5第七讲_地震响应与谱分析
建筑物地震响应谱分析方法研究
建筑物地震响应谱分析方法研究地震是一种严重威胁建筑物安全的自然灾害，因此，研究建筑物地震响应谱分析方法，对于保障建筑物的稳定性和安全性至关重要。
本文将就建筑物地震响应谱分析方法的研究展开探讨，从基本概念、应用领域和发展趋势三个方面进行分析。
一、基本概念地震响应谱是描述结构动力特性的一种重要工具，它通过将结构在地震作用下的加速度、速度或位移响应与地震输入的地面加速度进行对比，来评估结构的抗震性能。
地震响应谱分析方法主要分为两种：时程分析方法和频率响应分析方法。
时程分析方法是通过在一定时间内连续记录结构的动态响应，最终得到结构的地震响应谱。
它适用于复杂结构，可以提供结构在地震作用下的详细响应信息。
频率响应分析方法则是通过对结构的振型和振态进行研究，建立结构的模态超级，并通过对结构频率特性和振型特性的分析，估计结构地震响应谱。
这种方法适用于简单结构，可以从一定程度上简化计算过程。
二、应用领域建筑物地震响应谱分析方法广泛应用于土木工程领域，尤其是在建筑结构抗震设计中起到了至关重要的作用。
通过地震响应谱分析方法，可以评估结构的抗震性能，确定合理的设计参数，从而确保建筑物在地震中的安全性。
此外，建筑物地震响应谱分析方法还在桥梁、塔楼、水坝等工程领域得到广泛应用。
通过对结构的地震响应谱进行分析，并结合地震破坏特征和结构的受力特点，可以有效预测结构在地震中的破坏形式和破坏程度，为工程设计和抗震加固提供科学依据。
三、发展趋势随着科学技术的发展和计算机技术的大幅提升，建筑物地震响应谱分析方法也得到了迅速发展。
在传统的地震响应谱分析方法基础上，出现了一些新的方法和技术，如时频分析方法、随机振动理论等。
时频分析方法基于信号处理和频域分析理论，能够更好地探测结构动态特性的变化规律，提高响应谱分析的准确性和可靠性。
随机振动理论则利用了随机性力学和随机振动理论的成果，可以更客观地描述地震作用下的结构响应。
此外，借助强大的计算机模拟和仿真技术，建筑物地震响应谱分析方法也在不断提高。
地震响应的反应谱法与时程分析比较
地震响应的反应谱法与时程分析比较地震响应分析是地震工程领域中一项重要的研究内容，用于描述地震荷载对结构物产生的动态响应。
常用的地震响应分析方法有反应谱法和时程分析法。
反应谱法和时程分析法在地震响应分析中各有优缺点，本文将对两种方法进行比较。
首先，反应谱法是一种基于地震输入和结构特性的简化方法，适用于结构相对简单、不涉及复杂非线性行为的分析。
反应谱法通过建立结构的响应谱与地震输入谱进行比较，确定结构的最大响应，并用于设计结构的抗震能力。
反应谱法的优点在于简化计算过程，能够提供结构的峰值加速度、速度以及位移等重要参数。
同时，反应谱法可以通过改变地震输入谱来研究结构的响应变化情况，从而进行参数分析和优化设计。
然而，反应谱法也有一些缺点，例如只考虑了结构的最大响应，对于结构的时间历史响应和非线性行为的分析能力有限。
相比之下，时程分析法是一种更为精确和全面的地震响应分析方法。
时程分析法基于结构的动力学特性，通过模拟地震波在结构上的传播和结构的动力响应，计算出结构各个时刻的加速度、速度和位移等响应参数。
时程分析法适用于复杂结构和涉及非线性行为的分析，能够提供结构的详细时程响应，并能够考虑结构的动力参数变化和非线性效应。
时程分析法的优点在于可以全面考虑结构的动态响应特性，对于复杂结构和高等级抗震设计具有更好的适应性。
然而，时程分析法需要大量的计算资源和长时间的计算周期，对于大型结构和大规模的地震模拟较为困难，并且需要考虑更多的输入参数和模型假设，使得计算过程更加复杂和繁琐。
总的来说，反应谱法和时程分析法在地震响应分析中各有优劣。
反应谱法适用于结构相对简单、不涉及复杂非线性行为的分析，计算简化，能够提供结构的峰值响应参数。
时程分析法适用于复杂结构和涉及非线性行为的分析，可以提供更为详细的结构时程响应，但计算复杂度较高。
在实际工程中，根据不同的需求和分析对象，可以选择合适的方法进行地震响应分析。
在抗震设计中，反应谱法常用于结构的初步设计和抗震性能评估，时程分析法常用于重要工程和要求准确分析的结构。
地震反应谱.ppt
hold on; d=0.05; for k=1:600; t(k)=0.01*k; w=6.283185/t(k);
t_ni=0:0.02:(length(ni)-1)*0.02; Hw=exp(-1*d*w*t_ni).*sin(w*t_ni); y1=conv(ni,Hw).*(0.02*w);y1=max(abs(y1)); c(k)=y1*10; end;plot(t,c,'blue') hold on; d=0.1; for k=1:600; t(k)=0.01*k; w=6.283185/t(k); t_ni=0:0.02:(length(ni)-1)*0.02; Hw=exp(-1*d*w*t_ni).*sin(w*t_ni); y1=conv(ni,Hw).*(0.02*w);y1=max(abs(y1)); c(k)=y1*10; end;plot(t,c,'red');grid on; ylabel('Acceleration(mm/s^2)'); xlabel('T(s)'); title(' NINGHE绝对加速度反应谱'); legend(‘\zeta=0’,’\zeta=0.05’,’\zeta=0.1’)
最大位移反应
•
Sa——T曲线绘制示意图
用matlab绘制时程曲线及加速度反应谱
以NINGHE地震波为例 Code：
%NINGHE地震波时程曲线
% 加载前用notepad对数据进行规整 load NINGHE.txt; % 数据放在安装文件的work目录下 NUMERIC=transpose(NINGHE); % matlab read the data by column ni=reshape(NUMERIC,numel(NUMERIC),1);% make the date one column t_ni=0:0.002:(length(ni)-1)*0.002; % determine the time plot(t_ni,ni); ylabel('Acceleration'); xlabel('time'); title(' NINGHE')
结构体系的地震响应分析与减震设计
结构体系的地震响应分析与减震设计结构体系的地震响应分析与减震设计地震是自然界的一种常见自然灾害，对建筑物和结构物的破坏具有极大的破坏性。
为了保证建筑物和结构物在地震发生时能够有足够的抗震能力，地震响应分析和减震设计成为了建筑工程中非常重要的一部分。
地震响应分析是在地震加载下，对结构体系进行力学响应分析的过程。
通过地震响应分析，可以评估结构体系的抗震能力，确定结构体系在地震荷载下的应力和变形分布情况，从而判断结构体系的破坏程度和安全性。
地震响应分析的目标是确定结构体系的动力特性，包括振动周期、模态形态等参数，并计算结构体系在地震加载下的响应。
地震响应分析通常采用数值模拟的方法，常见的方法有等效静力法、模态叠加法和时程分析法等。
等效静力法是将地震加载转化为静力加载，通过等效静力加载计算结构体系的响应。
模态叠加法是将结构体系的振动模态分解为若干个简谐振动模态，并按照一定的叠加比例进行组合，计算结构体系的响应。
时程分析法是通过数值积分的方法，以时程为基础，模拟结构体系在地震加载下的响应。
减震设计是指通过在结构体系中引入减震装置，改变结构体系的刚度和阻尼特性，从而降低结构体系在地震加载下的响应。
减震设计的目标是使结构体系能够在地震发生时保持较小的变形和应力，减小破坏程度，提高结构体系的抗震能力。
常见的减震装置有摩擦减震器、液体减震器、弹簧减震器等。
摩擦减震器是一种通过摩擦力来降低结构体系响应的装置。
它通常由上下两个金属板组成，中间涂有摩擦材料，通过调整摩擦力的大小来改变结构体系的刚度和阻尼特性。
液体减震器是一种通过流体的黏性耗散能量来降低结构体系响应的装置。
它通常由一个密封的容器和内部充满流体组成，当结构体系发生振动时，流体的黏性阻力能够吸收和消耗振动能量。
弹簧减震器是一种通过弹簧的弹性变形来降低结构体系响应的装置。
它通常由一个弹簧和一个质量块组成，当结构体系发生振动时，弹簧的弹性变形能够吸收和消耗振动能量。
建筑结构的地震响应分析与设计
建筑结构的地震响应分析与设计地震是一种破坏性极强的自然灾害，往往会造成极大的人员伤亡和财产损失。
而建筑结构作为抵御地震的第一道防线，其设计和建造的重要性不言而喻。
本文将围绕建筑结构的地震响应分析与设计展开论述。
一、地震响应谱分析地震响应分析是进行建筑结构设计的重要环节。
其中最关键的一步便是地震响应谱分析。
地震响应谱分析是一种通过输入地震波加速度和结构的特性参数，计算出结构响应的数值分析方法。
其目的是确定地震作用下建筑结构的最大响应，以此确定结构抗震设计的基本参数，如建筑结构的刚度、阻尼等。
地震响应谱分析主要有线性分析和非线性分析两种方法。
线性分析是指当结构受到地震作用时，其各状态之间的关系满足线性关系。
而非线性分析则是指当结构受到地震作用时，结构状态发生了非线性变化。
此时需要考虑结构在大变形、屈曲、塑性等方面的影响。
在进行地震响应谱分析时，需要预先进行地震动输入。
而如何确定合理的地震动输入则成为一个需要解决的问题。
通常，地震数据会通过测震设备、地震监测网络等手段来获取。
而在一些没有测震设备的地区，则需要通过地震区域、地质构造等方面的分析来获得。
二、结构抗震设计在地震响应谱分析的基础上，需要对建筑结构进行抗震设计。
抗震设计的主要目的是使建筑结构在地震中具有一定的抗震能力。
其核心是要保证建筑结构在地震作用下不发生破坏，并尽可能保证人员和财产的安全。
结构抗震设计的核心是选用合适的材料、结构形式以及设计方案。
地震抗震设计要求结构具有合适的刚度、强度和耐久性。
整个设计过程需要充分考虑结构的可靠性和安全性。
同时，对结构的监测和检测也是抗震设计的重要环节。
可以通过监测建筑结构的振动情况来判断其抗震性能是否符合设计标准，从而及时进行改进和优化。
另外，在进行抗震设计时，还需要考虑到地震区域的地质条件。
不同的地质条件对结构抗震性能的影响也是有所区别的。
因此，在抗震设计之前，需要对地质条件进行仔细的研究和分析，以便针对不同的地质条件制定不同的抗震设计方案。
钢筋混凝土框架结构的地震响应谱分析与优化设计
钢筋混凝土框架结构的地震响应谱分析与优化设计过去几十年来，钢筋混凝土框架结构一直是地震工程设计中最常用的结构形式之一。
钢筋混凝土框架结构以其良好的韧性和抗震性能，在地震发生时能够有效地吸收和分散地震能量，从而保护生命和财产的安全。
为了进一步提升钢筋混凝土框架结构的地震性能，地震响应谱分析与优化设计成为一个重要研究方向。
首先，我们来了解一下地震响应谱分析的基本原理。
地震响应谱是描述结构在地震作用下相对位移、加速度或速度等响应与地震激励间的关系曲线。
将地震激励输入到结构中，通过计算结构的动力响应，可以获得不同周期下的结构响应谱。
地震响应谱分析的目的是根据地震的特点，预测和评估结构在地震中的响应，并为结构的抗震设计提供依据。
在进行地震响应谱分析时，我们需要确定几个关键参数。
首先是地震输入，即确定合适的地震动记录作为分析的输入。
通常会选择代表性的地震动记录，例如历史地震数据或人工合成的地震动记录。
其次是结构模型，即将结构抽象为一种数学模型，通常以有限元模型来描述钢筋混凝土框架结构的刚度、质量和阻尼特性。
最后是分析方法，可以采用线性弹性或非线性时程分析等方法，以考虑结构的材料非线性和几何非线性特性。
在进行地震响应谱分析后，我们可以得到结构在不同地震作用下的动态响应。
通过分析地震响应谱中的峰值加速度、峰值位移或峰值速度等指标，可以评估结构的抗震性能，并发现结构的薄弱环节。
通过进一步的优化设计，可以提高结构的抗震性能，从而减小结构在地震中可能遭受的破坏程度。
钢筋混凝土框架结构的优化设计包括两个方面：构造优化和材料优化。
构造优化主要涉及结构的几何形态和布局参数的优化。
在设计过程中，通过对结构的几何形态进行调整和优化，可以减小结构的质量和刚度，提高结构的柔性和抗震性能。
另外，通过对结构的布局参数进行优化，例如柱和梁的尺寸比例和间距，可以提高结构的承载能力和刚度分布，从而提高抗震性能。
材料优化主要包括混凝土和钢筋的合理选择和配置。
地震响应的反应谱法与时程分析比较
地震响应的反应谱法与时程分析比较(总13页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除发电厂房墙体地震响应的反应谱法与时程分析比较1问题描述发电厂房墙体的基本模型如图1所示：图1 发电厂墙体几何模型基本要求：依据class 的最后一页的作业建立ansys模型,考虑两个水平向地震波的共同作用(地震载荷按标准谱缩放,谱值如下)，主要计算底部跨中单宽上的剪力与弯矩最大值,及顶部水平位移。
要求详细的ansys反应谱法命令流与手算验证过程。
以时程法结果进行比较。
分析不同阻尼值,,的影响。
标准谱 (1g=s2) (设计地震动值为频率谱值(g)339与标准谱对应的两条人工波见文件与2数值分析框图思路与理论简介理论简介该问题主要牵涉到结构动力分析当中的时程分析和谱分析。
时程分析是用于确定承受任意随时间变化荷载的结构动力响应的一种方法。
谱分析是模态分析的扩展，是用模态分析结果与已知的谱联系起来计算模型的位移和应力的分析技术。
分析框架：时程分析：在X和Z两个水平方向地震波作用下，提取底部跨中单宽上的剪力、弯矩值和顶部水平位移，并求出最大响应。
谱分析：先做模态分析，再求谱解，由于X和Z两个方向的单点谱激励，因此需进行两次谱分析，分别记入不同的工况最后组合进行后处理得出结够顶部水平位移、底部单宽上剪力和弯矩的最大响应。
3有限元模型与荷载说明有限元模型考虑结构的几何特性建立有限元模型，首先建立平面几何模型，并将模型进行合理的切割，采用plane42单元，使用映射划分网格的方法生产平面单元（XOY平面）。
然后，采用solid45单元，设置拖拉方向的单元尺寸并清楚初始平面单元plane42，将平面单元进行拖拉，最后生成发电厂墙体的有限元立体几何模型。
单元总数为6060个，总节点数为8174个，有限元模型如图2所示：图2 发电厂墙体有限元模型荷载说明时程分析：首先计算结构的前两阶自振频率，分别为126.10008.2867f f ==，。
地震反应谱、设计反应谱与地震影响系数谱曲线
地震反应谱、设计反应谱与地震影响系数谱曲线一直对反应谱这个东西，进来在听完一些免费结构讲座之后，自己总结了一下，梳理了一下几个概念，当然理解这些概念还需要对地震动的一些基本概念有一定理解，下次有机会再将地震动的东西总结一下，希望对初学者有点作用，文中所用图均来自网上。
1.地震反应谱可理解为一个确定的地面运动，通过一组阻尼比相同但自振周期各不相同的单自由度体系，所引起的各体系最大反应与相应体系自振周期间的关系曲线。
但是，不同场地类别和震中距对反应谱有影响，因而不能直接用于抗震设计，需专门研究可供结构抗震设计用的反应谱，称为设计反应谱。
2.设计反应谱由结构动力学地震系数，该参数可将地震动幅值对地震反应谱的影响分离出来。
地震系数与基本烈度的关系基本烈度6789地震系数k0.050.10（0.15）0.20（0.30）0.40（另：本人对其结果很是不解，由后文可知，地震影响系数最大值等于2.25倍的地震系数，而《抗震规范》2010 表5.1.4-1除以2.25后应该为基本烈度6789地震系数k0.0170.0355（0.0533）0.071（0.106）0.142欢迎大家讨论！）动力系数，是体系最大绝对加速度的放大系数特点：a.是一种规则化的地震反应谱，且动力系数不受地震动振幅的影响。
b.与地震反应谱具有相同的性质，受到体系阻尼比，以及地震动频谱（场地条件和震中距）的影响。
调整：1、为了消除阻尼比的影响由于大多数实际建筑结构的阻尼比在0.05左右,取确定的阻尼比然后不同建筑物根据公式相应调整。
2、按场地震中距将地震动记录分类，消除地震动频谱对地震动的影响。
3、计算每一类地震动记录动力系数的平均值考虑类别相同的不同地震动记录动力系数的变异性。
经过上述三条措施后，再将计算得到的β(T)平滑化后，可得到抗震设计采用的动力系数谱曲线。
3.地震影响系数谱曲线反应谱的局限性：不能反映地震的持续时间（加速度幅值）不能考虑多点激励的影响（刚性地基）不能反映建筑物质量和刚度分布的不均匀不能反映多个阻尼的情况不能反映场地条件和卓越周期的影响不能反映低周疲劳的影响不能反映结构周期不确定性的影响。
土木工程中的地震响应谱分析方法
土木工程中的地震响应谱分析方法地震是自然界中一种常见而又具有破坏性的自然现象，对于土木工程而言，特别是建筑物和桥梁的设计与施工，地震响应谱分析方法是一个非常重要的工具。
地震响应谱分析方法是一种用来分析结构物在地震作用下的力学特性的手段。
它通过将地震信号与结构物的动力特性进行卷积，得到结构物的地震响应的频谱特性。
这一分析方法的核心概念是地震地面运动带来的力与结构物的反应之间的关系。
在进行地震响应谱分析之前，首先需要获取地震地面运动的输入数据。
这可以通过地震台站或者地震传感器来实时记录，或者使用历史地震数据进行模拟。
当地震地面运动数据获取后，接下来就是进行地震响应谱分析。
地震响应谱分析方法通常分为两种类型：响应谱备选法和响应谱合成法。
响应谱备选法是一种基于经验或者实测数据的预测方法。
它通过挑选一组合适的地震响应谱曲线作为输入，并将这些曲线与结构物的动力特性进行卷积，得到结构物的地震响应。
这种方法适用于在缺乏具体地震数据的情况下，对结构物进行初步评估和限制。
响应谱合成法是一种基于理论和数值计算的分析方法。
它通过将地震地面运动数据进行波形合成，并将合成的地震波形与结构物的动力特性进行卷积，得到结构物的地震响应。
这种方法适用于需要精确分析和预测结构物在地震作用下的力学特性的情况。
地震响应谱分析方法在土木工程中具有广泛的应用。
在建筑物的设计与施工中，通过分析地震响应谱可以评估结构物在地震作用下的可靠性和安全性，并确定合适的设计参数。
例如，可以根据土壤的类型和地震区域的分类，选择适当的地震响应谱，来确定结构物的抗震设防水平。
此外，地震响应谱分析也可以用于确定装配在结构物上的设备和附件的设计和固定方法，以确保其在地震作用下的可靠性。
除了在建筑物设计中的应用，地震响应谱分析方法也被广泛用于桥梁工程中。
桥梁作为一种特殊的结构物，其受地震作用的情况与建筑物有所不同。
通过地震响应谱分析方法，可以评估桥梁结构在地震作用下的可靠性，并确定合适的桥梁抗震设防水平。
《地震反应谱》课件
新材料与新结构
随着新型材料和结构的出现，研究其在地震作用下的反应 特性，对于完善地震反应谱理论具有重要意义。
多维地震动输入
目前地震反应谱主要考虑水平地震动输入，未来研究可以 扩展到多维地震动输入，包括竖向和扭转分量，以更全面 地评估结构的抗震性能。
跨学科合作
加强地震工程学与其他相关学科（如物理学、数学、生物 学等）的合作，从多角度深入研究地震反应谱的内在机制 和影响因素。
人工智能技术
人工智能技术在数据处理、模式识别 等方面具有优势，未来可以应用于地 震反应谱的计算和分析中，提高计算 效率和准确性。
复杂结构体系的研究
高层建筑
随着城市化进程的加速，高层建 筑的数量不断增加，对高层建筑 的地震反应谱研究将更加深入。
地下结构
地下结构如地铁、隧道等在地震 作用下的反应与地面结构有所不 同，未来将加强这方面的研究。
详细描述
在结构抗震设计中，地震反应谱用于描述结 构在地震作用下的反应特性，包括加速度、 位移、速度和加速度谱等。这些数据可以帮 助工程师评估结构的抗震性能，并优化结构 的设计，提高其抵抗地震的能力。
结构健康监测
总结词
结构健康监测是另一个地震反应谱的重要应 用领域，通过实时监测结构的反应谱数据， 可以及时发现结构的损伤和异常，保障结构 的安全。
地震反应谱的重要性
总结词
地震反应谱是抗震设计的基础，有助于确定结构在地震作用下的响应和破坏程度。
详细描述
地震反应谱在抗震设计中扮演着至关重要的角色。通过分析地震反应谱，工程师可以了解结构在不同频率的地震 作用下的响应特性，从而有针对性地进行结构设计和优化。这对于确保结构在地震发生时能够保持稳定，避免或 减少破坏具有重要意义。
地震响应谱分析及其在母线地震分析中的运用
地震响应谱分析及其在母线地震分析中的运用徐榕张惠侨摘要大电流母线是水电站中重要的电力设备，其设计要满足安全性、可靠性要求，特别要满足抗震设计的要求。
本文阐述了地震响应谱分析的原理，并在大电流母线动态分析课题研究基础上，结合通用有限元分析程序，对大电流母线的结构进行了分析计算，给出了计算模型和结果。
关键词母线响应谱分析地震有限元分析Earthquake Response Spectrum Analysis and its Application in IsolatedPhase BusXu Rong Zhang Hui Qiao（Shanghai Jiao Tong University，Shanghai，China）P55Abstract Isolated phase bus is a very important equipment in water power station．It should be safety and reliability．Especially，they should work well under earthquakes．This paper is focuse on the isolated phase bus in earthquake circumstance．In this paper，earthquake response spectrum analysis method is used to analyze the isolated phase bus．Also a software including SRSS is developped as an implement to the general purpose Finite Element Analysis software．Key words Earthquake response spectrum analysis Isolated phase bus Finite element analysis（FEA）0 引言地震时，地面作复杂的往复运动，结构与地面固连的支点（或悬挂点）也就随之运动。
地震响应谱分析
地震响应谱分析地震是自然界中一种具有强烈破坏性的自然现象，它给人类带来了巨大的灾害。
为了更好地了解地震对建筑物和结构的影响，并采取相应的防护措施，地震响应谱分析成为了重要的研究手段。
本文将对地震响应谱分析的概念、原理和应用进行介绍。
一、概念地震响应谱分析是一种通过对结构进行动力学分析，得到结构在地震荷载作用下的响应特性的方法。
它通过计算结构的响应加速度、速度和位移来评估结构的抗震性能。
地震响应谱是一种图表形式的结果，能够直观地表达结构的地震反应特性。
二、原理地震响应谱分析基于结构的动力响应公式和输入地震波的地震动参数，其中包括峰值加速度、持时、主要频率等。
通过对结构进行模型化，并采用数值计算方法，可以得到结构在不同频率下的响应谱曲线。
这些曲线反映了结构在不同地震动输入下的响应情况。
三、应用地震响应谱分析在工程实践中有着广泛的应用。
首先，它可以帮助工程师评估建筑物和结构的抗震性能。
通过分析结构在不同频率下的响应谱曲线，可以了解结构在地震作用下的最大位移、最大应力等关键参数，从而评估结构的安全性。
其次，地震响应谱分析也可以用于优化结构设计。
通过调整结构的刚度、阻尼等参数，可以使结构在地震荷载作用下的响应谱曲线得到进一步改善，提高结构的抗震能力。
此外，地震响应谱分析还可以用于地震灾害研究、地震工程监测等领域。
总之，地震响应谱分析是一种重要的工程手段，能够帮助工程师了解并评估结构的抗震性能，为抗震设计和防灾减灾提供科学依据。
随着计算机技术的不断发展，地震响应谱分析在工程应用中的地位和作用将得到进一步的提升。
我们有理由相信，在不久的将来，地震响应谱分析将成为工程设计中不可或缺的一部分。
响应谱分析Analyst
2) 与 SRSS相比ABS 具有夸大评价的倾向
Response Spectrum Analysis 4
Step
00 概要
概要
响应谱分析 (直接法) - 单位 : N, mm - 几何模型: Steel Frame.nfx
Step
01 文件 >> 打开
操作步骤
1. 选择 几何模型: Steel Frame.nfx 2. 点击 [打开] 3. 在工作点视窗中点击 鼠标右键
选择 隐藏全部导航
3
Steel Frame 7
Step
02 静态/热分析 >>边界条件 >> 约束
操作步骤
1. 点击 [ ] (前视图)
2.设定约束
阻尼比 - 输入反应谱数据适用的阻尼比 - 初始值: 0.05
Response Spectrum Analysis 3
Step
00 响应谱分析概要
响应谱分析选项
模态分析 - 响应谱分析前一定要进行模态分析 - 计算的模态个数要充分满足响应谱的频率
模态组合法 CQC (Complete Quadratic Combination) ABS (Summation of the Absolute Value) SRSS (Square Root of the Summation of the Squares) NRL (Naval Research Laboratory) TENP (Ten Percent method)
Response Spectrum Analysis (响应谱分析)
地震学基础第七讲
其模
A (ω ) =
ϕ
( ω
)
如周期信号矩形脉冲： τ | t |> 1 2
a 2 (ω ) + b 2 (ω ) b (ω ) = tg − 1 a (ω )
τ
时频谱为
∞
f (t) = 0
≤
∞
2
F (ω ) =
∫
0
f ( t ) cos ω tdt − i ∫ f ( t ) sin ω tdt
是两个变换对，
5.谱的能谱定理 谱的能谱定理 6.互相关定理 互相关定理
(3)地震波振幅谱曲线的基本参数:
人工激发的地震波(脉冲震动)是一种连续的频谱. 在频谱图上有 fo 表示主频 ƒ1 表示下限频率 ƒ2 表示上限频率 ∆ƒ=ƒ2–ƒ1 表示某种波动频谱的带宽 A(ƒ) 纵坐标表示某种频率的振幅的大小。 ƒ 横坐标表示频率,单位是赫兹(HZ) 在频谱中，最大振幅所对应的频率就叫主 频，用ƒo来表示。把最大振幅设为1,在0.707 的地方划一条平行横坐标轴ƒ的直线,交频 谱曲线上两个点，这两个点对应的频率低 端的叫ƒ1为下限频率,高端的叫ƒ2为上限 频率。
F (ω ) =
其复数形式为：
∞
−∞
∫ f (t ) cos ω tdt − i ∫ f (t ) sin ω tdt
−∞
∞
F (ω ) = a (ω ) + ib (ω )
式中：
a (ω ) =
∞
−∞
∫
f ( t ) cos ω tdt
∞
b (ω ) = −
−∞
∫
f ( t ) sin ω tdt
3.频移定理 频移定理 4.频谱的褶积定理 频谱的褶积定理 如果 则有
5第七讲 地震响应与谱分析
典型命令： 典型命令： FREQ，… ， SV，... ，
• B.多点响应谱分析（MPRS）:在模型不同的 B.多点响应谱分析（MPRS） 点集上定义不同响应谱曲线。不同的多个响 应谱分别激励模型中不同的点。 • C.动力设计分析（DDAM）:应用一系列经验 C.动力设计分析（DDAM） 公式和振动设计表得到的谱来分析系统。 • D.功率谱密度分析（PSD）:功率谱密度是 D.功率谱密度分析（PSD） 结构对随机动力载荷响应的概率统计，用于 随机振动分析。 • 注意：谱分析必须要已知结构的振型和固有 频率，因此需先进行模态分析。在扩展模态 时，只需扩展到对最后进行谱分析有影响的 模态即可。
1 2 3 4
谱分析
• 如果振动台以频率f1激振并且四个系 统的位移响应都被记录下来，结果将 如右图所示 • 现在再增加频率为f3的第二种激振并 记录下位移响应，系统1及3将达到峰 值响应 • 如果施加包括几种频率的一种综合激 振并且仅记录下峰值响应，就将得到 右图所示的曲线，这种曲线称为频谱， 并特称为响应谱
C、直接动力分析理论
谱分析
什么是谱分析？ • 它是模态分析的扩展，用于计算结 构对地震及其它随机激励的响应 • 在进行下述设计时要用到谱分析： − 建筑物框架及桥梁 − 太空船部件 − 飞机部件 − 承受地震或其它不稳定载荷的结构 或部件
谱分析
• 谱分析的一种代替方法是进行瞬态分析，但是： − 瞬态分析很难应用于例如地震等随时间无规律变 化载荷的分析; 化载荷的分析; − 在瞬态分析中，为了捕捉载荷，时间步长必须取 得很小，因而费时且昂贵. 得很小，因而费时且昂贵.
αmax
0.45αmax (Tg/T)0.9αmax
0.1
Tg
3
结构力学中的地震响应分析与设计
结构力学中的地震响应分析与设计地震是自然界中一种常见而又具有破坏性的自然灾害，对建筑结构的影响不可忽视。
在结构力学中，地震响应分析与设计是一项重要的研究内容，旨在确保建筑结构在地震时能够充分承受外界载荷，保证结构的安全性和稳定性。
本文将重点探讨结构力学中地震响应分析与设计的相关原理和方法。
一、地震响应分析1. 响应谱法响应谱法是一种常用的地震响应分析方法，基于结构的振动参数，通过响应谱函数与地震动输入进行相应计算，预测结构在不同地震强度下的响应。
它将地震动输入转化为结构的响应谱，得出结构的最大加速度、位移等重要参数。
2. 时程分析法时程分析法是一种更为精确的地震响应分析方法，通过直接模拟地震波对结构的作用过程，计算结构在不同时间点上的位移、速度、加速度等响应。
该方法适用于复杂结构、非线性体系和近场地震等情况。
二、地震设计基础1. 设计地震动参数地震设计的第一步是确定设计地震动参数，包括地震峰值加速度、峰值速度和响应谱。
这些参数是根据地震区分类、设计基准、土壤条件等因素确定的，可以通过地震记录分析、频域法或经验公式等多种途径获取。
2. 结构抗震等级结构抗震等级是根据建筑结构的重要性和使用功能确定的，通常分为一般、次要、重要和特殊四个等级。
不同等级的结构需要满足不同的抗震要求，包括抗震性能目标、抗震设计参数和抗震构造措施等。
三、地震设计方法1. 弹性设计方法弹性设计方法是一种基于结构的线性弹性响应分析的设计方法，适用于简单结构和小震级地震。
它通过满足结构在设计地震动作用下的强度和刚度要求，确保结构在小至中等强度的地震下有足够的抵抗能力。
2. 非弹性设计方法非弹性设计方法是一种考虑结构非线性特性的设计方法，适用于大震级地震和特殊结构。
它通过考虑结构的塑性铰形成、滞回效应和能量耗散能力，确保结构在大震级地震时有足够的耗能能力和韧性。
四、地震设计措施1. 结构抗震构造结构抗震构造是指为提高结构在地震作用下的承载能力和韧性而采取的构造措施，包括增加梁柱截面尺寸、设置剪力墙、使用钢筋混凝土剪力墙等。
结构动力学地震响应详解演示文稿
地震引起的质点A的惯性力为：
m( y
yg ) ky
m2 y
m
t
0 [ yg (t)]sin (t )d
得质点A的加速度为:
t
( y yg ) 0 [ yg (t)]sin (t )d
地震惯性力和质点加速度都是时间的函数。设 Sa 表示加速度响
应的最大绝对值，p表示惯性力或称地震荷载的最大绝对值，则
根据地震成因来分：
构造地震：火山地震；塌陷地震；水库引发地震：
4
第4页，共78页。
5
第5页，共78页。
§ 5.1、地震及结构抗震基本知识
4地震波以及传播 地震以波的形式由震源传递到地表。地震波分为：体波和面波。 体波是指通过地球本体内传播的波，包含纵波、横波。
纵波（primary wave) ：质点振动方向与波的传递方向一致的波。 横波(secondary wave) ：质点振动方向与波的传递方向垂直的波。
12
第12页，共78页。
§ 5.1、地震及结构抗震基本知识
1.静力理论 假设：（1）建筑结构理想化为不变形的刚体
（2）结构各部分的加速度均与地面加速度相同。
PW a g
2.反应谱理论
P-所受地震荷载 W-结构某部分重量 g-重力加速度 a-地震时地面最大水平加速度
以单质点弹性体系在实际地震荷载作用下的响应为依据来对结 构的响应进行分析。包括我国在内的很多国家采用的是这种地 震荷载理论。
25
第25页，共78页。
§ 5.3 反应谱及其工程应用
x(t)
x(t)
1
d
t 0
x0
(
)e
(t
)
sin
d
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响应谱分析步骤
定义响应频谱（接上页）
设置： • 频谱的类型： 地震或作用力（不是PSD） 地震频谱- 自动地施加于基础上 作用力频谱-人工地作为力施加于要求
的各节点上 • 激励方向（总体直角坐标系）： 对于地震频谱，定义为一个单位矢量，
1，0，0指的是在x方向；0，1，0指 的是y方向，0，0，1指的是z方向 对于作用力频谱，符号FX，FY，FZ已 经表示方向
– 在求解阶段，执行这条操作的命令已写入 .mcom文件中 – 采用Utility Menu > File > Read Input from...读取
jobname.mcom文件
• 察看变形后的形状 • 应力和应变的图表显示
响应谱分析步骤
求解及察看结果命令（接上页）
/POST1 /INPUT，，mcom PLDISP，… PLNSOL，… … FINISH
! Obtain solution SOLVE
响应谱分析步骤
转换成谱分析类型
建模 获得模态解 转换成谱分析类型： • 退出并重新进入求解器 • 选择新的分析类型：谱分析 • 分析选项：后面讨论 • 阻尼：后面讨论
典型命令：
FINISH ! 退出求解器
/SOLU ANTYPE，SPECTR
响应谱分析步骤
• 模态分析：结构的模态解对于谱分析是必须的。 模态分析使用Subspace法、BlockLanczos法和 Reduced法提取模态。其他方法提取模态对于 后即的谱分析是无效的。
• 进行谱分析 • 扩展模态：要在Post1中观察计算结构，则必须
扩展振型，将振型写入结果文件。 • 合并模态： • 观察结果
• B、反应谱理论
1、美国学者上世纪40年代提出了计算地震力的反 应谱理论，也称动力法。
2、它即考虑地面的运动特性也考虑结构自身的动 力特性。
3、以单质点体系在实际地震作用下的反应为基础 来分析结构反应的方法。
4、当前工程设计应用最为广泛的抗震方法。 5、质量为m的单质点体系在地震作用下质点绝对
加速度为a(t),则所受地震作用为：
谱分析实例问题描述
• 有一钢构拱桥，在某一7级近源地震载荷作用下， 支座所处的场地为III类，要求其动态响应。
• （1）材料性能：钢，E=2.1e11，v=0.3，密度 =78000
• （2）截面尺寸: b*h=0.16*0.16,Iz=5.46e-5 • （3）加载方式：地震谱或地震波
地震谱
• 由于近震，场地为III类，Tg=0.4 ,amax=0.08利用 前面反应谱理论得到地震谱如表：
F(t)=m a(t)
反应谱理论
6、抗震设计中通常只需要地震作用的最大值。
F= m amax=(W/g)amax=αW 其中α为水平地震影响系数。 7、我国建筑抗震规范建立了地震响应系数α与结构 自振周期T的关系曲线α (T)
αmax 0.45αmax
α (Tg/T)0.9 max
0.1 Tg
T(s) 3
接着，按Ai=Si i *计算每一个模态的模态系数Ai， 其中Si 指的是模态 i的频谱值
*对于加速度，速度和作用力谱，使用的是不同的公式，参见ANSYS理论手册
谱分析
– 接着，按{ui} = Ai{yi}计算每一个模态的位移矢 量{ui} ，其中{yi}是特征向量， {ui} 代表该模 态的最大响应
自振周期 频率
谱值
自振周期 频率
谱值
0.02 50
0.045 0.3 3.333 0.08
0.04 25
0.054 0.36 2.778 0.08
0.06 16.67 0.062 0.4
0.08 12.5 0.071 0.8
0.1 10
0.08 1.2
0.12 8.333 0.08 1.6
0.16 6.25 0.08 2
响应谱分析步骤
建模
获得模态解
获得模态解：
• 与通常的模态分析步骤相同
• 少量不同之处将在后面讨论
典型命令： /SOLU ANTYPE，MODAL
响应谱分析步骤
获得模态解（接上页）
• 模态的提取： – 有效的方法只有Block Lanczos，子空间法或
缩减法
– 提取足够的模态以包含频谱的频率范围
0.2 5
0.08 2.4
0.24 4.167 0.08 2.8
0.28 3.571 0.08 3
2.5 1.25 0.833 0.625 0.5 0.416 0.357 0.333
0.08
0.042871 0.029763 0.022974 0.018794 0.01595 0.013884 0.013
ANSYS分析方法
（1）谱分析技术
• 谱分析是一种将模态分析结果与一个已知的谱联系 起来，然后计算模型的位移和应力的分析技术。
• 主要用于确定结构在随机载荷或随时间变化载荷下 的动力响应。
ANSYS的谱分析有：
• A.单点响应谱分析（SPRS）：只在模型的一个点 集上定义一条或一组响应谱曲线。单一的响应谱激 励模型中指定的多个点。响应谱是位移、速度、加 速度和力等响应与频率之间的关系。
• B.多点响应谱分析（MPRS）:在模型不同的 点集上定义不同响应谱曲线。不同的多个响 应谱分别激励模型中不同的点。
• C.动力设计分析（DDAM）:应用一系列经验 公式和振动设计表得到的谱来分析系统。
• D.功率谱密度分析（PSD）:功率谱密度是 结构对随机动力载荷响应的概率统计，用于 随机g取值
场地 I
II
III
IV
近震 0.2
0.3
0.4
0.65
远震 0.25 0.45 0.55 0.85
烈度
截面抗震演算αmax取值
7
8
9
amax
0.08
0.16
0.32
• 1.场地的类型可分为坚硬场地土、中硬场地 土、中软场地土和软弱场地土四种。确定方 法可参考建筑抗震规范。
谱分析选项（接上页）
分析选项： • 频谱类型：单点 • 模态数：如果选项是0或空缺，所有的扩展模
态都被用于求解
典型命令： SPOPT，SPRS，...
阻尼 • 可用的阻尼形式有： ß（刚度）阻尼 恒定阻尼比： 依赖于频率的阻尼比（模态阻
尼） • 在CQC模态组合中，必须采用
某些阻尼形式
典型命令：
响应谱分析步骤
模态组合
模态组合法：
• 确定单个模态响应如何组合 • 有五种方法可以采用：
–CQC法 （完全平方组合法） –GRP法 （分组法） –DSUM法 （双和法） –SRSS （均方根法） –NRLSUM法 （美国海军实验室法） 具体选择哪种组合主要取决于公司或政府 所采用的标准
响应谱分析步骤
• 注意：谱分析必须要已知结构的振型和固有 频率，因此需先进行模态分析。在扩展模态 时，只需扩展到对最后进行谱分析有影响的 模态即可。
谱分析步骤（单点响应谱分析）
五个主要步骤如下： • 建模 • 获得模态解 • 转换成谱分析类型 • 定义响应谱 • 求解和察看结果
谱分析基本步骤
• 建立模型：在谱分析中只有线性行为才是有效 的，所有非线性因素都被线性所取代。
模态组合（接上页）
模态组合法： • 在模态组合中，规定的有效门限值能使模态组合时仅
仅包含主要模态，有效门限值是某个模态的模态系数 对最大模态系数的比率，为了在组合时包括所有模态， 要采用0值作为门限值 • 输出类型使计算不同的响应量，如位移、速度或加速 度等成为可能
典型命令：
MCOMB，...
响应谱分析步骤
承受地震或其它不稳定载荷的结构 或部件
谱分析
• 谱分析的一种代替方法是进行瞬态分析，但是： 瞬态分析很难应用于例如地震等随时间无规律变
化载荷的分析; 在瞬态分析中，为了捕捉载荷，时间步长必须取
得很小，因而费时且昂贵.
M5-10
谱分析
什么是频谱？
• 用来描述理想化系统对激励的响应曲线此响应 可以是加速度、速度、位移和力;
一、地震谱分析步骤
• （1）模态分析 • Main Menu>Solution>Analysis Type>New
– 扩展所有的模态，只有扩展的模态才能用于 频谱的求解
• 载荷和边界条件：对于基础激励，一定要约 束适当的自由度
• 文件：.mode文件包含有特征向量，并且此 文件要用于频谱求解
响应谱分析步骤
获得模态解命令（接上页）
MODOPT，…
MXPAND，…
! BC’s DK，…. ! 或 D 或 DSYM DL，… DA，….
• 例如：考虑安装于振动台上的四个单自由度弹 簧质量系统它们的频率分别是f1，f2，f3及f4， 而且f1<f2<f3<f4。
1
2
3
4
谱分析
• 如果振动台以频率f1激振并且四个系 u 统的位移响应都被记录下来，结果将
如右图所示
• 现在再增加频率为f3的第二种激振并
f
记录下位移响应，系统1及3将达到峰 u
第七讲 地震响应与谱分析
相关概念
• 对于建筑物而言，地震所带来的破坏，无论从数 量上，还是从程度上，都大大超过了其他自然灾 害的破坏。
• 既要对建筑做好抗震加固工作，更需要在设计上 采取措施以满足抗震的要求。
• 因此，对结构的地震响应进行相应的分析是很有 必要的。
地震作用理论
• A、静力理论
1、1900年，日本 大森房吉 提出了静力理论 2、不考虑建筑物的动力特性，结构为绝对刚体。 3、建筑物运动与地面运动完全一致。 4、所受最大地震载荷F=mamax 5、然而，只有当结构的基本固有周期比地面运动 周期小的多时，结构认为是刚体才比较准确。 6、只适合低矮的、刚性较大的建筑，如路基、挡 土墙和重力式桥台等。