结构地震反应及结构抗震问题探讨

结构地震反应及结构抗震若干问题探讨

罗金程 谢亚东 黄利民

（萍乡市公路管理局 萍乡 337055）

摘 要：介绍了结构线性和非线性地震反应分析的方法及原理，探讨了各种方法的优缺点；同 时总结了土结相互作用问题并对结构抗震设计规范进行了评价。从而对结构抗震有了较深入的认 识。

关键词：地震反应；土结作用；结构抗震

0 前 言

地震作为一种自然现象，是逐渐被人们所认知的。人类在地震灾害中付出了极大的代价，也取得了宝贵的经验。而根本性的预防措施在于合理的结构抗震设计方法。随着社会经济的发展和科学的进步，结构抗震理论得到不断的进步和完善。它经历了静力理论、反应谱理论、直接动力分析理论和目前的概率弹塑性理论4个阶段。同时，土体与结构物相互作用理论得到了不断发展。我国的抗震设计规范也在不断的完善之中。

1 结构地震反应分析方法

结构地震反应分析的方法很多，下面主要介绍反应谱理论和时程反应分析法。

1．1 反应谱理论

反应谱理论其实又分为线性和非线性两种理

论。目前结构抗震设计中广泛使用的方法是线性的反应谱理论。我们通常就称之为反应谱理论。非线性反应谱理论在范立础的著作《桥梁抗震》里有较详细的论述。本文主要就线性反应谱理论进行介绍。该理论的基本原理就是把结构物简化为离散体系，然后按振型分解为多个单自由度体系，用叠加来计算结构的反应（应力、应变）等。在地面振动的作用下，单自由度有阻尼体系振动方程为：

2

()2()()()g u t u t u t u t ξωω++=- （1）

则质点相对于地面的位移反应，速度反应以及绝对加速度反应为

()0

1

()()sin ()t

t g

d d u t u

e t d ξωττωττω

--=-?

（2） ()0

()()cos[()]t

t g d d u t u e t d ξωτω

τωτατω--=-

-+? （3）

2()0

()()()sin[()2]t t g g d d u t u t u e t d ξωτω

τωτατω--+=-+? （4）

()u t 的最大绝对值称为位移反应谱；()u t 的

最大绝对值称为速度反应谱；()()g u t u t +的最大绝对值称为加速度反应谱。用式子来表示为 max ()D

S u t = （5）

max

()V S u t = （6）

max

()()A g S u t u t =+ （7）

对于确定的阻尼比ξ，变动圆频率ω，就可以得到,,D V A S S S 曲线，即反应谱曲线。

因此，反应谱有以下两个基本特性： （1） 绝对刚性结构

()0,D S ω→∞=()0,V S ω→∞=,max ()g A S u ω→∞=

（2） 无限柔性结构

,max (),

D g S u ω→∞=

,max (),g V S u ω→∞= ()0A S ω→∞=

反应谱方法用于抗震设计首先就是地震动反应谱的确定，因此这一步工作只需进行一次，目前《公路工程抗震设计规范》分了四种场地给出设计反应谱。此外，地震动能量主要集中在20Hz 以下的频带，激发的建筑结构反应的振动频率较低。应用反应谱法，只取少数几个低振型就可以求得较为满意的结果。同时，该理论变动力问题转化为拟静力问题，易于工程师所接受。在设计一般结构时是允许结构进入塑性状态，但反应谱理论只能计算线性反应，难以得到其真实的位移和内力；另外，反

应谱理论忽略了地震动时结构和土体间的相互作用；反应谱也并不是一次地震动作用下的反应谱，而是不同地震反应的包线。

1.2 时程分析法 时程分析法又称作动态分析法。它是将地震波段按时段进行数值化后，输入结构体系的振动微分方程，采用逐步积分法进行结构弹塑性动力反应分析，计算出结构在整个强震时域中的振动状态过程，给出各个时刻各杆件的内力和变形以及各杆件出现塑性铰的顺序。

我们知道运动微分方程的全增量形式

[]

{}[]{}[]{}[]{}g M x C

x K

x M

x ++=- （8）

式中，

[]C 、

[]

K 为i t 时刻结构阻尼矩阵和结

构刚度矩阵；

{}x 、{}x 、{}

x 为第1i +时段

（i t 到1i t +）内各质点相对加速度、相对速度、相对位移的增量所组成的列向量；

{}

g x 为第1

i +时段内地面运动加速度增量的列向量。上式一般采用数值解法，而且多采用逐步积分法。比较常用的逐步积分法有：线性加速度法、威尔逊θ法、中点加速度法、纽马克β法和龙格－库塔法等。这些方法的步骤均为：

（1）将整个地震时段划分为一系列的微小时段

t ，通常取t =0.01～0.02s ；

（2）对实际地震加速度记录，经过零线调整

等一些必要的处理后，按时段

t 进行数值化；

（3）在每一个微小时段内，把M 、C 、K 及

g x 均视为常数；

利用第1i +时段（i t 时刻到1i t +时刻）的前端值i x 、i x 、i x 来求该时刻的末端值1i x +、1i x +、1i x +，循序渐进地对每一时段重复上述步骤，即得

整个过程的结构地震反应。

时程分析法计算地震反应需要输入地震动参数，该参数具有概率含义的加速度时程曲线、结构和构件的动力模型考虑了结构的非线性恢复力特性，更接近实际情况，因而时程分析方法具有很多优点。它全面地考虑了强震三要素；比较确切地、具体地和细致地给出了结构弹塑性地震反应。

1.3 小结

反应谱理论作为一种比较成熟的地震反应分析方法，得到了广大工程师的认可，各国的规范均将它作为基本设计方法应用到实际工程中去。但是由于反应谱理论在实质上的局限性，它只是一种准动力理论。对于大跨、非规则的结构物，现在也越来越多的应用时程分析法进行补充计算。随着计算机技术的日益发展，应用时程分析法进行抗震分析将是一种趋势。

2 土与结构的相互作用

2.1 土结相互作用的概念

土与其上或其中的结构物是一个共同工作的整体系统，它在荷载作用下，其界面处的应力和应变有其特定的交联关系，这种交联关系即相互作用。相互作用的实质就是由于土体与结构物基础的

材料特性的差异（主要是弹性模量），从而它们的变形能力产生差异，这样在接触面上产生了相互作用力，进而产生土与基础的相互作用。

土一结相互作用主要包括的内容就是：（1）自由场地反应分析；（2）对于考虑了土壤对结构的弹性约束作用的结构模型进行相互作用分析。

2.2 土结相互作用研究的历史与发展

土一结相互作用问题在很早以前就引起了世界地震工程界的广泛关注。1936年，Eeissner 进行了关于弹性半空间表面刚性圆形基础振动问题的研究；40年代由Martel 提出关于建筑物地震反应土结相互作用效应；到50年代，许多研究者获得了圆形和矩形基础在应力边值条件下的平移、旋转和扭转、振动的瞬态和稳态解析；到60年代Sandi, Lycan, Newmark, Monge, Rosenberg, Hashiba, Whitman 等作了很多工作如地基柔性的主要影响，改变了有效的基本周期及有效的阻尼。到70年代后期经过对各种分析方法的优点的争论，关于土结相互作用的基本现象被广泛的理解和接受。到1985年John wlf 的《dynamic Soil －structure Interaction 》一书出版，它阐述了第一个关于土结动力相互作用问题，不仅适用于机械震动而且更适用于地震问题，被广泛应用于传统的结构震动，但是它只局限于线性分析。这一阶段是土结动力相互作用研究的初级阶段，从此以后动力相互作用的研究迅猛发展，由线性到非线性，由一维到三维分析。特别是电子计算机的迅速普及，土结相互作用分析方法有了更快地发展。

2.3 土-结动力相互作用的简化分析模型

土结相互作用的分析模型很多。模型的选择，取决于预期研究的目的。ＳＲ(Swing-Rocking Model)模型在结构基础部位分别设置与基础水平位移和转动有关的水平弹簧和转动弹簧的较为简单的计算模型,主要用于了解土-结动力相互作用对上部结构地震反应的影响。该模型基础处的输入地震动即为自由场地表面的加速度反应。为提高该模型高振型的分析精度,可将水平、转动弹簧刚度作为频率的函数,将部分地基土作为参振质量加到基础上予以考虑。该模型虽然应用了叠加原理,但场地土只能在线性范围内考虑。由于该模型简单、实用,仍不失为一种有效方法。有限元模型上部结构为梁元组成的框架,质量集中在各个节点。结构下地基土部分采用平面应变单元,其左右两侧用能量传递边界反应地震能量向自由场地的逸散效果；面外用附加粘性边界模拟场地土的三次元效果,地面为刚性边界。地震动可在自由场地任一深度处输

入。将土单元底部边界改用粘性边界(奥田光男、Ｔ．Ｋ．Ｕｄａｋａ、多田和美等)可减少土层计算深度,节省计算单元。该模型适用于复杂的结构形式和场地条件,有利于处理不规则的场问题及非线性问题,且有较好的解的稳定性和收敛性。但要求计算机的容量大,消耗机时多,输入数据准备工作量大。边界子结构模型单元划分与有限元法相似,该方法将上部结构与地基在基础面处分为两个子结构,分别研究其反应,利用边界连续条件将两个子结构在它们的接触面处联系起来。早期对土-结动力相互作用的研究大多采用此法,目前该方法已能应用于三维地震动输入下的结构地震反应分析。子结构模型在频域可方便地用于阻抗函数法,处理线性地震反应分析；在时域可用于线性和非线性地震反应分析。除边界子结构模型外,还有连续子结构和体积子结构法。该方法可节省一半的计算机内存空间,计算速度较前述有限元法明显提高。但其输入数据准备工作量仍较大。

2.4 土结相互作用的分析方法

土—结相互作用在分析方法上可以分为频域和时域，在结构划分上可以划分为全结构、子结构(连续、边界、体积)和混合结构。在８０年代，大多数研究者采用频域方法。因为在频域分析中可以方便地考虑与频率有关的地基阻抗函数，将结构与土壤划分为两个子结构，分别研究其反应；透射边界是频率的函数；快速傅立叶变换（FFT）的出现，频域计算的障碍已不复存在。对于线性体系来说，依叠加原理，其频域阻抗解与时域解是等价的。但对非线性体系，频域阻抗方法是不能求解的，此时，只有时域方法才可求解。土—结动力相互作用问题存在两种非线性效应，一种是由于土性的非线性引起的物理非线性；一种是由于基础与周围土体之间局部脱离接触所造成的几何非线性；频域阻抗方法对土—结动力相互作用体系非线性地震反应分析无能为力。研究土—结动力相互作用非线性地震反应分析问题只有借助时域方法才可以求解。对土—结动力相互作用分析方法，Lysmer（1978）、Idrissandkennedy（1980）、Luco（1982）、林皋(1991)、雄建国(1992)等作了较好的总结评述。考虑土介质非线性的土—结动力相互作用分析，主要方法有完全有限元、近场采用非线性有限元而远场采用线性有限元的混合单元法以及时域中的子结构法(Wolf，1986)。后两种方法隐含非线性主要发生在近场。这与等效线性化法中认为自由场运动中的非线性是主要的、土—结动力相互作用引起的非线性效应是次要的的观点恰好相反。

在描述土的非线性时，较多采用的非线性模型有弹—塑性模型，如双线性模型、双曲线模型、多(双)屈服面模型、有效应力模型；等价非线性粘—弹性模型；给定恢复力特性表达式的模型，如Hardin-Drnevich（1972）模型、Ramberg-Osgood （1973）模型等。对土—结动力相互作用几何非线性问题的分析处理方法主要有以下三种：有限元法，在土—结动力相互作用体系有限元分析模型中的土—结交界面处加设具有可反映滑移、脱离和粘合的非线性特性的界面单元。Ghabousi（1973）、Desai（1976）在Goodman等的岩石节理单元的基础上提出土—结动力相互作用分析的界面单元；Wolf（1977）、Isenberg等（1987）和Toki（1981）、赵振东与Toki等（1990）取得了在引入界面单元后的非线性有限元动力分析结果。非线性ＳＲ模型，由于基础与土的有效接触面随时间不断变化，因此在ＳＲ模型中的弹簧刚度和阻尼是非线性的。雄建国通过取弹簧刚度和阻尼表达式中的土的剪切模量为有效接触比的函数来近似考虑土性的非线性发展了ＳＲ模型。离散单元法，该方法于1987年由Cundall为分析岩体性状所提出。

2．5 小结

土结相互作用问题包括运动相互作用和惯性相互作用两个方面。在80年代以前，土结相互作用主要是线性分析，可以在时域与频域内得到求解。随着计算机技术的飞速发展，土结相互作用也由线性过渡到非线性。

3 结构抗震设计规范评价

目前，我国有六种结构抗震设计规范，均是1989年制定的规范，即《建筑抗震设计规范》，《构筑物抗震设计规范》，《公路工程抗震设计规范》，《铁路工程抗震设计规范》，《水工建筑物抗震设计规范》，《核电厂抗震设计规范》。

我国抗震规范的制定有几个代表性的版本。1959年的第一个草案参考了前苏联1957年版本，但是1964年的草案作了重大的改变，增加了我们自己的研究成果，其中包括：废除一些过于繁琐的构造细则的规定；废除场地烈度的方式，采用调整反应谱而不是调烈度来考虑场地条件影响的方式；将设计加速度系数分解为结构系数与峰值加速度系数。1974年的正式规范继承了1964年规范草案的这些优点，并作了液化判别与非发震断层附件的

设计烈度不变等重大修改。1978年规范继续上版的优点，并补充了对结构抗震有效的构造措施。1989年规范又一次作了许多重大的修改。其中，1974年规范及1989年规范是我国特色的好规范，是当时国际先进甚至领先的规范。

3.1 地震规范中关于烈度的评价

虽然我国现行地震规范属于国际先进行列，但采用烈度的规定是落后的，国际趋势越来越明显地在抗震设计规范中舍弃地震宏观烈度这个概念而直接采用地震动加速度与反应谱。地震烈度这个概念因为人们需要了解地震时震害轻重和地震强弱的分布情况而提出的。它是地震时包括震害在内的多种宏观地震现象的总和。地震烈度是用地震烈度表定义的。所以烈度不是一个物理量，而是一个宏观的、综合的、粗略的等级。并且国际上几十年的强震观测资料已经充分说明，烈度相差一度，最大加速度相差约一倍。这一结果表明，加速度最大值仅仅是影响烈度的因素之一。除了加速度之外，震级还在通过其他地震动参数独立地影响着烈度。故当抗震理论要求考虑多个独立的地震动因素时，以简单和综合为目的的烈度概念就与这种工程要求有了根本的矛盾。

3.2 地震规范中关于场地评定方法的评价

我国抗震设计规范中采用的场地评定方法主要有两种，一是场地分类法，另一种是场地指数法。前者是把场地影响按照场地分类指标划分成若干场地类别，故确定的地震荷载是不连续的、跳跃变化的。后者是一种模糊推论的综合评判方法导出的场地指数表示的，地震反应谱是用场地指数的函数形式表示的连续谱，因而克服了场地分类跳跃变化的不合理性。

在选用场地指标时，最好是根据大量强震观测资料选取对地震动特性有主要影响的土层物理参数作为指标。但是，由于缺乏足够的观测记录和观测台址的场地资料，这种途径目前尚难实现。不过，我们可以利用大量的震害资料寻求能与震害相

关的场地参数作为指标，场地指数就是其中一个。场地指数法评定场地主要考虑两种因素即覆盖土层的刚度和厚度，能较好地代表场地土层的综合性能。在一般情况下，由场地指数法确定的反应谱与场地分类法基本一致。但是，在场地参数处在分类界限附近时，其差别较大，这时按场地指数法确定的结果较合理。与场地分类法相比，场地指数法确定的反应谱更接近于土层地震反应计算的结果。综上所述，在场地评定中，场地指数法要比以往规范中的场地分类法更具有合理性和适用性。

3.3 小结

从总体上看，我国的结构抗震设计规范比较符合我国的基本国情，在国际上处于先进行列。但是规范中也存在着一些不足的地方，比如地震烈度概念的陈旧，而需直接用地震动加速度和反应谱来代替；另外，场地评定的方法也有待完善，场地指数法应该更胜过场地分类法；在规范中液化判别规

定也存在一些分歧。

4 结语

本文主要针对结构线性和非线性地震反应分析方法中反应谱理论和时程反应分析法进行了介绍，并对它们的优缺点进行了分析；同时对地震中土结相互作用这一长期备受关注的话题进行了解释，介绍了该问题研究的历史以及发展过程，进一步的阐述了常见的分析方法；对于我国的抗震设计规范，本文简单介绍了我国抗震规范制定的历程，对抗震规范中值得争议的地方进行了评价。

参考文献：

[1]胡聿贤.地震工程学[M].北京：地震出版社，

1988.

[2]胡聿贤.地震工程学[M].河北教育出版社，2000.

工程结构抗震题目及答案

填空题（每空1分，共20分） 1、地震波包括在地球内部传播的体波和只限于在地球表面传播的面波，其中体波包括纵波（P）波和横（S）波，而面波分为瑞雷波和洛夫波，对建筑物和地表的破坏主要以面波为主。 2、场地类别根据等效剪切波波速和场地覆土层厚度共划分为IV类。3．我国采用按建筑物重要性分类和三水准设防、二阶段设计的基本思想，指导抗震设计规范的确定。其中三水准设防的目标是小震不坏，中震可修和大震不倒4、在用底部剪力法计算多层结构的水平地震作用时，对于T1>1.4T g时，在结构顶部附加ΔF n，其目的是考虑高振型的影响。 5、钢筋混凝土房屋应根据烈度、建筑物的类型和高度采用不同的 抗震等级，并应符合相应的计算和构造措施要求。 6、地震系数k表示地面运动的最大加速度与重力加速度之比；动力系数 是单质点最大绝对加速度与地面最大加速度的比值。 7、在振型分解反应谱法中，根据统计和地震资料分析，对于各振型所产生的地震作用效应，可近似地采用平方和开平方的组合方法来确定。 名词解释（每小题3分，共15分） 1、地震烈度： 指某一地区的地面和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。 2、抗震设防烈度： 一个地区作为抗震设防依据的地震烈度，应按国家规定权限审批或颁发的文件（图件）执行。 3、反应谱： 地震动反应谱是指单自由度弹性体系在一定的地震动作用和阻尼比下，最大地震反应与结构自振周期的关系曲线。 4、重力荷载代表值： 结构抗震设计时的基本代表值，是结构自重（永久荷载）和有关可变荷载的组合值之和。 5 强柱弱梁： 结构设计时希望梁先于柱发生破坏，塑性铰先发生在梁端，而不是在柱端。 三简答题（每小题6分，共30分） 1.简述地基液化的概念及其影响因素。 地震时饱和粉土和砂土颗粒在振动结构趋于压密，颗粒间孔隙水压力急剧增加，当其上升至与土颗粒所受正压应力接近或相等时，土颗粒间因摩擦产生的抗剪能力消失，土颗粒像液体一样处于悬浮状态，形成液化现象。其影响因素主要包括土质的地质年代、土的密实度和黏粒含量、土层埋深和地下水位深度、地震烈度和持续时间 2.简述两阶段抗震设计方法。？

5平地震作用下框架结构的位移和内力计算

第五章 横向地震作用下框架结构的位移和内力 5.1横向框架自振周期的计算 结构自震周期采用经验公式： 552.08.159.22035.022.0035.022.03 1=?+=?+=B H T s 5.2水平地震作用及楼层地震剪力的计算. 本办公楼楼的高度不超过40m ，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切变形为主，故可采用底部剪力法计算用。 结构等效总重力荷载为： kN 39485) 8259482825066(85.085.0eq =+?+?==∑i G G 兰州市，抗震设防烈度8度，设计基本地震加速度0.10g ，多遇地震下 08.0max =α。设计地震分组第一组，二类场地，场地特征周期为0.35s 053 .008 .01)55 .0035( )( 9 .0max 2g 1=??==αηαγT T 结构总水平地震作用标准值： kN 213839485 053.0eq 1Ek =?==G F α 因为：s 53.01=T >s 49.035.04.14.1g =?=T ，所以应考虑顶部附加水平地震作用。又因为：s 35.0g =T ≤0.35s ，故顶部附加地震作用系数为： 1142.007 .055.008.007.008.016=+?=+=T δ 顶部附加水平地震作用为： kN 24221381142.0Ek 66=?==?F F δ 各质点横向水平地震作用按下式计算：

()6Ek 6 1 1δ-= ∑=F H G H G F j j j i i i (=i 1，2， (6) 地震作用下各楼层水平地震层间剪力为： ∑==n i j j i F V (i ＝1，2， (6) 各质点的横向水平地震作用及楼层地震剪力计算见表12。 表5—1 楼层地震剪力计算表 图5-1水平地震作用分布图 图5-2楼层地震剪力剪力分布图

桥梁抗风抗震复习资料

第一讲 1、《中华人民共和国防震减灾法》的主要内容是什么？ 答：主要内容包括：1.《防震减灾法》的立法目的2.《防震减灾法》的调整对象及适用范围3.防震减灾工作方针4.对各级人民政府的基本要求。5.政府各部门在防震减灾工作中的职责6.单位和个人的义务7.群测群防工作8.依靠科学进步提高防震减灾工作水平9.提高政府领导防震减灾工作能力10.提升地震监测能力和社会服务职能11.提高建设工程的抗震设防水平12.提高社会的非工程性地震预防能力13.及时完善地震应急救援等相关规定。 2、地震引起的地表破坏现象有哪几种？ 答：1.地表断裂 2.滑坡 3.砂土液化 4.软土震陷 3、工程结构主要有哪些震害现象？ 答：建筑结构软弱层机制破坏、钢筋混凝土柱压弯破坏和剪切破坏、梁柱节点破坏、框架填充墙剪切破坏、桥梁结构落梁、整体或部分倒塌、钢筋混凝土桥墩压弯破坏和剪切破坏、桥梁碰撞、节点破坏、现代斜拉桥震害现象等。 4、近年来结构震害的主要经验教训是什么？ 答：⑴结构抗震设防应采用性能设计原则。即在综合考虑工程造价、结构遭遇地震作用水平、结构的重要性、耐久性和修复费用等因素下，定义结构允许的损坏程度（性能）。 ⑵结构抗震设计应同时考虑强度和延性，尤其注重提高结构整体及延性构件的延性能力。 ⑶重视采用减隔震的设计技术，以提高结构的抗震性能。 ⑷对体系复杂的结构，强调进行空间非线性动力时程分析的必要性。 ⑸对桥梁结构，应重视支座的作用及其设计，同时开发更有效的防落梁装置。 ⑹充分认识到按早期规范设计的旧结构的地震易损性，认识到对重要的旧结构进行抗震加固的紧迫性和必要性。 ⑺充分认识到城市生命线工程遭受地震破坏可能导致的严重社会后果，认识到保证城市生命线工程抗震安全性的意义。 ⑻充分认识到，地震区的一切新建工程都都必须严格按照国家颁布的抗震设计规范进行设防，为此而增加一些基建投资是值得的和必要的。 第二讲 1、构造地震的成因是什么？ 答：构造地震主要是由于断层的错动而造成的。自板块构造学说提出后，人们已广泛接受这样的观点：断层错动是由全球性的大规模板块构造运动所造成的。可以说，板块构造运动是构造地震发生的宏观背景，而断层错动则是构造地震发生的局部机制。 2、什么是地震动的特性及其三要素？ 答：特性：地震动是以运动方式出现。地震动是迅速变化的随机振动，地震动的这一特点，导致了抗震设计对地震作用峰值的关注。地震动对结构的作用效应与结构的动力特性和变形反应有关。地震动具有更大的不确定性，这使得抗震设计不能完全依靠强度安全储备。 三要素：地震动的幅值（最大振幅或叫峰值）、频谱（波形）和持续时间（简称持时）， 3、什么是地震安全性评价？ 答：地震安全性评价是指对具体建设工程场址及其周围地区的地震地质条件、地

工程结构抗震选择填空

一.选择题（每题1.5分，共21分。只有一个选择是正确的，请填在括号中） 1.实际地震烈度与下列何种因素有关？( B ) A.建筑物类型 B.离震中的距离 C.行政区划 D.城市大小 2.基底剪力法计算水平地震作用可用于下列何种建筑? ( C ) A.40米以上的高层建筑 B.自振周期T1很长(T1>4s)的高层建筑 C. 垂直方向质量、刚度分布均匀的多层建筑 D. 平面上质量、刚度有较大偏心的多高层建筑 3.地震系数k与下列何种因素有关？(A ) A.地震基本烈度 B.场地卓越周期 C.场地土类别 D.结构基本周期 5.框架结构考虑填充墙刚度时,T1与水平弹性地震作用F e有何变化?( A ) A.T1↓,F e↑ B.T1↑,F e↑ C.T1↑,F e↓ D.T1↓,F e↓ 6．抗震设防区框架结构布置时，梁中线与柱中线之间的偏心距不宜大于（A ）A．柱宽的1/4 B．柱宽的1/8 C．梁宽的1/4 D．梁宽的1/8 7. 土质条件对地震反应谱的影响很大，土质越松软，加速度谱曲线表现为（A ） A．谱曲线峰值右移B．谱曲线峰值左移 C．谱曲线峰值增大D．谱曲线峰值降低 8.为保证结构“大震不倒”，要求结构具有 C A.较大的初始刚度 B.较高的截面承载能力 C.较好的延性 D.较小的自振周期T1 9、楼层屈服强度系数 沿高度分布比较均匀的结构，薄弱层的位置为（D ） A.最顶层 B.中间楼层 C. 第二层 D. 底层 10.多层砖房抗侧力墙体的楼层水平地震剪力分配 B A.与楼盖刚度无关 B.与楼盖刚度有关 C.仅与墙体刚度有关 D.仅与墙体质量有关 11.场地特征周期T g与下列何种因素有关?( C ) A.地震烈度 B.建筑物等级 C.场地覆盖层厚度 D.场地大小

工程结构抗震学习指南试卷

工程结构抗震-学习指南 .一、名词解释 1．地震震级： 2．地震烈度： 3．震中烈度： 4．地震烈度： 5．特大地震： 6．震中烈度： 7．地震作用： 8．抗震概念设计： 9．场地覆盖层厚度： 10．场地土的卓越周期： 11．“三水准” ： 12．抗震构造措施： 13．双共振现象： 14．隔震设计： 15．消能减震设计： 二、选择题 1.地震是（）的结果。 A. 地球内部构造运动 B. 地下水过度开采 C. 天气突然变化 D．不确定 2.地震引起的直接灾害是（）。 A.建筑物倒塌、火灾、瘟疫 B.地面变形、建筑物倒塌、管道断裂 C.洪水、火灾、气候异常 D.不确定 3.我国的自然灾害，造成死亡人数最多的是（）。

Ａ．洪水 Ｂ．雪灾 Ｃ．地震 D．不确定 4.地震对某一地区的影响和破坏程度称地震烈度，简称为烈度。下面不是影响烈度的因素是（）。 A、震级 B、震中距 C、基础埋深 D、地质构造 5. 世界上最主要的两大地震带是（）。 A、环太平洋地震带、欧亚地震带 B、欧亚地震带、海岭地震带 C、海岭地震带、台湾地震带 D、台湾地震带、环太平洋地震带 6．在抗震设计的第一阶段，（） A．计算结构构件的承载能力 B．验算结构的弹塑性变形 C．采用大震作用效应 D．验算是否满足“大震不倒”的要求 7．下列叙述中，错误 ．．的是（） A．一次地震有多个烈度 B．一次地震有多个震级 C．地震震级是衡量一次地震所释放能量大小的尺度 D．震源在地面上的垂直投影点，称为震中 8.地球上天天都有地震发生，而且多到一天就要发生一万多次，一年约有五百万 次。其中能造成破坏的约有一千次。一般情况下，（）以上才感觉，称为有感地震。 A、2级

建筑结构抗震设计课后习题答案

武汉理工大学《建筑结构抗震设计》复试 第1章绪论 1、震级和烈度有什么区别和联系？ 震级是表示地震大小的一种度量，只跟地震释放能量的多少有关，而烈度则表示某一区域的地表和建筑物受一次地震影响的平均强烈的程度。烈度不仅跟震级有关，同时还跟震源深度、距离震中的远近以及地震波通过的介质条件等多种因素有关。一次地震只有一个震级，但不同的地点有不同的烈度。 2.如何考虑不同类型建筑的抗震设防？ 规范将建筑物按其用途分为四类： 甲类（特殊设防类）、乙类（重点设防类）、丙类（标准设防类）、丁类（适度设防类）。 1 ）标准设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用，达到在遭遇高于当地抗震设防烈度的预估罕遇地震影响时不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏的抗震设防目标。 2 ）重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施；地基基础的抗震措施，应符合有关规定。同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。 3 ）特殊设防类，应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施。同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用。 4 ）适度设防类，允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低其抗震措施，但抗震设防烈度为6度时不应降低。一般情况下，仍应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。 3.怎样理解小震、中震与大震？ 小震就是发生机会较多的地震，50年年限，被超越概率为63.2%； 中震，10%；大震是罕遇的地震，2%。 4、概念设计、抗震计算、构造措施三者之间的关系？ 建筑抗震设计包括三个层次：概念设计、抗震计算、构造措施。概念设计在总体上把握抗震设计的基本原则；抗震计算为建筑抗震设计提供定量手段；构造措施则可以在保证结构整体性、加强局部薄弱环节等意义上保证抗震计算结果的有效性。他们是一个不可割裂的整体。 5.试讨论结构延性与结构抗震的内在联系。 延性设计：通过适当控制结构物的刚度与强度，使结构构件在强烈地震时进入非弹性状态后仍具有较大的延性，从而可以通过塑性变形吸收更多地震输入能量，使结构物至少保证至少“坏而不倒”。延性越好,抗震越好.在设计中，可以通过构造措施和耗能手段来增强结构与构件的延性，提高抗震性能。 第2章场地与地基 1、场地土的固有周期和地震动的卓越周期有何区别和联系？ 由于地震动的周期成分很多，而仅与场地固有周期T接近的周期成分被较大的放大，因此场地固有周期T也将是地面运动的主要周期，称之为地震动的卓越周期。 2、为什么地基的抗震承载力大于静承载力？ 地震作用下只考虑地基土的弹性变形而不考虑永久变形。地震作用仅是附加于原有静荷载上

地震作用与结构周期之间联系思考

地震作用与结构周期之间联系思考 从地震影响系数与结构周期的关系及底部剪力法来看,结构周期越长,在结构产生的地震作用就越小；但从振型分解法可只取前面数个振型来计算地震作用及振型是按结构周期从大到小排列来看,似乎给人的感觉又是结构周期越长,在结构产生的地震作用就越大.你如何看待？ 重申一下反应谱意义,反应谱是具有不同动力特性的结构对一个地震动过程的动力最大反应的结果,反应谱曲线不反映具体的结构特性,只反映地震动特性（地震动过程不同成分频率含量的相对关系）,是地震动特性与结构动力反应的“桥梁”. 由地震加速度反应谱可计算单自由度体系水平地震作用：F=mSa(T),然而实际地震动无法预知,可谓千奇百怪,为了便于设计规范给出了加速度设计反应谱,该谱为地震系数（地震烈度与地面地震动加速度关系）与动力放大系数（结构最大加速度与地面最大加速度之比,正规化的反应谱）的乘积值,在特定的结构阻尼比下,依据场地、震中距将地震动分类,计算动力放大系数取平均后平滑处理即得设计反应谱. 底部剪力法是简化算法,针对地震反应可用第一振型（呈线性倒三角形）表征的结构,即地震影响系数与振型参与系数（其中的水平相对位移可用质点高度代替）假定只有一个,可对应于振型分解反应谱法中的第一振型.当两结构的基本周期不一致时,在“总质量一致”的条件下,周期大者地震影响系

数有减小的趋势（不一定减小,取决于基本周期大小）,总水平地震剪力有减少的趋势,而各层处的水平地震作用不一定减小,除非结构满足“层高一致、质量分布一致”的条件.综上,底部剪力法是一种近似计算方法,两结构在总质量一致的条件下,周期大者总地震作用近似有减小的趋势（不一定减小,取决于基本周期范围）,严格来讲未必,实际上规范的0.85与层质量、层高有关系. 相对于底部剪力法,振型分解反应谱法计算地震反应精度较高,将多自由度体系解耦为广义单自由度体系,实质上是按结构的振型将地震作用进行分解,求解分解地震作用下单位质量的反应,然后再依据振型规则将反应叠加为结构总反应.每一振型对应于一个振型周期,由于低振型>高振型,前振型周期所对应的地震影响系数（反应谱值）有减小的趋势,但每一振型下的各层的地震作用还与振型参与系数（反映了本振型在单位质量地震作用中所占的分量）、各层对应的振型向量值（取决于结构质量与刚度的分布）并不是所有层均是第一振型下值大）及本层质量有关.结构的总地震反应（注意是所有质点地震反应的代数和）以低阶振型反应为主,高阶振型反应对结构总地震反应的贡献较小,这一点毋庸置疑,振型各层地震作用具有方向性,总地震反应代数相加,低阶振型与0线交点要少于高阶振型,即同一结构下低阶总地震反应要大于高阶,即使反应谱值小,而各层地震作用则不一定,取决于质量与刚度的分布.

桥梁专业设计技术规定 第八章 桥梁震动及抗震

8 桥梁振动及抗震 8.1结构抗震体系 8.1.1结构应具有合理的地震作用传力途径和明确的计算简图。结构除了具有必要的承载能力以外，还应具有良好的变形能力和耗能能力，以保证结构的延性性能。 8.1.2结构的质量和刚度应均匀分布，避免因质量和刚度突变而造成地震时结构各部分相对变形过大。对于质量和刚度变化较大的部位，应采取有效措施予以加强。 8.1.3结构基础应建造在坚硬的地基上，尽可能避开活断层及地质条件不好的地基。当结构必须建造在软土地基或可能液化的地基上时，应对地基进行处理。 8.1.4上部结构应尽量采取连续的形式。当上部结构与下部结构之间的支座允许上部结构平动时，必须保证支承面宽度并采取相应的限位措施，防止落梁的发生。 8.1.5确定墩柱的截面尺寸时应避免墩柱的轴压比（墩柱所承受的轴向压力与抗压极限承载力之比）过大，以保证墩柱截面的延性性能。 8.1.6对于多跨连续结构，各中墩柱的截面尺寸和高度应使各柱的纵桥向刚度和横桥向刚度基本相同。跨径相差较大时，应考虑上部结构质量对横桥向频率的影响。对于地面高差较大的地形，可通过下挖地面来调整墩柱的高度。 8.1.7对于大跨度桥梁，应结合桥位处的地质条件和地震动特性等具体情况，对各种结构体系进行分析研究，选择抗震性能较好的结构体系。 8.2地震反应计算 8.2.1工程设计项目应按《地震安全性评价管理条例》（国务院令第323号）及各地方相应管理办法，要求业主对相应区域进行地震危险性分析，

并根据地震危险性分析进行结构的地震反应计算。在桥梁建设中尽量避开具有危险性的活动地震断层。活动性地震断层附近桥梁的地震反应计算要特别注意地面位移对结构的影响。按“条例”不需进行地震安全性评价的一般性工程，应按照《中国地震动参数区划图》（GB18306-xx）规定的设防要求进行抗震设防。 8.2.2应根据工程的重要性等级、场地的地质条件和地震烈度、结构的自振特性等情况，按照规范用反应谱方法进行结构的地震反应计算。对于大跨度桥梁，还应进行时程反应分析，并考虑地震动的空间不均匀性。 8.2.3对于地震作用的计算，应按公路桥梁相关规范执行，城市桥梁应根据道路等级和桥梁的重要性，按表8.1进行重要性系数修正。 表8.1 城市桥梁重要性修正系数Ci 考虑地震引起的位移，避免结构因位移过大而导致非强度破坏。 8.2.5对大跨度桥梁进行地震反应计算时，由于高阶振型的影响较大，必须计算足够多的振型。 8.2.6采用减震措施设计时，应结合具体桥型进行动力时程分析。 8.3构件抗震设计和抗震构造措施 8.3.1 应搜集桥位处地震基本烈度、地质构造、地震活动情况、工程地质及水文地质条件，并根据地震基本烈度及桥梁重要性等级采取相应的

工程结构抗震习题答案

工程结构抗震习题答案 一、填空题 1．地震按其成因可划分为（火山地震）、（陷落地震）、（构造地震） 和（诱发地震）四种类型。 2．地震按地震序列可划分为（孤立型地震）、（主震型地震）和（震 群型地震）。 3．地震按震源深浅不同可分为（浅源地震）、（中源地震）、（深源地 震）。 4．地震波可分为（体波）和（面波）。 5．体波包括（纵波）和（横波）。 6．纵波的传播速度比横波的传播速度（快）。 7．造成建筑物和地表的破坏主要以（面波）为主。 8．地震强度通常用（震级）和（烈度）等反映。 9．震级相差一级，能量就要相差（32）倍之多。P5 10．一般来说，离震中愈近，地震影响愈（大），地震烈度愈（高）。11．建筑的设计特征周期应根据其所在地的（设计地震分组）和（场地类别） 来确定。 12．设计地震分组共分（三）组，用以体现（震级）和（震中距）的影响。 13．抗震设防的依据是（抗震设防烈度）。 14．关于构造地震的成因主要有（断层说）和（板块构造说）。15．地震现象表明，纵波使建筑物产生（垂直振动），剪切波使建筑物产生（水平振动），而面波使建筑物既产生（垂直振动）又产生（水平振动）。 16．面波分为（瑞雷波 R波）和（洛夫波 L波）。 17．根据建筑使用功能的重要性，按其受地震破坏时产生的后果，将建筑分为 （甲类）、（乙类）、（丙类）、（丁类）四个抗震设防类别。 18．《规范》按场地上建筑物的震害轻重程度把建筑场地划分为对建筑抗震（有利）、（不利）和（危险）的地段。 19．我国《抗震规范》指出建筑场地类别应根据（等效剪切波速）和（覆盖层 厚度）划分为四类。 20．饱和砂土液化的判别分分为两步进行，即（初步判别）和（标准贯入度试 验判别）。 21.可液化地基的抗震措施有（选择合适的基础埋置深度）、（调整基础底面积， 减小基础偏心）和（加强基础的整体性和刚度）。详见书P17 22．场地液化的危害程度通过（液化等级）来反映。 23．场地的液化等级根据（液化指数）来划分。 24．桩基的抗震验算包括（非液化土中低承台桩基抗震验算）和（液化土层的 低承台桩基抗震验算）两大类。 25．目前，工程中求解结构地震反应的方法大致可分为两种，即（底部剪力法）和（振型分解反应谱法）。 26．工程中求解自振频率和振型的近似方法有（能量法）、（折算质量法）、（顶点位移法）、（矩阵迭代法）。

地震工程学心得体会

精心整理《地震工程学》课程总结? 1.对所学内容的综述? 1.1结构地震反应分析的方法? 结构地震反应分析的方法很多，下面主要介绍反应谱理论和时程反应分析法? 绍。 也并不是一次地震动作用下的反应谱，而是不同地震反应的包线。 1.1.2?? 时程分析法? 时程分析法又称作动态分析法。它是将地震波段按时段进行数值化后，输入结构体系的振动微分方程，采用逐步积分法进行结构弹塑性动力反应分析，计算出结构在整个强震时域中的振动状态过程，给出各个时刻各杆件的内力和变形以及各杆

件出现塑性铰的顺序。? 时程分析法计算地震反应需要输入地震动参数，该参数具有概率含义的加速度时程曲线、结构和构件的动力模型考虑了结构的非线性恢复力特性，更接近实际情况，因而时程分析方法具有很多优点。它全面地考虑了强震三要素；比较确切地、具体地和细致地给出了结构弹塑性地震反应。? 1.1.3地震信号频域分析? ???? X(f）， 1.2? 1.2.1 （1) ??(2 （3 ?（4 性和有效性；? ?? （5）验证抗震理论、结构地震反应分析方法、结构振动控制算法等的可靠性和适用性。? 1.2.2? 结构抗震试验的实施程序? ??

（1）确定研究目标和试验方法，含试验目的、试验设备和试件的采用、需要测量的物理量等；? ?? （2）荷载施加，含与试验设备相关的荷载施加方式和加载规则等；? ?（3）测点布置和数据采集，含各类传感器和数采设备的采用、测点数量的选择；? ??（4）数据分析，含测试数据的常规处理和特殊分析。? （1 ? （2 ????旨在 （3 ?? 入下结构或构件的地震反应，研究和验证结构地震破坏机理、破坏特征、抗震能力和抗震薄弱环节。 ?（4）振动台试验? ?????振动台试验是利用振动台装置进行的结构强迫振动试验，是地震工程研究中最重要的实验手段之一。?

(整理)地震作用下框架内力和侧移计算.

6 地震作用下框架内力和侧移计算 6.1刚度比计算 刚度比是指结构竖向不同楼层的侧向刚度的比值。为限制结构竖向布置的不规则性，避免结构刚度沿竖向突变，形成薄弱层。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第3.4.2条规定：抗侧力构件的平面布置宜规则对称、侧向刚度沿竖向宜均匀变化、竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小、避免侧向刚度和承载力突变。 根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.5.2条规定：对框架结构，楼层与其相邻上层的侧向刚度比计的比值不宜小于0.7，且与相邻上部三层刚度平均值的比值不宜小于0.8。计算刚度比时，要假设楼板在平面内刚度无限大，即刚性楼板假定。 7.0939.0/1136076/10669082 11 >== = ∑∑mm N mm N D D γ，满足规范要求； ()8.0939.0/113607611360761136076/1066908334 321 2>=++?=++=∑∑∑∑mm N mm N D D D D γ，满 足规范要求。 依据上述计算结果可知：刚度比满足要求，所以无竖向突变，无薄弱层，结构竖向规则，故可不考虑竖向地震作用。将上述不同情况下同层框架柱侧移刚度相加，框架各层层间侧移刚度∑i D ，见表6-4。 表5-4框架各层层间侧移刚度 楼层 1层 2层 3层 4层 5层 6层 突出屋面层 ∑i D 1066908 1136076 1136076 1136076 1136076 1136076 258396 6.2水平地震作用下的侧移计算 根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）附录C 中第C.0.2条可知：对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构、框架剪力墙结构和剪力墙结构，其基本周期可按公式6-1计算。 T T T μψ7.11= (6-1) 式中:1T ——框架的基本自振周期； T μ——计算结构基本自振周期的结构顶点假想位移，单位为m ； T ψ——基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数。

桥梁抗风与抗震

桥梁抗风与抗震 1.桥梁抗震 1.1桥梁的震害及破坏机理 调查与分析桥梁的震害及其破坏机理是建立正确的抗震设计方法，采取有效抗震措施的科学依据。 国内外学者对桥梁震害的调查研究结果表明，桥梁震害主要表现为： (1)上部结构的破坏：桥梁上部结构本身遭受震害而被毁坏的情形不多，一般都是由于桥梁结构的其他部位的毁坏而引起的。如落梁，一种是由于弹性设计理论采用毛截面刚度，这样就会低估横向地震作用和位移。导致活动节点处所设置的支座长度明显不足以及相邻梁体之间因横向距离不足而引起的相互冲击，造成落梁及相邻结构的撞击破坏；另外一种是由于地基土的作用造成大的地震位移，这种桥梁震害主要发生在建在软土或者可能液化的地基土上的桥梁上。软土通常会使结构的振动反应放大，使得落梁的可能性增加。 (2)支座连接部位的破坏：这中破坏比较常见，由于连接部位的破坏会引起力传递方式的变化，从而对结构其他部位的抗震产生影响，进一步加重震害。这种破坏是抗震设计中最关注的问题之一。 (3)下部结构和基础的破坏：下部结构和基础的严重破坏是引起桥梁倒塌，并在震后难以修复使用的主要原因。除了地基毁坏的情况，桥梁墩台和基础的震害是由于受到较大的水平地震力，瞬时反复振动在相对薄弱的截面产生破坏而引起的，从大量震害实例来看，比较高柔的桥墩多为弯曲破坏，矮粗的桥墩多为剪切型破坏，介于两者之间的为混合型。地基破坏主要表现为砂土液化，地基失效，基础沉降和不均匀沉降破坏及由于其上承载力和稳定性不够，导致地面产生大变形，地层发生水平滑移，下沉，断裂。 (4)桥台沉陷，当地震加速度作用时，由于桥台填土与桥台是不完全固结的，桥台填土的纵向土压力增大，桥梁与桥台之间的冲撞会产生相当大的被动土压力，造成桥台有向桥跨方向移动的趋势。由于桥面的支撑作用，桥台将发生以桥台顶端为支点的竖向旋转，导致基础破坏。如果桥台基础在液化土上，又将引起桥台垂直沉陷，最终导致桥梁破坏。 以上所介绍桥梁的几种破坏形式是相互影响的，不同的地质条件和不同的抗震措施所造成的破坏程度和类型往往是不同的。这就要求我们在桥梁设计中尤其是不规则桥梁和大跨度桥梁，必须从整体分析桥梁的抗震性能。 1.2抗震分析理论

城市桥梁地震反应中防碰撞措施分析

Indust rial Const ruct ion V ol.37,Supplement,2007 工业建筑 2007年第37卷增刊 城市桥梁地震反应中防碰撞措施分析 孙 立 霍立飞 (北京中交桥宇科技有限公司 北京 100011) 摘 要:在地震过程中城市桥梁上部相邻结构的碰撞,不仅使结构受损,甚至发生倒塌,这是地震工程研究领域一个关键而又难以解决的问题。给出各国规范对于落梁防止装置的规定,通过对工程实践中常采用的防碰撞措施进行分析,改进了常用的拉杆装置、落梁防止装置的设计方法,给出了简化的计算方法,可以更好的应用到工程实践中。 关键词:碰撞 桥梁 地震反应 POUNDING EFFEC TS IN ELEVATED BRIDGES DURING EARTHQUAKES Sun L i H uo L ifei (Beijing Zho ng jiaoqiaoy u T echnique Co.L td Beijing 100011) Abstract:P ounding of adjacent super structur e seg ments in elev ated bridg es during sev er e earthquake can result in sig nificant str uctur al damage.T he influence o f pounding on the st ructur al respo nse is significant in t he longit udinal direction o f the bridg e and significantly depends on t he g ap size betw een superstr ucture segments.In the study,the Code for seismic desig n of building s are co mpa red and analyzed,the method fo r decreasing pounding respo nse ar e analyzed,the desig n method for pr eventing the po unding r esponse ar e amended,t he r esult can be a pplied in the bridge design w ell. Keywords:pounding elevated br idge seismic r esponse 第一作者:孙 立 男 1973年4月出生 工程师收稿日期:2007-01-10 0 前 言 地震作用下简支梁桥的碰撞对结构的地震响应具有重要的影响。结构发生碰撞后,墩底弯矩和剪力以及梁体位移都比没有碰撞的时候大很多,碰撞后的墩底弯矩有的超过了墩的屈服弯矩,使结构进入非线性状态,而且较大的碰撞力可能使梁体被撞坏,发生落梁,这些都在很大程度上改变了结构的地震响应状态。简支梁桥的梁间距提供了上部结构因温差、收缩、徐变等影响所需的伸长和缩短的距离,在地震作用下梁间距除了要满足正常情况下上部结构的伸缩长度外,还应考虑到梁发生碰撞的情况。梁间距取值较小(一般小于6cm )或者取得较大避免碰撞发生时,墩底弯矩和剪力、梁的位移以及梁体间的碰撞力都相对较小。对于简支梁桥来说,梁间距要是取值较小,就不能满足上部结构因温差、收缩、徐变等影响所需的伸长和缩短的距离,因而虽然从理论上讲缩小梁间距有利于减轻结构的碰撞响应,但是实际上并不是可取的;另一个方面,当梁间距取得足够大能避免碰撞时,墩底弯矩和剪力以及梁体 位移都趋于一个稳定的值,且比有碰撞发生时要小, 因而在理论上这也是一种减轻碰撞作用的较为有利的梁间距;但是在实际工程中,较大的梁间距对于桥梁这种结构形式并不一定可行,因为增大梁间距的同时也增大了路面的不平顺,另外从经济角度上考虑,这种一味地靠增大梁间距来避免或是减小桥梁结构的碰撞响应也是不可行的 [1] 。 1 各国规范对于落梁防止装置的规定 我国现行的 公路工程抗震设计规范 (JT J 004-89)[2](以下简称 规范 )仅在第4 4 4条、第4 4 5条和4 4 15条中极为简单地提到了应考虑防止落梁的措施。 我国 规范 对落梁防止装置的设计没有量化的规定,而国外,如美国、日本、新西兰等国都有支承宽度和落梁防止装置的设计方法。这些方法大都采用静力分析手段进行弹性设计,比较简单但不能准确 704

结构抗震课后习题答案

结构抗震课后习题答案

《建筑结构抗震设计》课后习题解答建筑结构抗震设计》第 1 章绪论 1、震级和烈度有什么区别和联系？震级是表示地震大小的一种度量，只跟地震释放能量的多少有关，而烈度则表示某一区域的地表和建筑物受一次地震影响的平均强烈的程度。烈度不仅跟震级有关，同时还跟震源深度、距离震中的远近以及地震波通过的介质条件等多种因素有关。一次地震只有一个震级，但不同的地点有不同的烈度。 2.如何考虑不同类型建筑的抗震设防？规范将建筑物按其用途分为四类：甲类（特殊设防类）、乙类（重点设防类）、丙类（标准设防类）、丁类（适度设防类）。 1 ）标准设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用，达到在遭遇高于当地抗震设防烈度的预估罕遇地震影响时不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏的抗震设防目标。 2 ）重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9 度时应按比9 度更高的要求采取抗震措施；地基基础的抗震措施，应符合有关规定。同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。 3 ）特殊设防类，应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9 度时应按比9 度更高的要求采取抗震措施。同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用。 4 ）适度设防类，允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低其抗震措施，但抗震设防烈度为 6 度时不应降低。一般情况下，仍应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。 3.怎样理解小震、中震与大震？ 小震就是发生机会较多的地震，50 年年限，被超越概率为63.2%；中震，10%；大震是罕遇的地震，2%。 4、概念设计、抗震计算、构造措施三者之间的关系？ 建筑抗震设计包括三个层次：概念设计、抗震计算、构造措施。概念设计在总体上把握抗震设计的基本原则；抗震计算为建筑抗震设计提供定量手段；构造措施则可以在保证结构整体性、加强局部薄弱环节等意义上保证抗震计算结果的有效性。他们是一个不可割裂的整体。

工程结构抗震与防灾

《工程结构抗震与防灾》考试大纲 一、命题范围和基本要求 1、结构抗震基本知识 （1）了解地震的主要类型及其成因；了解地震波的运动规律； （2）掌握震级、地震烈度、基本烈度等术语； （3）了解地震动的三大特性及其规律； （4）了解地震动的竖向分量、扭转分量及其震害现象； （5）掌握建筑抗震设防分类、抗震设防目标和两阶段抗震设计方法； （6）了解多遇地震烈度和罕遇地震烈度的确定方法； （7）了解基于性能的抗震设计的基本思想； （8）掌握建筑场地类别的划分方法； （9）掌握场地土液化的判别方法，并了解抗液化措施。 2、结构抗震计算 （1）了解地震作用的机理和计算基本原则； （2）掌握底部剪力法、振型分解反应谱法的适用范围； （3）掌握设计反应谱和地震影响系数的确定方法； （4）掌握底部剪力法、振型分解反应谱法用于地震作用和地震作用效应的计算； （5）了解时程分析法的原理和要点； （6）了解竖向地震作用的特点和计算方法； （7）掌握地震作用效应和其它荷载效应的组合、截面抗震验算、抗震变形验算的方法和计算公式。 3、结构抗震概念设计 （1）了解结构抗震设计所存在的不确定性因素； （2）掌握结构的抗震概念设计的要点。 4、混凝土结构房屋抗震设计 （1）了解钢筋混凝土结构常见的震害特点； （2）掌握结构的抗震等级的确定； （3）了解框架结构、抗震墙结构和框架－抗震墙结构的受力特点、结构布置原则、屈服机制、基础结构要求和各自适用范围； （4）掌握框架结构内力和变形的计算和验算； （5）掌握框架柱、梁和节点的抗震设计要点及相应的抗震构造措施； （6）了解框架－抗震墙结构和抗震墙结构设计要点和构造措施。 5、砌体结构房屋抗震设计 （1）了解多层砌体房屋的结构布置原则、层数、高度和高宽比的限值要求； （2）掌握多层砌体房屋抗震计算要点和抗震构造措施。 6、钢结构房屋抗震设计 （1）了解钢结构房屋的常见震害； （2）了解高层钢结构体系及其各自特点； （3）了解高层钢结构的抗震设计要点； （4）了解钢构件及其连接的工作性能和抗震设计要点； （5）了解网架的抗震设计要点。 7、建筑结构基础隔震与消能减震设计 （1）了解基础隔震体系的减震机理、工作特性和适用范围； （2）了解夹层橡胶垫的基本性能参数；

地震作用下结构相应自学报告

地震作用下结构相应自学报告运动方程 反应量 反应时程 反应谱 位移，伪速度与伪加速度反应谱 联合反应谱 反应谱应用－确定结构峰值反应 反应谱与设计反应谱

1.运动方程 图1 地面运动时结构响应示意 如图单自由度结构，在地面运动时质点处于动平衡状态，根据达朗贝尔原理，质点动平衡方程可以表示为： f I+f D+f S=0（1-1） 其中，f I为惯性力，f D为阻尼力，f S为结构给质点的弹性回复力。 在平衡关系的三项中，惯性力取决于质点的绝对加速度，而弹性回复力和阻尼力则分别取决于结构变形和变形速度，即相对变形和相对速度。因此，式（1-1）可表达为： mu t+cu+ku=0（1-2） 其中，上标t的量为绝对坐标系下的量，无上标的量为地面参考系下的量。对于加速度而言，由于地面参考系与绝对加速度没有相对转动，因此有 u t=u+u g（1-3） 其中u g为地面运动的加速度。将式（1-3）代入（1-2）并进行整理，得到一般单自由度线弹性结构在地震激励下的运动方程： u+2ζωn u+ωn2u=?u g（1-4） 2.反应量 对于工程结构在地震中的响应，我们一般关心结构在地震中的内力和变形，而对于一些振动敏感的仪器设备，还会关注该处的绝对加速度。对于给定结构，结构内力和变形取决于相对位移，同时相对速度对结构的阻尼力也起到了绝对作用。因此地震中我们应关注结构的相对量u，u和u以及绝对量u t，u t和u t。

3.反应时程 反应时程是指在一次地震中某个结构的特定物理量随时间变化的情况。在单自由度体系中，由结构的质量、刚度性质和地震动的具体输入，可以通过动力学方法计算出位移随时间的变化规律。另一方面，为了简化计算过程并且不失真实的表达结构的振动情况，使用等效静力法来计算结构的内力，这里引入了伪加速度A的概念，其量纲与加速度u相同，数值上为ωn2u，作用在质点上以为静外力对结构内力进行计算。 A=ωn2u（3-1） 4.反应谱 对于一给定地震动，我们在考察结构在该地震动下的响应时，最关心结构的最大响应，包括最大位移、最大速度和最大加速度，此时结构的最大响应只与结构的固有周期和结构的阻尼比有关。将同一阻尼比的不同周期的结构在该地震动作用下的最大位移、速度和加速度分别画在图表中，即得到该地震动的位移、速度和加速度的反应谱。反应谱的横轴为结构的固有周期，纵轴为地震动引起的结构的最大响应，即最大位移、最大速度或最大加速度，对于一特定阻尼比，一个地震动对应一组反应谱，因此，反应谱反映的是地震动的固有特性。图2直观的表现出了反应谱的含义。 图2 反应谱的直观含义 5.位移，伪速度和伪加速度反应谱

桥梁抗震构造措施

桥梁抗震的构造要求有哪些? 1．对简支梁，连续梁等梁式体系，必须设置阻止梁墩横桥向相对位移的构造，阻止梁的横向位移。 2．对悬臂梁和T型刚构除采取上述措施外，还应采取阻止上部结构与上部结构之间出现横向相对位移的构造措施。 3．对活动支座，均应采取限制其位移、防止其歪斜的措施。 4．对简支梁应采取措施防止地震中落梁，如采用螺栓连接，钢夹板连接，以及将基础置于可液化层一定深度等措施。 5．对于桩式墩和柱式墩，桩(柱)与盖梁，承台联接处的配筋不应少于桩或柱身的最大配筋。 6．对于砖石混凝土墩台，应考虑提高墩台帽与墩台本身以及基础连接处，截面突变处的抗剪强度。 7．桥台胸墙应予加强。在胸墙与梁端部之间，宜填充缓冲材料，如沥青、油毛毡等。 8．砖石、混凝土墩台和拱圈的最低砂浆强度等级应按现行《公路桥涵设计规范》的要求提高一级使用。 9．不论为梁式桥、拱桥尽量避免在不稳定的河岸修建，并应合理布置桥孔，避免将墩台布设于在地震时可能滑动的岸坡上的突变处。 10．大跨径拱桥的主拱圈，宜采用抗扭刚度较大整体性较好的断面型式，如箱形拱，板拱等。当主拱圈采用组合断面时，应加强组合截面的连接强度，对双曲拱桥应加强肋波间的连接。 11．大跨径拱桥不宜采用二铰和三铰拱。当小跨径拱桥采用二铰板拱时，应采取防止落拱构造措施。 12．砖石、混凝土腹拱的拱上建筑，除靠近墩台的腹拱采用三铰或二铰外，其余铰拱宜采用连续结构。 13．拱桥宜尽量减轻拱上建筑的重量。 14．刚性地基烈度为9度时，或非刚性地基烈度为7度时的单孔及连拱桥与端腹孔，均应采取防止落拱构造，包括加长拱座斜面，设置防落牛腿以及将主拱钢筋伸入墩台帽内。 桥梁结构抗震措施 【提要：措施,抗震,结构,桥梁,】 桥梁结构抗震措施 为防止或减轻震害，提高结构抗震能力，对结构构造所作的改善和加强处理，通常称为抗震措施。各国的工程结构抗震规范对此都有明确的规定。对于桥梁结构,这些措施可归纳为:①对结构抗震的薄弱环节在构造上予以加强;②对结构各部加强整体联结;③对梁式桥，要在墩台上设置防止落梁的纵、横向挡块，以及上部结构之间的连接件;④加强桥梁支座的锚固;⑤加强墩台及基础结构的整体性，增强配筋,提高结构的延性;⑥对桥位处的不良土质应采取必要的土层加固措施;⑦须特别重视施工质量，如施工接缝处的强度保证等;⑧在重要的大桥上，必要时需采用减震消能装置，如橡胶垫块，特制的消能支座等。

桥梁抗震体系

桥梁抗震体系 内容摘要：在桥梁设计中，现行的通常做法是仅对桥粱进行简单抗震设防，桥粱结构设计工程师应努力掌握更多的结构抗震知识，提高抗震设防意识。本文分析了桥梁的震害特征和原因，阐述了桥梁抗震设计的具体原则和方法。 关键词：抗震设计；桥梁；地基与基础 一．概述 我国是世界上地震活动最为强烈的国家之一，今年5月份的四川汶川大地震造成了令人触目惊心的损失，作为结构设计工程师，必须充分认识到自己的职责所在，尽可能得利用自己掌握的专业知识，合理提高结构物的抗震能力。尽量减少地震带来的灾害。 二．桥梁的震害及特征 对国内外震害的调查表明，在过去的地震中，有许多桥梁遭受了不同程度的破坏，其主要震害有以下几点。 1．桥台震害 桥台的震害主要表现为桥台与路基一起向河心滑移，导致桩柱式桥台的桩柱倾斜、折断和开裂：霞力式桥台胸墙开裂，台体移动、下沉和转动；桥头引道沉降，翼墙损坏、开裂，施工缝错工、开裂以及因与主梁相撞而损坏。桥台的滑移与倾斜会进一步使主梁受压破坏，甚至使主梁坍毁。 2．桥墩震害 桥墩震害主要表现为桥墩沉降、倾斜、移位，墩身开裂、剪断，受压缘混凝土崩溃。钢筋裸露屈曲，桥墩与基础连接处开裂、折断等。 3．支座震害 在地震力的作用下，由于支座设计没有充分考虑抗震的要求，构造上连接与支挡等构造措施不足，或由于某些支座型式和材料上的缺陷等因素，导致了支座发生过大的位移和变形，从而造成如支座锚同螺栓拔出、剪断、活动支座脱落及支座本身构造上的破坏等．并由此导致结构力f专递形式的变化，进而对结构的其他部位产生不利的影响。 4．梁的震害

桥梁最严重的震害现象是主梁坠落。落梁主要是由于桥台、桥墩倾斜、倒塌，支座破坏．梁体碰撞，相邻墩间发生过大相对位移等引起的。 5．地基与基础震害 地基与基础的严重破坏是导致桥梁倒塌。并在震后难以修复使用的蕈要原因。地基破坏主要是指因砂土液化、不均匀沉降及稳定性不够等因数导致的地层水平滑移、下沉、断裂。基础的破坏与地基的破坏紧密相关，地基破坏一般都会导致基础的破坏，主要表现为移位、倾斜、下沉、折断和屈曲失稳。 6．另外桥梁结构的震害还表现在：结构构。造及连接不当所造成的破坏、桥台台后填土位移过大造成的桥台沉降或斜度过大而造成墩台承受过大的扭矩引起的破坏。 三．桥梁的震害原因 国内外学者对桥梁震害的调查研究结果表明，现在桥梁的破坏大多沿顺桥向和横桥向发生，而顺桥向震害尤其严重，分析其破坏原因主要表现在以下几个方面： 1．地震位移造成的粱式桥梁上部活动节点处因盖梁宽度设置不足导致落梁或粱体相互碰撞引起的破坏。而对拱式结构则主要表现在拱上建筑和腹拱的破坏，拱圈在拱顶、拱脚产生的破损裂缝，甚至整个隆起变形。 2.地震位移的影响，进而放大了结构的振动反应，使落梁的可能性增大。当采用排架桩基础时，则使桩基的承载力降低，从而造成与地震反应无关的过大的竖向和横向位移，而简支粱桥对此尤为明显。另外，由于地基软弱，地震时当部分地基液化失效后引起了结构物的整体倾斜．下沉等严重变形，进而导致结构物的破坏，震害较重。 3．支座破坏，在地震力的作用下，由于支座设计没有克分考虑抗震要求。构造上连接与支挡等构造措施不足，或由于某些支座型式和材料上的缺陷等因素，导致了支座发生过大的位移和变形，从而造成如支座锚同螺栓拔出、剪断、活动支座脱落及支座本身构造上的破坏等，并由此导致结构力的传递形式的变化，进而对结构的其他部位产生不利的影响。 4．软弱的下部结构破坏。即由于桥梁下部结构不足以抵抗其自身的惯性力和支座传递的主梁的地震力，导致结构下部的开裂、变形和失效，甚至倾覆，并