地震工程学大作业.doc

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1、目录一、题目1二、解答12.1框架设计12.1.1钢框架力计算22.1.2钢梁验算32.1.3钢柱验算42.2钢框架杆件模型弹性分析52.2.1钢框架弹性阶段分析52.2.2简谐波下的结果分析72.3钢框架弹塑性阶段分析82.3.1弹塑性分析介绍82.3.2恢复力模型介绍82.3.3克拉夫（Clough）退化双线模型92.3.4纤维模型理论102.3.5克拉夫模型地震波反应计算142.3.5纤维模型弹塑性地震反应计算17参考文献22一、题目1.设计并确定结构模型：如图所示平面框架，跨度L=6m，层高H=

2、3.6m，榀距4m。请首先设计确定框架杆件截面，需考虑楼面恒荷载和楼面活荷载（活荷载可为2.5kN/m2）。2.弹性阶段：观察共振现象首先计算自振频率，然后采用简谐波进行弹性阶段计算。（输入波的幅值保持不变，改变频率与自振频率的比值分别为：0.25，0.5，1.0，1.5，2.0）3.计算弹塑性地震反应以El-centroN-S波为基本波，改变幅值，从弹性阶段计算至弹塑性阶段，直至破坏。分别采用以下两种模型，并比较两种模型的差异：1）杆件模型：恢复力模型，如混凝土结构采用武田三线性模型，钢结构可采用Cl

3、ough模型；2）截面模型：采用纤维模型。二、解答2.1框架设计楼板采用混凝土板，板厚为110mm。荷载计算：楼面荷载：30厚水泥砂浆结合层：110厚现浇混凝土楼板：15厚混合砂浆天棚抹灰：合计：本框架中采用现浇混凝土楼板，可视为刚性铺面，能够阻止主梁上翼缘的侧向失稳，而不需考虑其整体稳定，只需满足其强度、刚度和局部稳定要求。本框架的梁选用宽翼缘H型钢梁。框架梁的跨度为6m，按高跨比1/10~1/20，选取HN200×500×10×16。框架梁自重为。相应的梁柱截面参数见表1。表2.1梁柱构件截面特性构

4、件截面尺寸A(cm2)Ix(cm4)Wx(cm3)自重(kN/m)梁HN500×200×10×16114.24780019100.896柱HN400×200×8×1384.122370011900.660作用在梁上的恒荷载为：恒荷载：活荷载：作用在柱上的恒荷载：g·3q3图2.1作用在框架上的恒载2.1.1钢框架力计算利用MIDAS计算平面框架的力，得到其力图如图2.2所示。40.840.862.740.840.817.617.6a)弯矩图（单位：kN*m）69.0-16.216.216.216.2-6

5、9.0b)剪力图（单位：kN）-69-69.090-16.2745-69.03-69.0c)轴力图（单位：kN）图2.2钢框架力图2.1.2钢梁验算抗弯强度验算：满足要求抗剪强度验算：满足要求刚度验算：均布荷载标准值跨中挠度与跨度的比值满足要求整体稳定验算：设主梁跨中位置有侧向支撑，主梁受压翼缘的自由长度L1等于3m，L1与梁受压翼缘宽度b1之比为因此，梁的整体稳定性满足要求。2.1.3钢柱验算强度验算：惯性矩回转半径长细比查表得，，则满足要求局部稳定验算：翼缘腹板满足要求刚度验算：满足要求2.2钢框架

6、杆件模型弹性分析2.2.1钢框架弹性阶段分析首先计算自振频率，然后采用简谐波进行弹性阶段计算。（输入波的幅值保持不变，改变频率与自振频率的比值分别为：0.25，0.5，1.0，1.5，2.0）。由于是水平抗震分析，故在用Midas-Gen进行自振周期计算时仅需考虑X方向（结构分析类型为X-Z平面），将1.0恒载+0.5活载以及自重转化为质量，且将自重转化为集中质量，体系只有两个自由度，采用子空间迭代法，迭代振型为两阶，分析后表明第一阶的振型参与质量就达到了100%，故仅需考虑第一阶振型即该框架变成了单自

7、由度体系，图4为该框架的振型图。弹塑性时程分析中静力荷载取1.0DL+0.5LL作用在结构上，在midas-Gen分析中将此荷载转化为质量，通过特征值分析，结构自振频率与周期见表2.2，其中1、2阶模态如图2.3所示。表2.2结构自振频率与周期阶数1阶2阶自振频率(Hz)5.21593451.925757自振周期(s)0.1917200.019258a)第一阶模态b)第二阶模态图2.3结构模态图结构阻尼矩阵采用瑞雷阻尼假定，1、2阶阻尼比均取2%。图2.40.25倍基频谐振力下左柱顶点加速度响应时程图2

8、.50.5倍基频谐振力下左柱顶点加速度响应时程图2.6基频谐振力下左柱顶点加速度响应时程图2.71.5倍基频谐振力下左柱顶点加速度响应时程图2.82倍基频谐振力下左柱顶点加速度响应时程2.2.2简谐波下的结果分析共振下结构仍处于弹性状态，从而保证了简谐波作用下的分析为弹性分析。由于均采用Newmark时程分析方法，杆模型与纤维模型计算结果一致。从而可以看出弹性状态下，虽然纤维模型相比杆模型截面划分更精细，但对计算结果精度提高很小。观察共振现