結構動力特性計算方法

『壹』 簡述結構自振周期有哪些計算方法

結構的自振周期顧名思義是反映結構的動力特性，與結構的質量及剛度有關，具體對單自由度就只有一個周期，而對於多自由度就有同模型中採用的自由度相同的周期個數，周期最大的為基本周期，設計用的主要參考數據
自振周期折減系數
由於計算模型的簡化和非結構因素的作用，導致多層鋼筋混凝土框架結構在彈性階段的計算自振周期（下簡稱「計算周期」）比真實自振周期（下簡稱「自振周期」）偏長。因此，無論是採用理論公式計算還是經驗公式計算；無論是簡化手算還是採用計算機程序計算，結構的計算周期值都應根據具體情況採用自振周期折減系數（下簡稱「折減系數」）加以修正，經修正後的計算周期即為設計採用的實際周期（下簡稱「設計周期」），設計周期=計算周期×折減系數。如果折減系數取值不恰當，往往使結構設計不合理，或造成浪費、或甚至產生安全隱患。誠然，折減系數是鋼筋混凝土框架結設計所需要解決的一個重要問題。 影響自振周期因素是諸多方面的，加之多層鋼筋混凝土框架結構實際工程的復雜性，抗震規范[1]沒有、也不可能對折減系數給出一個確切的數值。許多文獻中給出，當主要考慮填充牆的剛度影響時，折減系數可取0.6~0.7[4] [7]；根據填充牆的多少、填充牆開洞情況，其對結構自振周期影響的不同，可取0.50~0.90[2].這些都是以粘土實心磚為填充牆的經驗值，不言而喻，採用不同填充牆體材料的折減系數是不相同的。當採用輕質材料或空心磚作填充牆，當然不應該套用實心磚為填充牆的折減系數。對於粘土實心磚外的其它牆體可根據具體情況確定折減系數
結構周期關系
按照行業標准《工程抗震術語標准》（JGJ/97）的有關條文， 自振周期：結構按某一振型完成一次自由振動所需的時間。 基本周期：結構按基本振型（第一振型）完成一次自由振動所需 的時間。通常需要考慮兩個主軸方向和扭轉方向的基本周期。 設計特徵周期 ：抗震設計用的地震影響系數曲線的下降段起始點所對應的周期值，與地震震級、震中距和場地類別等因素有關。 場地卓越周期：根據場地覆蓋層厚度H和土層平均剪切波速 ，按公式T=4H/ 計算的周期，表示場地土最主要的振動特徵。 結構在地震作用下的反應與建築物的動力特性密切相關，建築物的自振周期是主要的動力特徵，與結構的質量和剛度有關，當自振周期、特別是基本周期小於或等於設計特徵周期 時，地震影響系數取值為 ，按規范計算的地震作用最大。 國內外的震害經驗表明，當建築物的自振周期與場地的卓越周期相等或相近時，地震時可能發生共振，建築物的震害比較嚴重。研究表明，由於土在地震時的應力-應變關系為非線性的，在同一地點，地震時場地的卓越周期並不是不變的，而將因震級大小、震源機制、震中距離的變化而不同。 GB50011規范對結構的基本周期與場地的卓越周期之間的關系不做具體要求，即不要求結構自振周期避開場地卓越周期。事實上，多自由度結構體系具有多個自振周期，不可能完全避開場地卓越周期。

『貳』 結構動力學

結構動力學 結構力學 流體力學 有限元力學 材料力學 等等 其實都是講的 力的傳動 力對物體對象的影響 力的表現的各種指針也是為了更好的闡述力 表達力對對象的影響。要學好力學 首先不要把力當作一種虛無的東西 要學會體會和感覺 還有理性的判斷和理解 這樣你會覺得萬變不離其中
在現實生活中，絕大多數物體受到的載荷並非一成不變的靜載荷，而是隨著時間、頻率等不斷發生變化的動載荷，結構動力學作為結構力學的一個分支，著重研究結構對於動載荷的響應（如位移、應力等的時間歷程），以便確定結構的承載能力和動力學特性，或為改善結構的性能提供依據。
從大橋因共振斷裂坍塌，建築物在地震中晃動，再到飛機因不穩定的氣流而產生顛簸，結構動力學問題在我們的生活中無處不在。研究結構對於動載荷的響應不僅能避免災難性破壞的發生，更能減小結構的振動，減少雜訊，為我們的生活帶來更多的舒適和便利。

結構動力學同結構靜力學的主要區別在於，它要考慮結構因振動而產生的慣性力和阻尼力；而同剛體動力學之間的主要區別在於，要考慮結構因變形而產生的彈性力。
在外加動載荷作用下，結構會發生振動，它的任一部分或者任意取出的一個微體，將在外載荷、彈性力、慣性力和阻尼力的共同作用下處於平衡狀態，通過位移及其導數來表示這種關系就得到運動方程。運動方程的建立、求解和分析，是結構動力學理論研究的基本內容。
ANSYS Mechanical 針對結構動力學問題提供了多種分析類型，使用戶能夠確定結構對於動載荷的響應，包括模態分析、諧響應分析、響應譜分析、隨機振動分析等。
模態分析用於確定結構的振動特性，即固有頻率和振型，它們是承受動態載荷結構設計中的重要參數。同時，也可以作為其它動力學分析問題的起點，例如瞬態動力學分析、諧響應分析和譜分析，其中模態分析也是進行譜分析或模態疊加法諧響應分析，或瞬態動力學分析所必需的前期分析過程。
諧響應分析：
是用於確定線性結構，在承受隨時間按正弦規律變化的載荷時的穩態響應的一種技術。分析的目的是計算出結構在幾種頻率下的響應，並得到一些響應值對頻率的曲線。從這些曲線上可以找到「峰值」響應，並進一步觀察峰值頻率
是一種將模態分析的結果與一個已知的譜聯系起來，計算模型的位移和應力的分析技術。譜分析替代時間－歷程分析，主要用於確定結構對隨機載荷或隨時間變化載荷（如地震、風載、海洋波浪、噴氣發動機推力、火箭發動機振動等）的動力響應情況。

『叄』 測定結構的動力特性的方法有哪幾種

結構動力特性是指結構自振周期，振型，阻尼比三個主要方面。所謂振型是指結構振動的基本形式，一般結構有幾層就有幾個振型，也就對應著幾個周期。通常以第一振型為主，其他幾個高振型很快衰減。常用的基底剪力法就是以第一振型來計算的。阻尼比是指結構振動阻尼系數與臨界阻尼系數的比值，也是結構本身所固有的。

『肆』 為什麼模態分析只需要知道前幾階

一般載荷的頻率是比較低的，所以只需要考慮與前幾階低階模態是否會共振。准確的說是要分析與載荷頻率接近的固有頻率(模態)。
每個物體都有自己的共振頻率，而且還有不止一個共振頻率。可能十幾Hz的時候會發生共振，幾百Hz的時候又會發生共振。如果進行模態分析，就是說把這個物體的共振頻率都找出來。如果把這些共振頻率都按照頻率值從小到大排，就是「階」。比如說最小的共振頻率就是一階。
模態分析是研究結構動力特性一種方法，一般應用在工程振動領域。其中，模態是指機械結構的固有振動特性，每一個模態都有特定的固有頻率、阻尼比和模態振型。分析這些模態參數的過程稱為模態分析。按計算方法，模態分析可分為計算模態分析和試驗模態分析。
由有限元計算的方法取得——計算模態分析；每一階次對應一個模態，每個階次都有自己特定的頻率、阻尼、模態參數。
通過試驗將採集的系統輸入與輸出信號經過參數識別獲得——試驗模態分析。
通常，模態分析都是指試驗模態分析。



(4)結構動力特性計算方法擴展閱讀：
模態分析的最終目標是識別出系統的模態參數，為結構系統的振動特性分析、振動故障診斷和預報以及結構動力特性的優化設計提供依據。
模態分析技術的應用可歸結為以下幾個方面：
1) 評價現有結構系統的動態特性；
2) 在新產品設計中進行結構動態特性的預估和優化設計；
3) 診斷及預報結構系統的故障；
4) 控制結構的輻射雜訊；
5) 識別結構系統的載荷。
按照模態參數（主要指模態頻率及模態向量）是實數還是復數，模態可以分為實模態和復模態。對於無阻尼或比例阻尼振動系統，其各點的振動相位差為零或180度，其模態系數是實數，此時為實模態；對於非比例阻尼振動系統，各點除了振幅不同外相位差也不一定為零或180度，這樣模態系數就是復數，即形成復模態。
有限元分析：
1）利用有限元分析模型確定模態試驗的測量點、激勵點、支持點（懸掛點），參照計算振型對測試模態參數進行辯識命名，尤其是對於復雜結構很重要。
2）利用試驗結果對有限元分析模型進行修改，以達到行業標准或國家標准要求。
3）利用有限元模型對試驗條件所產生的誤差進行模擬分析，如邊界條件模擬、附加質量、附加剛度所帶來的誤差及其消除。
4）兩套模型頻譜一致性和振型相關性分析。
5）利用有限元模型模擬分析解決實驗中出現的問題！

『伍』 結構抗震計算中有三種方法，除了時程分析法，另兩種是什麼

1. 底部剪力法
高規規定：高度不超過40m、以剪切變形為主且質量和剛度沿高度分布比較均勻的高層建築結構，可採用底部剪力法。
2. 反應譜方法
高規規定：高層建築結構宜採用振型分解反應譜法。對質量和剛度不對稱、不均勻的結構以及高度超過100m的高層建築結構應採用考慮扭轉耦聯振動影響的振型分解反應譜法

3.時程分析
理論上時程分析是最准確的結構地震響應分析方法，但是由於其分析的復雜性，且地震波的隨機性，因此一般只是把它作為反應譜的驗證方法而不是直接的設計方法使用。高規規定：
3 7～9度抗震設防的高層建築，下列情況應採用彈性時程分析法進行多遇地震下的補充計算：
1）甲類高層建築結構；
2）表3.3.4所列的乙、丙類高層建築結構；
3）不滿足本規程第4.4.2～4.4.5條規定的高層建築結構；
4）本規程第10章規定的復雜高層建築結構；
5）質量沿豎向分布特別不均勻的高層建築結構。
3.3.5 按本規程第3.3.4條規定進行動力時程分析時，應符合下列要求：
1 應按建築場地類別和設計地震分組選用不少於二組實際地震記錄和一組人工模擬的加速度時程曲線，其平均地震影響系數曲線應與振型分解反應譜法所採用的地震影響系數曲線在統計意義上相符，且彈性時程分析時，每條時程曲線計算所得的結構底部剪力不應小於振型分解反應譜法求得的底部剪力的65%，多條時程曲線計算所得的結構底部剪力的平均值不應小於振型分解反應譜法求得的底部剪力的80%。
2 地震波的持續時間不宜小於建築結構基本自振周期的3～4倍，也不宜少於12s，地震波的時間間距可取0.01s或0.02s；
4 結構地震作用效應可取多條時程曲線計算結果的平均值與振型分解反應譜法計算結果的較大值。

HiStruct提醒大家需要注意以下幾點：
A,選波的時候不僅與場地的情況有關，也與結構的動力特性有關，這樣才能選出適合的地震波。
B,雙向地震分析的時候主次向應該採用不同的地震波。
C,可適當調整地震波的峰值以滿足規范的要求，但是不能調整太大，那樣可能導致地震波與抗震設防水平和場地不適合。
D, 所謂「在統計意義上相符」指的是，其平均地震影響系數曲線與振型分解反應譜法所用的地震影響系數曲線相比，在各個周期點上相差不大於 20％。

『陸』 反映結構動力特性的重要物理參數是振動質點的自振頻率對嗎

• 對，反映結構動力特性的重要物理參數是振動質點的自振頻率。

• 結構動力特性
  

建築結構動力特性是反映結構本身所固有的動力性能。它的主要內容包括結構的自振頻率、阻尼系數和振型等一些基本參數，也稱動力特性參數或振動模態參數。這些特性是由結構形式、質量分布、結構剛度、材料性質，構造連接等因素決定，但與外荷載無關。

建築結構動力特性試驗量測結構動力特性參數是結構動力試驗的基本內容，在研究建築結構或其他工程結構的抗震、抗風或抗禦其它動荷載的性能和能力時，都必須要進行結構動力特性試驗，了解結構的自振特性。

1．在結構抗震設計中，為了確定地震作用的大小，必須了解各類結構的自振周期。同樣，對於已建建築的震後加固修復，也需了解結構的動力特性，建立結構的動力計算模型，才能進行地震反應分析。

2測量結構動力特性，了解結構的自振頻率，可以避免和防止動荷載作用所產生的干擾與結構產生共振或拍振現象。在設計中可以便結構避開干擾源的影響，同樣也可以設法防止結構自身動力特性對於儀器設備的工作產生干擾的影響，可以幫助尋找採取相應的措施進行防震，隔震或消震。

3．結構動力特性試驗可以為檢測、診斷結構的損傷積累提供可靠的資料和數據。由於結構受動力作用，特別是地震作用後，結構受損開裂使結構剛度發生變化，剛度的減弱使結構自振周期變長，阻尼變大。由此，可以從結構自身固有特性的變化來識別結構物的損傷程度，為結構的可靠度診斷和剩餘壽命的估計提供依據。

建築結構的動力特性可按結構動力學的理論進行計算。但由於實際結構的組成，材料和連接等因素，經簡化計算得出的理論數據往往會有一定誤差。對於結構阻尼系數一般只能通過試驗來加以確定。因此，建築結構動力特性試驗就成為動力試驗中的一個極為重要的組成部分，而引起人們的關注和重視。

結構動力特性試驗是以研究結構自振特性為主，由於它可以在小振幅試驗下求得，不會使結構出現過大的振動和損壞，因此經常可以在現場進行結構的實物試驗，正如本章所介紹的試驗實例。當然隨著對結構動力反應研究的需要，目前較多的結構動力試驗，特別是研究地震，風震反應的抗震動力試驗，也可以通過試驗室內的模型試驗來測量它的動力特性。

結構動力特性試驗的方法主要有人工激振法和環境隨機振動法。人工激報法又可分為自由振動法和強迫振動法。

人工激振法是一種早期使用的方法，試驗得到的資料數據直觀簡單，容易處理；環境隨機振動法是一種建立在計算機技術發展基礎上採用數理統計處理數據的新方法，由於它是利用環境脈動的隨機激振，不需要激振設備，對於現場測試特別有利。以上任何一種方法都能測得結構的各種自振特性參數，由於計算機技術的發展和數據分析專用儀器的普及使用，為各種方法所測得的資料數據提供了快速有效的處理分析條件。

『柒』 結構自振周期計算公式

結構自振周期計算公式：計算公式為：T=2π√m/k=2π√mδ(m為質量，k為剛度系數，δ為柔度系數）。結構的自振周期顧名思義是反映結構的動力特性，自振周期T只與自身質量m以及剛度系數k有關。具體對單自由度就只有一個周期，而對於多自由度就有同模型中採用的自由度相同的周期個數，周期最大的為基本周期，設計用的主要參考數據。

『捌』 建築結構抗震計算的內容包括哪幾個方面

（1）、結構動力特性分析；
（2）、結構地震反應計算；
（3）、結構內力分析；
（4）、截面抗震設計。等等

『玖』 測定結構動力特性的方法有哪些

穩態正弦激振法是使用最早至今仍被廣泛應用的的方法。其特點是原理簡明，分析方便結果直觀可靠，可以直接提供高階振型參數，但必須有提供穩定諧波激振的裝置。此種方法通常在試驗室中應用於模型或體積較小的原型試驗，也可以在現場用起振機對原型設備進行測試。

『拾』 結構動力特性包括哪些內容與哪些因素有關

結構動力特性是結構固有的特性，包括固有頻率、阻尼、振型。

它們只與結構的質量、剛度和材料有關。

結構動力特性的一種現代方法，模態分析以振動理論作為基礎，以模態參數作為目標函數，以辨別系統模態參數為最終目的，為結構的振動分析、設備故障診斷和和結構動力特性的優化提供了理論支持。

(10)結構動力特性計算方法擴展閱讀：

結構在動力荷載作用下響應和性能的分析。主要是由已知結構和動力荷載來計算結構的響應，以確定結構的承載能力和動力特性，為改善結構性能、合理進行設計提供依據。

結構動力分析不僅要考慮動力荷載和響應隨時間而變化，而且還要考慮結構因振動而產生的慣性力和阻尼力。動力荷載作用在結構上，結構產生的振動稱為強迫振動。

結構固有動態分析在數學上稱之為特徵值和特徵向量分析，包含固有頻率與固有模態分析，是結構動力學中的主要任務之一。

結構固有特性分析是為了研究結構振動的固有規律和內在本質，為結構動力學的進一步分析打下基礎，在工程的實際應用以及在求解結構動力響應方面具有重要的意義。到目前為止，已經發展了許多求解動態特性問題的數值方法。

參考資料來源：網路-結構動態特性

參考資料來源：網路-結構動力分析