地震工程复习模板.docx

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。l 地震工程学内容( 地震学与工程学的桥梁) : ( 1) 工程地震: 地震基本知识、 地面运动的特征、 地面运动的数值模拟、 地震危险性分析( 2) 结构抗震: 抗震基本方法、 抗震分析方法、 易损性分析、 抗震设计方法( 3) 社会服务: 人员伤亡估计、 经济损失估计、 地震保险l 震级: 对地震大小的度量( 准确的说是对一次地震释放应变能的度量) 。包括里氏震级ML( 0.8s内的面波振幅) , 面波震级MS( 浅源地震20s内的面波振幅) 、 体波震级Mb( 深源地震5s内的体波振幅) , 矩震级MW( 考虑断层错动) 。由于地震波传播途径的差异, 同一地震在不同地点确定的震级常常不同, 差别常达0.5左右, 甚至超过1.0.l 震级饱和现象原因: 第一, 地壳的强度是有限的, 地壳内的应力分布是不均匀的, 一次断裂只是一小部分地壳, 一次释放的能量是有限的, 地层振动有限; 第二, 震级定义是根据某一频率内的能量, 这一能量不一定会随断裂长度的增加而一直增加。矩震级不会发生震级饱和现象。l 地震烈度: 指某一区域内地表和各类建筑物遭受一次地震影响的平均强弱程度。一次地震由于地点( 指某一区域) 的不同, 会出现多种不同的烈度, 可是震级只有一个。l 地震烈度表: 研究地震动强弱, 作为区分标准, 地震烈度的尺度。只有日本是八度( 十度) , 其它国家为十二度。l 地震烈度的评定标准: 定性指标: 低烈度: 1-5人的感觉, 4-6器物反应; 高烈度: 6-10建筑物破坏程度, 10-12地面破坏。l 烈度影响因素: 在同一地震的影响下, 地震烈度不但取决于地震本身的大小, 同时还受震源处岩层错动的方向、 震源深度、 震中距离、 地震波的传播介质、 表土性质、 地下水埋藏深度, 以及建筑物的动力特性、 建筑材料、 设计标准、 施工质量和维护情况等许许多多条件的综合影响。l 烈度的性质( 产生质疑原因) : ( 1) 多指标的综合性( 2) 分等级的宏观性( 模糊性) ( 3) 以后果表示原因的间接性关键: ( 1) 抗震设计( 验算) 用不用烈度( 2) 构造措施, 要按烈度采用( 3) 强度、 变形的计算依据反应谱( 能够按烈度确定, 也能够直接确定, 但需要确保两者协调) l 等震线( 烈度分布图) : 同一次地震影响下破坏程度( 或烈度) 相同的各点的连线。一般情况下, 地震烈度随震中距离的增加而递减。一般等震线是封闭的, 县内地区的烈度等于或高于一定烈度, 线外地区的烈度低于此烈度。有烈度资料的地点愈多, 分布愈密, 等震线的轮廓愈明确、 可靠。l 等震线图的特征: 假设震源为一个点, 地震波辐射没有方向性, 传播介质均一, 且各观测点的环境条件相同, 则各等震线是应该管绕震中的一系列同心圆, 但实际并非如此。( 1) 震源有一定的长度和方向, 地震波的辐射也有方向性。因此, 等震线常呈椭圆形, 其长轴方向与发震断裂的走向相同。近场等震线表现较为明显。( 2) 地形、 松散沉积物的分布受区域构造线控制。沿构造线方向地震波的衰减率常小于垂直方向。随震中距离的增大, 等震线长轴逐渐转向地区的主构造线方向, 且与区域的山川、 水系的走向大致一致( 远离震中时, 方向与区域构造线一致) 。l 烈度异常: 在某烈度区内会有少数地点其烈度高于或低于烈度区的烈度。l 烈度异常影响因素: 地形地貌条件、 场地土质条件、 地下水埋藏深度、 当地房屋抗震性能差异l 烈度衰减关系( 烈度影响场) : 在一定震级条件下烈度随距离变化的规律。( 观察条件好数据多等震线不规则) l 烈度衰减关系作用: ( 1) 估计一次地震的影响范围、 破坏范围、 损失与伤亡分布。( 2) 表示地震动的衰减特征。( 3) 研究区域震源机制、 地壳介质、 区域发震构造( 深浅、 倾斜的分析) 。l 综合等震线图: 将一个大区域历次地震的等震线资料综合在一张图上, 显示各地区遭遇过的最大烈度的图。她表示各地有地震记载以来所遭遇的最大地震烈度, 分区所构成的轮廓显示了强地震造成破坏的空间分布。l 综合等震线图用途: 可为人们认识强烈地震的空间分布特征、 地震活动的强度( 特别是强弱的上限) 与地质构造条件的关系和各地区地震影响场特征等提供重要信息, 直接表示了有记载以来地震灾害分布的总体图像, 对于国土规划, 建设布局、 制定减轻自然灾害对策等都有重要的参考价值。其历史记载的取舍原则为”留大舍小”。l 地震烈度的物理标准: 地震烈度和地震动参数之间的关系。PGA、 PGV等。l 地震动( 强震) 观测的意义: ( 1) 为震后快速评估和抗震救灾服务( 2) 为抗震设防服务( 3) 为地震学基础研究服务l 强震观测对现代地震工程学发展的意义: ( 1) 定性的认识极其重要, 如抗震中的概念设计, 但如果缺少量的概念, 就很粗糙。只有在定性和定量两个方面均有一定认识后, 才能从经验性的认识上升为科学的解释。( 2) 地震中不断发现的新现象促使了新规律、 新理论的发现, 成为不断推动地震工程研究发展的重要推动力。( 3) 检验从抗震研究实践中总结出来的认识、 理论和办法是否符合实际, 从而加深人们对于地震和抗震客观规律的认识。l 地震动观测对抗震理论的贡献: ( 1) 为抗震理论进入反应谱阶段提供了必要数据( 静力理论阶段、 反应谱理论阶段、 基于性能的抗震设计理论) ( 2) 为研究地震动的特征提供定量数据( 3) 了解结构地震反应、 进行结构试验l 台阵的目的: 研究不同地震作用, 根据不同的需求, 搭建不同形式的台阵。l 台网的目的: 研究地震动的空间分布。设置强度高、 频度大的地震区。l 台阵分类: ( 1) 震源机制台阵( 研究震源机制与地震动之间的相互关系, 布设在震源或断层附近) 、 ( 2) 传播效应台阵( 研究地震波传播和衰减规律, 布阵与发震断层垂直) 、 ( 3) 局部效应台阵( 研究周围局部场地范围内地震动的特征和各种特殊的场地因素对地震动的影响, 改进和验证自由场理论分析模型) 、 ( 4) 场地影响台阵( 研究不同地点地质和地形对于地震动的影响) 、 ( 5) 大坝观测台阵( 主要振型、 整体性能、 自由场地的观测) 、 ( 6) 建筑物观测台阵( 研究地震作用下的结构反应) l 台阵布置考虑因素: ( 1) 地震发生地地震构造、 频度、 活动趋势及强度。( 2) 人口密度和未来地震可能造成的人员伤亡情况。( 3) 区域经济发展和未来地震可能造成的损伤.( 4) 具有典型性和重要性的场地和建筑物( 5) 兼顾交通、 背景噪声、 通讯、 电力供给、 安全l 中国数字强震动观测台网: ( 1) 建设了较高密度的数字强震动固定台网( 2) 建设了城市地震烈度速报台网( 3) 布设了12个强震动观测专用台阵( 4) 配置了一个由200台套观测设备的强震动流动观测系统( 5) 建立了观测台站场地资料数据库( 6) 建立了国家强震动台网管理系统。l 基线漂移原因: ( 1) 模拟记录仪: 记录纸相对记录器的横向不规则运动形成强震加速度记录中的噪音。初始速度、 初始位移和实际的零基线位置都未知。( 2) 数字记录仪: 仪器的不准确反应、 电磁噪声、 传感器的物质疲劳、 背景噪声和地震动过程中观测仪器的基座产生不可恢复的位移等。l 零线校正: 数字滤波器做双向滤波, 截止频率可经过事前噪声记录与地震记录的傅里叶谱分析确定。用最小二乘法调整零线以消除现行趋势。l 地震动为什么主要观测加速度: ( 1) 根据牛二定律, 加速度与体系的质量相乘直接与侧力有关( 2) 已知加速度能够经过积分得到速度和位移, 但一只速度或位移却得经过微分得到加速度, 而数值微分会放大误差, 而数值积分则不会, 因此观测加速度能够在数据处理是经过累次积分压制误差。l 地震动三要素: ( 1) 幅值: 最大PGA、 PGV、 PGD, 有效值EDA, 均方根值等( 2) 频谱特征: 傅氏谱、 功率谱、 时频分析和反应谱等( 3) 持续时间: 括号持时、 一致持时、 卓越持时。l PGA( 峰值加速度, 与惯性力有关, 代表地震动对结构的破坏作用) 、 PGV( 峰值速度, 与能量有关) 、 PGD( 峰值位移, 与变形有关) l 地震动峰值的统计平均变化规律: ( 1) 同样断层距处, 地震动幅值随着震级的增大而增大, 在大震级段加速度幅值会产生饱和现象。( 2) 同震级, 地震动幅值随着距离的增大而减小, 大地震在近场也会产生饱和现象。( 3) 土层场地, 特别是软弱场地上, 地震动幅值一般比基岩场地上大。( 4) 在震中区或地震断裂附近, 基岩场地上的地震动幅值有可能比土层场地上大。l EDA( 有效设计加速度) : 相当于9Hz低通滤波后加速度的峰值。l 傅里叶谱: 表示了地面运动振幅与频率或周期额关系, 也就是说对于给定的加速度图, 能够确定出相应振幅的频率。l 功率谱( 功率密度函数) : 用来估计输入地震动的统计特性, 并用随机振动理论计算随机响应。l 括号持时: 以对工程结构有影响的最小地震动幅值为阈值, 把地震动幅值首次和最后一次达到该阈值的两个时刻之间的时段取为地震动持续时间。l 一致持时: 以占峰值的给定比例为阈值, 把地震动幅值首次和最后一次达到该阈值的两个时刻之间的时段取为地震持续时间。l 卓越持时: 超过Arias烈度一定比例的时间区间的累积值。l 谱烈度: 从能量的角度表征地震动潜在破坏势的参数, Sv反映了弹性单自由度体系的能量需要, 但谱烈度一个明显的缺点就是它没有考虑持时的影响, 而持时对结构的累积损伤是很重要的。l 增量速度: 加速度脉冲下的面积, 实际上代表速度变化的增量, 它与质量的乘积代表结构的动量或者相当于地震作用的冲量作用。l 增量位移: 速度脉冲下的面积。l 反应谱: 单自由度体系弹性系统对地震动反应的最大值的绝对值和体系的自振特征( 自振周期或频率与阻尼比) 之间的函数关系。反应谱是地震动特性而非结构特性。加速度反应谱值在1以内, 速度反应谱值可达100以上, 位移反应谱值在50以内, 即速度位移加速度。只能反映出分布随频率的变化, 不能反映随时间的变化( 时频分析) 。l 反应谱影响因素: 场地条件、 震级、 距离。土质越软, 震级越大, 距离越远, 反应谱峰值逐渐右移。( 类场地小震级是, 反应谱值很大) l 地震动衰减关系: 描述地震动随震级和距离变化的关系。是最简单的预测地震动的经验关系。l 地震动衰减的原因: 地震的能量是一定的, 但地震波的波前以球形扩散, 是能量分散、 减小, 波在场地介质中传播, 在传播过程中, 场地介质消耗能量。l 地震动衰减关系的统计拟合方法: 统计+拟合。由于数据的分布不可避免地存在病态, 自变量之间总要有一定的相关性, 在数据不很丰富时, 一次个别地震中的数据占比例过大、 一个场地的记录占比例过大等, 都要有些办法处理。如加权拟合( 加权最小二乘法) 等。l 缺乏强震记录地区的地震动衰减关系: ( 1) 使用宏观烈度分析或者使用数值分析方法评定该地区的地震震源和地震波传播(衰减)特性, 与已经提出经验的和理论的强运动衰减关系的世界其它地区加以比较。( 2) 辨别所考虑地区的构造环境类型和发生的地震震源的断裂形式( 即, 板缘、 板内、 浅地壳、 俯冲消减带、 走滑等) 。从地震震源与所考虑地区最相似的地理地区选择若干衰减关系式。( 3) 若需要, 根据该地区中有限的强地面运动数据进行比较, 调整选择的衰减关系式, 评价和/或理论计算l 近几次大地震中强地震动表现的新特征: ( 1) 这些地震动主要特征的变化相当复杂, 受许多因素的影响。( 2) 震害经常显示出比用简单经验模型预测的大得多的不规律性, 与地震震源过程、 从震源到场地的地震波的传播和场地反应等方面有关。( 3) 近断层的方向性效应、 上盘效应、 地壳波导效应、 盆地边缘反应效应等都对地震动有重要影响, 又都牵涉到更复杂的震源机制、 传播途径和场地条件的影响中的基础理论问题。l 近断层地震动: 在近断层区域地震动幅值分布受断裂的几何形态影响很强烈。对于竖直的走滑断裂, 破裂方向性效应对于给定的至断裂最近距离处地震动引起很强的空间变化。对于倾滑断裂, 有两个主要的效应: 破裂方向性效应和上盘效应。破裂方向性效应是由于破裂传播和幅射模式效应引起的。上盘效应主要是由断裂对上盘场地的更近引起的。l 方向性效应: 在断层近场地区, 影响地震动特征的一个重要因素是断层的破裂方向。根据场地与断层的相对位置, 方向性效应能够分为向前效应( forward) 、 向后效应( reverse) 和中性效应( neutral) 。如果断层的破裂方向朝向场地或破裂方向与震源( hypocenter) 和场地连线的夹角较小的话, 场地的效应称为向前方向性效应, 一般所说的”方向性效应”是指向前方向性效应, 因为向前方向性效应产生的地震动对工程结构来说更为不利。如果断层的破裂方向背离场地或破裂方向与震源和场地连线的夹角较小的话, 称为向后方向性效应。如果场地与震源的连线几乎垂直于断层的破裂方向, 称为中性效应。断层破裂速度在传播介质中几乎等于介质剪切波速, 使得断层产生的能量以非常短的时间到达场地, 这样, 在场地的地震动中将产生一个大的速度脉冲( 一般发生在地震动的开始阶段) 。断裂上剪切位错的幅射模式使这个地震动的大脉冲朝向垂直于断裂方向, 引起垂直于断层分量的峰值速度比平行于断层分量的峰值速度要大。( 表示了从断裂辐射的大量地震能量的累积效应) l 上盘效应: 一个倾斜断裂上盘的场地在总体上比下盘上最近距离相同的场地更靠近断裂面。这引起了上盘短周期地震动比下盘相同最近距离处更大。上盘地震引起的振动比一般地震的大1.3-1.4倍。( 同样的距离( 断层距、 震中距、 震源距) , 上盘的地震动会比下盘地震动更加强烈。) l 地壳波导效应: 在近距离处( 约50千米以内) , 最大的地震动由自震源到场地向上传播的地震波引起。然而随着离震源的距离增加, 直达波减弱, 从震源下部边界来的下行波的反射达到临界角度并形成内反射。在这些界面处, 特别是莫霍面, 弹性模量的强烈反差使这些临界反射具有很大的幅值。这些临界反射在大约50千米处到达, 使得直到100千米或以上的距离处地震动衰减率减弱。( 在一定震中距范围内, 震源产生的地震动到达莫霍面, 反射回来的波和体波叠加, 使50-100千米范围内的地震动衰减率减小。) l 沉积盆地对抢地震动的影响: 包括对强地震动的幅值、 频率成分和持时的影响。( 1) 盆地中新沉积物比边界基岩低得多的波速产生软土的放大作用。( 2) 盆地碗状几何形状, 在盆地中特定地点能够把地震波聚焦。( 3) 盆地的边缘效应, 速度和深度的梯度变化很大, 当地震体波沿盆地边缘进入, 像水波纹一样在盆地中重复反射, 产生陷入盆地的面波。l 人造地震动和数值模拟地震动产生的原因: ( 1) 应用时程分析法时, 要选择适当的地震动作为输入。由于受地震观测的客观条件的限制, 取得的强震加速度记录”缺少”, 不能满足工程中的多方面要求。( 2) 在随机振动理论中, 满足同一集系的地震动次数常常过少。l 地震动合成方法: 格林函数法( 解析: 弹性动力学等理论, 经验: 小震代替解析结果) 、 随机法( 随机点源法: 震源被描述成一个点, 随机有限断层法: 震源被描述成若干个子断层面) 、 基于相位差谱的方法、 与有限元方法结合。数值方法: 三角级数法。l 相位差谱: 指将相位谱在频率轴上等间距离散化后两个相邻相位角的差, 相位差随频率变化的函数称为相位差谱。决定地震动的非平稳性。分布与加速度包络函数形状相似, 近似呈现为正态分布。特点: 考虑了相位差因素及分布特点。工程中常见此方法。l 三角级数法的优缺点: 优点: 实现方便, 适应性强。缺点: ( 1) 在迭代的过程中, 可能会出现个别控制点的反应谱不收敛于目标谱的情况, 特别是当反应谱的控制点较多时容易出现。( 2) 时常看到合成的地震波虽然满足了目标谱的要求, 可是波形极差。例如: 出现”大尖”或是”平台型峰值”, 或者出现时间强度包线明显截头的情况。( 3) 人造地震波与真实地震波主要在基本特征上有相当的差距: 频率性征和强度性征。l 地震动对结构的破坏类型: 场地失效、 场地的地震动作用l 地基失效: 一般指造成建筑破坏的直接原因是由于场地和地基稳定性引起的。场地和地基的破坏作用大致有地面破裂、 滑坡、 坍塌等。一般是经过场地选择和地基处理来减轻地震灾害。l 场地的地震动作用: 由于强烈地面运动引起地面设施振动而产生的破坏作用。减轻它所产生的地震灾害的主要途径是合理的进行抗震、 减震设计和措施。l 建筑地段的选择原则: ( 1) 选择有利地段( 2) 避开不利地段, 当无法避开时, 应采取适当的抗震措施( 3) 不在危险地段建设l 局部突出地形的影响: ( 1) 高突地形距离基准面的高度愈大, 高处的反应愈大( 2) 离陡坎和边坡顶部边缘的距离大, 反应相对减小( 3) 在同样地形条件下, 土质结构的反应比岩质结构大( 4) 边坡愈陡, 其顶部的放大效应相应加大l 发震断裂的影响: 断裂带是地质上的薄弱环节, 发震断裂带附近地表, 在地震时可能产生新的错动, 使建筑物遭受较大的破坏, 属于地震危险地段。发震断裂带上可能发生地表错位的地段主要在高烈度区。建设时应避开。l 建筑场地: 指建筑所在地, 大致相当于厂区、 居民点和自然村的区域范围。按地震对建筑的影响划分为4类( I0、 I1) , 建筑场地分类指标是以场地剪切波速( 或场地土类型) 和覆盖层厚度。l 场地的地震效应: 场地土对于从基岩传来的地震波具有放大和滤波作用。坚硬土层上的刚性建筑、 软弱土上的柔性建筑破坏严重。l 地基基础抗震设计的基本要求: 地基在地震作用下的稳定性对基础及上部结构的内力分布是比较敏感的, 因此要确保地震时地基基础能够承受上部结构传下来的竖向和水平地震作用以及倾覆力矩而不发生过大变形和不均匀沉降。l 天然地基的震害特点: ( 1) 高压缩性饱和软粘土和承载力较低的淤泥质土在地震中产生不同程度的震陷, 造成上部结构的倾斜或破坏。( 2) 杂填土、 回填土和冲填土等松软填土地基, 土质松软且承载力较低, 易产生沉陷, 使结构开裂。( 3) 沟、 坑、 古河道、 坡地办挖半填等非匀质地基在地震中的不均匀沉降或地裂缝引起上部结构破坏。l 天然地基的抗震措施: ( 1) 软弱粘性土地基: 采用桩基, 地基加固; ( 2) 杂填土地基: 换土夯实; 地基加固; ( 3) 不均匀地基: 综合建筑体型、 荷载、 烈度、 结构类型等采取合理的结构布局、 地基抗震措施。l 天然地基地震作用下的承载力验算: 拟静力法。在静力设计基础上调整的出发点: ( 1) 地震是偶发事件, 地基抗震承载力安全系数可比静载时降低( 2) 多数土在有限次的动载下, 强度较静载下稍高l 液化现象: 处于地下水位以下的饱和砂土和粉土的土颗粒结构受到地震作用时将趋于密实, 使空隙水压力急剧上升, 而在地震作用的短暂时间内, 这种急剧上升的空隙水压力来不及消散, 使有效压力减小, 当有效压力完全消失时, 土颗粒处于悬浮状态之中。这时, 土体完全失去抗剪强度而显示出近于液体的特性。这种现象称为液化。宏观表现是喷砂冒水。l 液化的震害: ( 1) 地面开裂下沉使建筑物产生过渡下沉或整体倾斜; ( 2) 不均匀沉降引起建筑物上部结构破坏, 使梁板等水平构件及其节点破坏, 使墙体开裂和建筑物体形变化处开裂; ( 3) 室内地坪上鼓、 开裂, 设备基础上浮或下沉。l 影响场地土液化的主要因素: ( 1) 土层的土粒的组成和密实程度( 2) 砂土层埋置深度和地下水位深度( 3) 地震烈度和地震持续时间l 液化指数: 同一烈度下, 液化层的厚度愈厚愈浅, 地下水位愈高, 实测标准贯入锤击数与临界标准贯入锤击数相差愈大, 液化愈严重, 带来的危害也愈大。l 土层对地震动的影响: 土的刚度与其下基岩完全不同, 能够影响地震动的幅值、 频率和持时等。厚的软土层对地震动幅值有放大作用。l 场地分类方法: ( 1) 双指标方法( 覆土、 剪切波速) ( 2) 单指标方法( 覆土、 剪切波速、 场地指数法) ( 3) 综合考虑标准贯入锤击数、 未排水剪切强度、 湿度百分比、 塑性指数等等l 土结构相互作用: 结构物与支承它的地基之间总是相互作用的。当上部结构的刚度大而地基的刚度相对较小时, 更为突出。当地基不是完全刚性时, 土结构相互作用会改变结构物的震动特性和地基的地震动。由于考虑地基柔性, 土结构共同体的自振周期会比刚性地基时加长, 阻尼作用会有与能量向地基扩散而加大; 由于结构物的存在, 结构基础下的地震动高频分量会比自由场低。一般SSI对大型、 刚性结构影响较大, 如核电厂结构。l 工程结构地震破坏基本经验及主要对策: ( 1) 地基和基础: 建于性质差别很大地基上或部分采用天然地基、 部分采用桩基的, 地震中结构遭到的破坏更为严重。在选址时, 应根据拟建工程的结构特性, 选择使结构地震反应较小的场地; 或者说, 应根据场地自振特性来布置适宜于建造的结构类型。( 2) 平面、 立面布置: 具有简单规则的平、 立面建筑物, 地震中破坏相对较轻。结构规则与否是影响结构抗震性能的一个重要因素。( 平面不规则: 平面偏心、 平面凹角、 楼板突变、 平面外水平错断、 非平行结构体系; 立面不规则: 刚度突变柔性层、 质量分布突变、 立面刚度突变、 竖向抗侧力构件在其平面内的间断、 承载力突变薄弱层) 柔底层: 刚度、 强度突变, 产生过大扭转, 从而引起某些部位的内力或变形集中, 导致破坏。强柱弱梁: 柱子不先于梁破坏, 因为梁破坏属于构件破坏, 是局部性的, 柱子破坏将危及整个结构的安全, 可能会整体倒塌, 后果严重。要保证柱子更”相对”安全, 故要”强柱弱梁”。( 结构体系应避免因部分结构或构件破坏, 而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。抗震设计的一个重要原则是结构应具有必要的冗余度和内力重分配的功能, 即使地震中部分构件退出工作, 其余构件仍能将竖向荷载承担下来, 避免整体结构失效或失稳。) 钢筋混凝土柱破坏的原因: P-效应、 角柱的双向地震动和扭转附加力的影响、 房屋倾覆和竖向地震动产生的柱轴向内力、 箍筋不足等。P-效应( 重力二阶效应) : 由于结构的水平变形而引起的重力附加效应, 结构发生的水平侧移绝对值越大, P-效应越显着, 若结构的水平变形过大, 可能因为重力二阶效应导致结构失稳。( 3) 防震缝: 不规则建筑或房屋相邻两翼同一方向的侧移刚度相差悬殊的建筑物, 在地震时往往因局部应力集中或两翼衔接处左右变形不协调而产生局部破坏。抗震设计中, 对这一问题的处理方法, 一般是在建筑的某一部位设置防震缝, 以使不规则建筑尽量规则些, 刚度相差悬殊两部分划分成各自独立的整体。( 4) 抗震结构体系: 受经济和技术条件制约, 与环境条件有关。合理的抗震结构体系: 受力明确、 传力合理且传力路线不间断、 设置多道防线。具备必要的承载能力, 良好的变形能力和消耗地震能量的能力。多道抗震防线的含义: ( 1) 一个抗震结构体系, 应由若干个延性较好的分体系组成, 并由延性较好的结构构件连接起来协同工作。( 2) 抗震结构体系应有最大的内部、 外部冗余度, 并有意识地建立一系列屈服区, 使结构既能吸收和耗散大量地震能量, 又能在一旦破坏后易于修复。抗震薄弱层: ( 1) 结构在强烈地震作用下不存在强度安全储备。构件的实际承载力分析是判断薄弱层(部门)的基础。( 2) 要使楼层(部位)的实际承载力和设计计算的弹性受力之比在总体上保持相对均匀变化( 屈服强度系数) 。因为楼层(部位)的这个比例一旦有突变, 将会由于塑性内力重分布而导致塑性变形的集中。( 3) 要防止局部加强而忽视整个结构刚度、 强度的协调。( 4) 在抗震设计中有意识、 有目的地控制薄弱层(部位), 使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移, 这是提高总体抗震性能的有效手段。( 5) 对抗震结构的构件要求: 良好的材料应具有延性好、 强度重量的比率高、 均匀、 易于作成原强度的连结等优点。改进结构构件的变形能力是提高抗震能力的主要途径之一。结构构件的延性: 结构的变形能力取决于组成结构的构件及其连接的延性水平。措施: 采用水平向(圈梁)和竖向(构造柱、 组合柱)钢筋混凝土构件; 避免混凝土结构的脆性破坏(包括混凝土压碎、 构件剪切破坏、 钢筋同混凝土粘结破坏)先于钢筋的屈服; 避免钢结构构件的整体和局部失稳。改进构件变形能力的原则和途径: ( 1) 无筋砌体本身是脆性材料, 只能利用约束条件(圈梁、 构造柱等来分割、 包围)保证砌体发生裂缝后不崩塌、 散落, 地震时不致丧失对重力荷载的承载能力。( 2) 钢筋混凝土构件抗震性能是比较好的, 但处理不当, 也会造成不可修复的脆性破坏。这种破坏包括: 混凝土压碎、 构件剪切破坏、 钢筋锚固部分拉脱(粘结破坏), 应力求避免。( 3) 钢结构杆件的压屈破坏(杆件失去稳定)或局部失稳可认为是一种脆性破坏, 应予以防止。( 6) 抗震就够各构件的连接: 构件之间的连接破坏、 结构丧失整体性、 各构件尚未发挥抗震能力就发生平面外失稳、 或从支承构件上滑脱坠地。加强构件间的连接, 使之能满足传递地震力时的强度要求和适应地震时大变形的延性要求。( 7) 非结构构件: 包括附属构件( 防止倒塌, 加强本身整体性) 、 装饰物( 防止脱落和装修破坏, 同主体结构可靠连接) 、 非结构的墙体( 减少主体结构的自振周期, 增大构件受到的地震作用。改变主体结构侧向刚度的分布, 从而改变地震作用在各构件之间的内力分布状态。对主体结构的地震作用分析带来困难, 不易选取合适的结构抗震分析计算模型, 不易正确估计地震反应。处理不好引起主体结构的破坏) , 如果处理不好, 易在地震中发生倒塌伤人, 砸财产设备, 甚至造成主体结构倒塌。防止非结构构件参与工作, 避免非结构构件对主体结构的变形限制。分析计算时, 能够只考虑非结构构件的质量, 不考虑刚度和强度。( 8) 材料与施工: ( 1) 选用合格的建筑材料( 2) 确保砌筑质量( 3) 确保各部构件连接的质量( 4) 保护钢筋l 桥梁震害: ( 1) 桥台、 桥墩滑移( 2) 支座破坏l 抗震设计的目标: 设计的结构在未来地震作用下发生破坏的概率为社会所接受, 同时为当前的经济条件所允许。合理的抗震设计应满足经济和安全之间的合理平衡, 总效益E最大的形式Max(E)Max(收益投资损失)l 抗震设防: 对工程结构进行抗震设计并采取相应的抗震措施。l 抗震设防依据: 抗震设防烈度、 建筑类别。l 抗震设防烈度: 按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度(对应50年超越概率10%)l 建筑类别: 侧重于使用功能和灾害后果区分, 并强调对人员安全的保障。甲类属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑( 特殊设防类) ; 乙类属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复功能的建筑( 重点设防类) ; 丙类甲、 乙、 丁类以外的建筑( 标准设防类) ; 丁类属于抗震次要建筑( 适度设防类) 。甲乙: 68度时, 提高一度, 9度时, 符合比9度更高的要求。l 抗震设防标准: ”三水准”: 小震: 50年的众值烈度的超越概率为63.2; 中震: 50年内超越概率为l0的烈度; 大震: 在50年内超越概率为32。基本烈度与众值烈度差的平均值为1.55度。罕遇地震大震对应的烈度比基本烈度中震大约大1度左右。比中震降低1.55度的小震所对应的地面峰值加速度的折减系数为0.34。大震对应的地面峰值加速度比小震对应的峰值加速度大4-6倍。l 抗震设防目标: 小震不坏( 当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时, 一般不受损坏或不需修理仍可继续使用) ; 中震可修( 当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时, 可能损坏, 经一般修理或不需修理仍可继续使用) ; 大震不倒( 当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震影响时, 不致倒塌或发生危及生命的严重破坏) 。l 抗震设防实现方法: 两阶段。第一阶段设计: 按小震作用效应和其它荷载效应的基本组合验算结构构件的承载能力, 以及在小震作用下验算结构的弹性变形, 以满足第一水准抗震设防目标的要求。第二阶段设计: 在大震作用下验算结构的弹塑性变形, 以满足第三水准抗震设防的要求。l 基本烈度: 一个地区今后50年期限内, 在一般场地上可能遭遇的超越概率为10的地震烈度。l 设计基本地震加速度: 50年设计基准期超越概率为10%的地震加速度的设计取值。l 设计地震动参数: 抗震设计用的地震加速度(速度、 位移)时程曲线、 加速度反应谱和峰值加速度。l 地震作用: 地震释放的能量, 以地震波的形式向四周扩散, 地震波到达地面后引起地面运动, 使地面原来处于静止的建筑物受到动力作用而产生强烈振动。在振动过程中作用在结构上的惯性力就是地震作用。l 地震作用特点: ( 1) 不是直接作用在结构上, 属于间接作用。( 2) 取决于地震烈度、 设计地震分组和场地类别等地震特性, 还与结构的动力特性(自振周期、 阻尼等)密切相关。l 抗震设计谱包括: 弹性设计谱、 非弹性设计谱l 抗震设计反应谱: 根据同一类场地上所得到的地面运动加速度记录分别计算出它的反应谱曲线, 然后将这些谱曲线进行统计分析, 求出其中有代表性的平均反应谱曲线然后结合经验判断确定, 从而得到抗震设计反应谱。l 放大系数标准反应谱: 放大系数与周期的曲线关系T, 与建筑场地类别、 震级、 震中距等因素相关, 经过大量的分析计算, 中国抗震规范中将最大动力放大系数max2.25。水平地震影响系数是地震系数k与动力系数的乘积, 当基本烈度确定后, 地震系数k为常数, 因此, 水平地震影响系数最大值max=kmax=2.25k。地震系数等于集啊速度最大值与g之比。l 非弹性反应谱恢复力模型: 双线型模型、 三线型模型、 退化双线型等、 退化三线型等。l 延性系数: 非弹性体系在地震动作用下的最大位移与屈服位移之比。l 屈服强度系数: 结构的屈服强度fy与结构的重力mg之比。l 强度折减系数: 一个非常重要的作用就是由弹性反应谱得到非弹性反应谱。l 非弹性位移比: 在地震动作用下, 非弹性体系的最大位移与对应的弹性体系结构的最大位移之比。l 结构的动力特征参数: 阻尼、 延性系数( 或屈服强度) 、 恢复力特性( 模型) 及结构周期l 非弹性反应谱: 当给定系统的恢复力滞回特性后, 决定结构反应的基本结构参数主要有三个: 结构周期T、 阻尼、 延性系数或结构周期T、 阻尼、 屈服强度Cy, 因此非弹性运动方程的解可用两种方法来表示: ( a) 保持屈服屈服强度系数不变而只让延性为变量; ( b) 保持位移延性不变, 而只让屈服强度系数变化。从而产生了两种非弹性反应谱的形式: 等强度谱和等延性反应谱。l 非弹性反应谱作用: 等强度谱: 已有工程结构的抗震评估; 等延性谱: 工程结构的初步设计; 等延性强度折减系数谱: 能够用此谱由弹性设计谱得到非弹性设计谱。l 非弹性位移比谱法目的和意义: 结构在强烈地震作用下, 必然进入非弹性反应阶段; 而在此时结构的位移对结构破坏将起到很大作用。因此传统基于力的设计方法也需要一种简便的估计地震作用下的最大位移的方法, 来控制结构破坏。( 非弹性位移比谱方法能够用于结构非弹性位移反应的评估。与时程分析方法和非线性静力分析方法相比, 更简单。) l 位移系数/位移比谱法: 指经过结构保持完全弹性时的最大位移来估计结构的最大非弹性位移的方法。将位移系数按照结构周期进行排列形成的曲线叫做非弹性位移比谱。l 位移比谱的影响因素: ( 1) 场地条件对非弹性位移比谱在较短周期的谱值以及位移比谱拐点周期的影响最大。( 2) 刚度退化: 从增大结构非弹性位移反应转入降低结构的非弹性位移反应的分界周期随场地条件的变软( 场地特征周期的增加) 而逐渐增加; ( 3) 屈服后刚度: 结构的非弹性位移比谱随着屈服刚度系数的减小而增大, 而且当屈服后刚度为负值时的增大幅度会比其为正值时的幅度大很多。( 4) P-效应: 其影响随着延性系数的增大而增大, 随着周期的增加而减小。( 考虑P-效应位移比谱的修正系数随着结构延性的增加而增加, 随着影响程度的增加而增大, 随着结构周期的增大而减小。持时对考虑P-效应的位移比谱的影响要比未考虑P-效应位移比谱的影响大很多, 特别是在中长周期段) ( 5) 近断层地震动: 0.2s至1.5s的周期段, 近断层地震动对位移比谱的影响最大, 将近20%。PGV/PGA是对近断层地震动位移比谱影响最大的地震动参数; 其次是MIV和PGV; 而场地条件对近断层非弹性位移比谱的影响较小。l 工程结构抗震设计主要分析方法: 反应谱法( 振型分解反应谱法、 底部剪力法) 、 时程分析法、 静力弹塑性方法( Pushover方法) l 振型分解反应谱法基本原理: 利用振型分解法的概念, 把多自由度体系分解成若干个单自由度体系振动的组合, 并利用单自由度体系的反应谱理论计算各个振型振动的地震作用, 最后将各个振型计算出的地震效应按一定的规则组合起来, 求出总的地震响应。l 振型分解反应谱法步骤: ( 1) 进行振型分析, 求结构的自振周期、 振型和振型参与系数。( 2) 由地震影响系数谱曲线确定多自由度体系j振型质点i的水平地震作用标准值。( 3) 计算j振型地震作用标准值下的效应, 可按静力方法计算地震作用效应, 包括: 轴力、 弯距、 剪力和变形等。( 4) 按振型最大值组合规则计算体系水平地震作用标准值的效应。( 注意: 一定是结构的地震效应进行组合) 参与振型个数的确定: 方法一: 主要选取贡献大的较低频率的几个振型, 一般建筑( 动力自由度较少) 取13个振型; 高层915个振型。方法二: 一般可取振型有效质量达到总质量90时所需的振型数。阵型组合规则: 完全二次式方法CQC( 振型较为密集, 振型之间相关性较大时, 如考虑平移、 扭转耦联振动的线性结构体系) 、 平方和开平方SRSS( 振型较为稀疏, 振型之间相关性较小时, 如串联多自由度体系) l 底部剪力法使用条件: 对于重量和刚度沿高度分布较均匀、 高度不超过40m, 并以剪切变形为主的结构, 振动时具有以下特点; (1)位移反应以基本振型为主; (2)基本振型接近直线。l 底部剪力法基本原理: 在振型分解反应谱法的基础上, 针对某些建筑物的特定条件做进一步简化, 而得到的一种近似计算水平地震作用的方法: 将多自由度体系简化成单自由度体系, 计算出结构总的地震作用( 即结构底部剪力) , 再将其按倒三角形原则分配到各个楼层, 计算结构内力。l 水平地震作用下的地震内力调整: 1、 突出屋面附属结构地震内力调整: 鞭梢效应: 震害表明, 突出