西北工业大学建筑结构抗震分析课后作业

建筑结构抗震分析课后作业

1、列出非线性反应分析的过程。 （1）选取材料的本构关系

选取材料的应力与应变曲线的类型以及混凝土计算的强度准则 (2)确定材料的性质，如刚度，滞回性能，强度等等。 （3）选取结构有限元分析模型

钢筋混凝土结构有限元模型主要有三种：整体式、分离式和组合式。在钢筋混凝土结构有限元分析中，在钢筋与混凝土之间的界面上插入特殊的联结单元。这种单元的特点是能沿着与联结面垂直方向传递压应力，沿着与联结面平行的方向传递剪应力，但不能传递拉应力。目前常用的联结单元有：双弹簧联结单元、斜弹簧联结单元、四边形滑移单元和六边形滑移单元。 （4）确定结构的离散化方法

结构的离散化方法主要有三种，即集中质量法、广义坐标法、有限单元法 （5）计算模型的确定

计算模型有层模型，杆系模型，杆系—层间模型。层模型将结构质量集中于楼层处，并将整个结构的竖向构件合并成一根竖杆。根据结构侧向变形特点可将层模型分为三类：剪切型、弯曲型和弯剪型。杆系模型是将结构自然离散为梁、柱、墙等基本构件，并将这些构件作为计算单元，先研究这些单元的基本特征，然后再将其组合成结构整体模型进行计算。杆系-层模型是杆系模型与层模型的综合。

（6）计算方法的确定

计算的方法可以采用时域逐步积分法，如线性加速度法、中心差分法、Newmark-β法、Wilson-?法。 （7）地震波的输入

综合考虑振幅选择、频率特性、地震动持续时间和输入地震波数量，确定输入的地震波 2、恢复力模型有哪些？

已提出的实用化恢复力曲线模型大体分两类：曲线型模型和折线型模型。曲线型恢复力模型较符合工程实际，但刚度计算方法较复杂；折线型恢复力模型刚度变化不连续，存在拐点或突破点，但由于刚度计算简单，故在工程实际中得到广泛应用。下面介绍应用较广泛的刚度退化二线型模型及刚度退化三线型模型。

（1）刚度退化二线型模型

用两段折线代替正、反向加载恢复力曲线并考虑钢筋混凝土结构或构件的刚度退化性质即构成刚度退化二线性模型。根据是否考虑屈服后的硬化情况，又分为两类：坡顶退化二线型和平顶退化二线型。

刚度退化二线型模型主要特点：

A.第一个折点为屈服点，相应的力与变形为B.卸载无刚度退化，即卸载的刚度取

与

；

，卸载至零反向再加载时刚度退化；

C.非弹性阶段卸载至零第一次反向加载时直线指向反向屈服点，后续反向加载时直线指向所经历过的最大位移点；

D.中途卸载时卸载刚度取

。

（2）刚度退化的三线型模型

用三段折线代表正、反向加载恢复力骨架曲线并考虑刚劲混凝土结构或构件的刚度退化性质即构成刚度退化三线型模型。该模型同样也可分为两类：坡顶退化三线型模型与平顶退化三线型模型。

刚度退化三线型模型主要特点：

A.三折线的第一段表示线弹性阶段，第二段折线表示开裂至屈服的阶段，屈服点后则由第三段折线表示；

B.若在开裂至屈服阶段卸载，则卸载刚度取C.中途卸载，卸载刚度取

；

，若屈服后卸载，则卸载刚度取

；

D.卸载至零第一次反向加载时直线指向反向开裂点，后续反向加载时直线指向所经历过的最大位移点。

3、简述各个计算模型的优缺点。

目前常用的结构整体分析模型主要有层模型、杆系模型、杆系-层模型三种。 （1）层模型

该模型视结构为悬臂杆，将结构质量集中于楼层处，并将整个结构的竖向构件合并成一根竖杆。结构层模型的计算假定为：楼板在自身平面内刚度无穷大，水平地震作用下，同一楼层各竖向构件侧移相同；结构刚度中心和质量中心重合，不考虑扭转的影响。

根据结构侧向变形特点可将层模型分为三类：剪切型、弯曲型和弯剪型。当结构侧向变形主要为整体剪切变形时，则为剪切型；当结构侧向变形主要为整体弯曲变形时，则为弯曲型；当结构侧向变形为剪切变形与弯曲变形综合而成，则为弯剪型。

层模型可确定结构的层间剪力和层间侧移；但不能计算结构中各构件的内力与变形。工程实践中，层模型主要被用于检验结构在罕遇地震作用下的薄弱层位置及层间侧移是否超出允许值，并校核层剪力是否超过结构的层极限承载力。

（2）杆系模型

视结构为杆件体系。取梁柱等杆件为基本计算单元。将结构质量集中于各结点，即构成杆系模型。杆系结构分析模型是将结构自然离散为梁、柱、墙等基本构件，并将这些构件作为计算单元，先研究这些单元的基本特征，然后再将其组合成结构整体模型进行计算。与层模型比较，杆系模型可更加细致的描述结构的受力状况，可给出地震过程中结构各杆单元的内力与变形变化状况，从而可找出结构各杆单元屈服顺序，确定结构的破坏机制，但计算量较大。

（3）杆系-层模型

杆系-层模型是杆系模型与层模型的综合。它将结构质量集中于楼层，形成层模型计算简图。与层模型的不同之处是杆系-层模型不实用层恢复力模型来确定层刚度矩阵，而是利用杆件的恢复力模型，按杆件体系确定层刚度矩阵。该模型不但可以计算结构的层间剪力与变形。尚可确定结构各杆的内力和变形，计算量又较杆系模型大为减少。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/nj6d.html