?我們通過分析從結構彈塑性地震反應分析、動力彈塑性分析、靜力彈塑性分析等角度詳細的解讀。
1、彈塑性地震反應分析的必要性在強震作用下,結構或結構單元(結構的一部分,一個樓層或一個構件)會超出彈性變形范圍,進入塑性階段工作。這時結構或結構單元的剛度特性會發生明顯變化(剛度降低),阻尼特性也會有所改變。顯然,結構剛度的降低一般會引起變形的加劇,進而影響到結構的正常使用,或者進一步嚴重破壞甚至倒塌,這樣是不符合設計要求的。
振型分解反應譜法是以反應譜理論和振型分解法為基礎的地震作用計算方法,然而,這一方法以疊加原理為基礎,因此只適用于線彈性地震反應分析,不能進行幾何非線性和結構彈塑性地震反應分析;該法只能計算出地震反應的*大值,不能反映地震反應的發展過程。
上述不足之處說明:
1) 出于安全和經濟的原因,抗震設計原則為“小震不壞,中震可修,大震不倒”。但結構及構件在地震作用下一旦進入塑性階段,疊加原理就不能使用,而反應譜法也不能準確反映彈塑性活動過程中所消耗的地震能量。
2) 地震是一個時間持續過程。由于構件開裂、屈服引起彈塑性變形,造成結構、構件間的內力重分配時刻都在發生,所以結構*大地震反應與變形積累或變形過程有關。反應譜法無法正確判斷結構薄弱層或薄弱部位,此外,結構地震反應*大值以及達到*大值的時刻也是結構設計所關心的問題。
3) 科學研究和震害分析表明,結構在地震中是否發生破壞或倒塌,與*大變形能力、結構耗能能力有直接關系。如果不能計算出結構的*大變形或實際耗能,將無法保證“大震不倒”原則的實現。另外,近年來結構隔震和消能減震技術的應用,均需要準確計算隔震裝置、消能減震裝置的彈塑性變形,確定其變形能力,他們是采用隔、減震技術進行結構設計的關鍵內容。
4) 用統計方法建立的設計反應譜,即使給出了地震反應的概率或標準差,也不能很好的符合具體的工程地質條件,不能反映場地各土層動力特性的影響,不能計算地基與結構之間的動力相互作用。遇到場地特殊情況,也不能正確估計地震反應的變化。
結構彈塑性地震反應分析的目的是通過認識結構從彈性到彈塑性、從開裂到屈服、損壞直至倒塌的全過程,研究結構內力分配、內力重分布的機理,研究防止破壞的條件和防止倒塌的措施,實現結構設計兼顧安全性和經濟性的原則。因此,有必要進行結構彈塑性地震反應分析。
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