《地震工程学》课程总结

《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1.1.1 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。

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。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。

1.1.2 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

地震信号频域分析是采用傅立叶变换将时域信号x(t）变换为频域信号X(f），从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。信号频道X(f）代表了信

号在不同频率分量成分的大小，能够提供比时域信号波形更直观，丰富的信息.

频域分析具有明显的优点：无需求解微分方程，图解（频率特性图）法，间接揭示系统性能并指明改进性能的方向和易于实验分析。

1.2 结构振动试验

1.2.1抗震试验的目标

（1)测定结构体系的自振频率、振型和振型阻尼比等模态参数；

(2）测定结构构件的恢复力特性，即力- 变形滞回曲线，确定刚度、强度、延性和耗能能力；

（3）研究结构体系的地震反应、破坏机理和破坏特征，如地震反应的大小和分布、破坏形态和结构体系的薄弱环节等；

（4）验证抗震构造体系、抗震构造措施、抗震鉴定加固方法和振动控制体系的可行性和有效性；

（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。

1.2.3 结构试验的方法

（1）静力试验

静力试验是在在静载荷下观测结构的强度、刚度和应力、应变分布以验证结构静强度的试验。

（2）拟静力试验

拟静力试验是以预先设定的荷载或位移控制模式对试体进行低频往复加载，旨在获得试体的荷载-变形特性（本构关系）的结构抗震试验。拟静力试验亦称往复加载试验或恢复力特性试验，是结构或构件抗震性能研究中应用最广泛的一种准静力试验方法。

（3）拟动力试验

拟动力试验是往复加载试验和结构地震反应逐步积分方法在线结合的结构抗震试验，亦称杂交试验或联机试验。拟动力试验可用于原型结构、模型结构、子结构和构件的抗震性能试验，确定试件的力-变形滞回曲线，亦可近似模拟在给定的地震输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。

（5)人工地震试验

人工地震试验是利用人工激发地震动进行的现场试验。山体开挖、采矿、化学爆破、地下核爆等均可引起地震动；锤击地面、重载车辆行驶或使用可控震源设备（如移动震源车、便携式可控震源、起振机和气枪等）亦可激发地震波。在科学技术探测中，化学爆炸和可控震源是产生人工地震的常用手段，后者是非破坏性的人工震源。人工地震试验常用于地震断层探测、地壳结构探测、地震动衰减研究和地震监测台网的检测，在工程地质勘察、探矿和人工振动采油技术研究中亦有应用。

（6）结构自振特性试验

结构自振特性试验为了测自振频率，振型，阻尼比，传递函数等。

1.2.4 模型设计

相似模型是与结构原型几何相似、可反映同一物理过程且某一位置的物理量与原型相应位置的同名物理量具有固定比值的模型，通常为缩尺模型。在进行结构模型设计时，将结构所遵循的物理方程无量纲化且令方程在原型和模型中对应的无量纲项相等，即可得到相似模型所应满足的相似关系。理论上，相似模型应满足全部相似关系，但在实际应用中难以作到。在结构工程相关的模型试验中，可根据具体情况对相对次要的相似关系放松要求。

其相似模拟包括几何相似、质量相似、荷载相似、物理相似、时间相似、边界条件相似和初试条件相似等。

1.3工程地震和结构抗震

工程地震学是用地震学理论和方法研究各种工程结构对地震的反应及其抗震设计。它可以用于大型水利工程,核电站,高层建筑等工程结构的地震响应分析和抗震设计以及地下洞室,隧道,人工及天然边坡的稳定性分析;在场地地震烈度确定和地震危险性分析方面起着重要作用。

其研究的主要内容近场地震动理论、工程地震学中的数值方法、工程结构的地震响应和地震安全性分析、边坡地震的稳定性分析。

建筑结构抗震基本知识：地震及其破坏作用，震级与烈度，建筑抗震设防烈度、设防目标、设防标准、抗震设计概念的基本要求；多层及高层高层钢筋混凝土房屋的抗震措施；多层砌体结构房屋和底部框架—抗震墙房屋的抗震措施。

1.4地震波

地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波。地震波按传播方式分为三种类型：纵波、横波和面波。

体波是地球内部信息传递的载体。体波分为纵波（P）和横波（S）。

纵波传播方向与质点振动方向一致或相反的波动，传播速度最快。

横波质点的振动方向与波的传播方向垂直，通过介质的形态变化而实现，又称作剪切波，只在固体中传播，速度较慢。