李爱群抗震课件-1抗震研究进展(1--10)

计算误差函数 ( , T )

T
F
采用优化技术调整
( , T )
T
0
x(t, ) y(t) x(t, ) y(t)
2 2
输出
1/ 2
dt
工程结构抗震分析
四、振型遇合问题
（Modal Analysis Method）
工程结构抗震分析 问题的提出：
（3）应用频域传递函数和荷载的傅氏谱计算体系每一
频率分量的频域解； （4）采用快速傅氏逆变换将频域解转化为时域解。
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第三种划分方法 输入 结构 响应
（1）正演：已知输入、结构参数求响应。 （2）反演：已知响应、结构参数求输入，例如已知土的 响应和土的结构参数求基岩的地震输入。 （3）结构识别（System Identification）：已知输入、结
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五、竖向地震作用效应
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震害现象
在高烈度地震区，地震动竖向加速度分量引起的震害明显; 烟囱的上半段出现环形水平通缝；顶端叠落在烟囱下半段的 上口； 设备上跳移位（某电厂）150吨的主变压器跳出轨外； 强烈地震时人们的感受是先上下颠簸、后左右摇晃。
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地震记录
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Hale Waihona Puke 地震工程学（土建专业、力学专业）的研究内容
（1）地震地面运动
宏观调查
烈度区划：中国地震烈度区划（1990）Chinese Seismic Intensity Zoning Map
地震基本烈度（Base Intensity）：指在50年期限内，一般场地条件
下可能遭遇超遇概率为10%的地震烈度值。 建筑抗震设计规范 Code for Seismic Design of Buildings(GB50011— 2001):采用抗震设防烈度、设计基本地震加速度值和所属的设计地震 分组。 烈度标准：am、vm、Dm、arsm、TD 强震观测：包括常规分析。
g ,m (t ) m (t ) x x g ,m (t ) x g ,m (t ) m (t )) F m( x x m g k W g x g ,m (t ) S 1 g ,m (t ) m (t ) W a W x x g g
x(t ) 也是一个随机过程。
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第二种划分方法 时域分析方法与频域分析方法
时域分析方法（Time Domain Analysis）是将地震波
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动力反应分析，计算出结构在 整个强震时域中的振动状态全过程，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。它从 承载力和变形两个方面来检验结构的安全和抗震可靠度， 并判断结构屈服机制和类型。
构响应求结构参数。
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第三种划分方法 输入 结构 反应
0 (t ) x 试验：已知输入
分析：假定结构参数向量 1 , 2 ,, n T
(t ), y (t ), y(t ) y 从结构上实测响应
(t , ), x(t , ) x 计算结构响应
多振型、振型间的相关性? 各振型的最大值不同时出现，如何组合?
计算出作用于结构上的若干振型的水平地震作用，以此求 得结构中构件或杆件的若干振型的地震作用效应。因为结 构的各振型最大地震响应并不发生在同一时刻，所以结构 的真实地震响应是各个振型地震作用效应的遇合值之和。
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振型遇合方法有：
S
2 S j
式中，S为结构水平地震作用效应（弯矩、剪力、轴向力 和变形）； Sj为j振型水平地震作用产生的作用效应。
（4）完整二次项组合法（CQC法）（Complete Quadric Combination Method） 当地震动过程是平稳随机过程时，随机振动理论指出，结构动力反应 最大值与各振型反应最大值之间的关系可用如下振型组合公式近似描述
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二、抗震设计理论的发展
工程结构抗震分析 地震作用（Earthquake Action）是指由地震动引起
的结构动态作用，包括水平地震作用和竖向地震作用。
地震作用（地震力）是假想的、当地面运动时建筑物自
g (t ) (t )) →即 身所受到的惯性力，即地震作用= m( x x
第三阶段（20世纪70年代至今） 动力理论阶段（Time History Method）
动力抗震设计理论涉及十分广泛：
1．地震波（强震纪录、人工模拟地震波）
2．时程分析方法（力学模型、恢复力模型、步步积分法）
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3．简化分析方法（简化模型、弹塑性谱、弹塑性变形简化计算、静
力弹塑性分析方法）
加速度等）与结构体系自振周期T的关系。
反应谱理论尽管考虑了结构的动力特性，它仍然 把地震力当作静力看待，所以又称为等效静力法。
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第三阶段（20世纪70年代至今） 动力理论阶段（Time History Method）
动力抗震设计理论具有如下特点： （1）输入地震动参数需要给出符合场地情况、具有概率意义的加速 度过程，对于复杂结构要求给出地震动三个分量的时间过程及其空间 相关性。 （2）全面考虑了地震动特性的三要素：幅值、频谱、持时。 （3）结构和构件的动力模型应接近实际情况，要包括结构的非线性 恢复力特性。 （4）动力响应分析要能给出结构响应的全过程，包括变形和能量损 耗的积累。 （5）设计原则考虑多种使用状态和安全的概率保证。
地震作用与地面运动和结构响反应有关。
结构地震作用研究的发展和抗震设计理论的发展紧密
相连，主要经历了三个阶段：
第一阶段（20世纪初—40年代） 静力理论阶段（Static Method）
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1900 年日本学者大森房吉提出震度法概念。该理论假 定结构物为绝对刚体，结构物上任一点的绝对加速度与地 面运动加速度相等，而与结构动力特性无关，结构上各部 位单位质量所受到的地震力相等。
g ,max m F m x g ,max x g g kW
式中，k为地震系数，根据多次地震震害分析得出用以反映
该地区地震强烈程度，k=0.1—0.2。
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第二阶段（20世纪50—60年代，现仍使用） 反应谱理论阶段（Response Spectrum）
反应谱理论考虑了结构动力特性与地震动特性之间的动力关系， 通过反应谱来计算由结构动力特性（自振周期、振型、阻尼）所产生 的共振效应（含共振效应） 。 地震时结构受到的最大水平基底剪力，即总水平地震作用为
11、多种/多重灾害防治 12、重大工程的动力灾变
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一、地震工程学与工程地震学
（Earthquake Engineering & Engineering Seismology）
工程结构抗震分析
工程地震学（地球物理学专业）的研究内容
（1）地震灾害和预测预防：主要包括地震调查、地震 区划、地震预报和预防。 （2）地震物理：主要包括地震波理论、震源物理和模 拟实验、地震现象的固体物理学。 （3）地震应用：主要包括地震信息和地球内部结构的 研究、地震区划烈度、地震勘探、地震地质、侦查地下 核爆炸。 （4）地震接收和数据处理方法：主要包括地震仪的改 善和研制、台阵技术和数据处理自动化。
通常，若体系自振频率满足下列关系式
0.2 j ,i j 0.2 i j 则可认为体系自振频率相隔较远，此时振型自相关系数等于 1， CQC
i
法退化为SRSS法。
CQC法用于振型密集型结构，如考虑平移 — 扭转耦连振动的线性结构 系统。
SRSS法用于主要振型的周期均不相近的场合，如串联多自由度体系。
工程结构抗震分析
第一部分
结构抗震分析研究进展
工程结构抗震分析
12个关键问题： 1、地震工程学与工程地震学 2、抗震设计理论的发展 3、地震反应的分析方法与结构识别 4、振型遇合问题 5、竖向地震作用效应 6、扭转振动效应 7、随机灾害场 8、基于性能的抗震设计 9、静力弹塑性分析方法
10、结构损伤机理与安全评估
4．破坏试验 5．竖向振动
6．扭转效应
7．地基—基础—上部结构共同作用（相互作用） 8．结构减震与控制 9．结构物地震波的多点输入 10．专家系统、模糊识别
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三、地震反应的分析方法与结构识别
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第一种划分方法 确定性分析方法与非确定性分析方法
g (t ) 是时 x 确定性分析方法是指地震地面运动的加速度
β h谱曲线的形状如图所示。图中，曲线①为平均竖向
间t的已知和确定的函数，根据这个地震作用求出的结构响 应 x(t ) 也是时间t的确定函数。 非确定性分析方法，即随机振动分析方法，就是指地震
g (t ) 不是时间t的确定函数，对任何一个 地面运动的加速度 x g (t ) 为一个随机变量，其地面加速度为随机过程， x 固定的t，
而结构响应
地震时获得过竖向峰值加速度av达到甚至超过水平峰值加速 度ah的地震记录： 1979年美国Imperial Valley地震所获得的30个地震记录，av/ah 的平均值为0.77；靠近断层的11个记录，av/ah的平均值则达到 了1.12；其中最大的一个记录，av/ah高达2.4； 1976年原苏联格里兹地震，记录到的竖向和水平峰值加速度
式中， β 称为动力放大系数或放大系数，用 β 表示结构动力特性； S a 为 绝对加速度反应谱。
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第二阶段（20世纪50—60年代，现仍使用） 反应谱理论阶段（Response Spectrum）
地震反应谱是指单自由度弹性体系在给定的地震 作用下某个最大反应量peak response（如位移、速度、