高桩码头结构地震响应分析
高桩码头结构地震响应分析
付东王1，李洪煊2,4，郭兴文3，余代广1，武颖利2
（1．南京市水利规划设计院，江苏南京210022；2．河海大学水利水电学院，江苏南京210098；3．河海大学力学与材料学院，江苏南京210008；4．南京长江河道管理处，江苏南京210011）
摘要：为了研究强震区高桩码头结构在地震动作用下结构的安全性，采用快速拉格朗日时域有限差分法进行地震时程分析，并利用FLAC3D 软件进行某高桩码头数值模拟。结果表明：双向地震动作用下，码头结构产生的水平、竖直残余位移较小；平台纵梁正应力及横梁正应力幅值波动较大，但均在材料的允许强度范围之内；桩体轴力幅值变化较大，但均小于其承载力。从码头结构刚度、强度角度分析，码头结构安全可靠。
关键词：高桩码头；地震响应；结构-地基相互作用中图分类号：TV 312，U 656.1+13
文献标志码：A
文章编号：1002-4972（2011）03-0071-05
Seismic response analysis of high-pile wharf
FU Dong-wang 1,LI Hong-xuan 2,4,GUO Xing-wen 3,YU Dai-guang 1,WU Ying-li 2
(1.Nanjing Water Planning and Designing Institute,Nanjing 210006,China ；2.College of Water Conservancy and Hydropower Engineering,Hohai University,Nanjing 210098,China ；3.College of Mechanics and Materials,Hohai University,Nanjing 210098,
China;4.The Yangtze River Channel Management ，Nanjing Water Conservation Bureau ，Nanjing 210011,China)
Abstract:In order to research the safety reliability of high -pile wharf in highly seismic region,fast
Lagrangian analysis of continua was used for seismic time history analysis and the FLAC3D software was adopted for numerical calculation.The result indicates that the high-pile wharf generates small residual horizontal and vertical displacement;the normal stress amplitude of platform's longitudinal beam and transverse beam waves up and down,but the extreme values are all within the range of allowable strength;and the axial forces of PHC piles also have a great change but all are smaller than the bearing capacity of the PHC piles.In the sight of the stiffness and intensity of the high-pile wharf,it is safe and reliable.
Key words:high-pile wharf;seismic response;soil-structure interaction
2011年3月
第3期总第451期Mar.2011
No.3Serial No.451
水运工程
Port &Waterway Engineering 收稿日期：2010－08－02
作者简介：付东王（1978—），男，工程师，主要从事水运工程、岩土工程设计。
1995年日本阪神地震使得神户港大部分码头结构遭受严重破坏，局部沉箱码头最大水平及竖直残余位移达到5.0m 和3.0m ，沉箱岸壁倾向海测倾角约5°[1]。1976年唐山地震使得天津港海河沿岸20个河岸码头及塘沽新港26个海港码头都遭受不同程度的破坏，造成重大经济损失[2]。继2008年5月12日四川汶川大地震后，积极研究强震区码头结构的抗震安全可靠性，是当前防震减灾科技的重要课题之一。
地震作用下高桩码头结构破坏主要有两种形
式[3]：一是码头结构自身的破坏；二是码头地基土在强震作用下发生液化，土体丧失承载力，导致码头结构的整体破坏。文章主要研究码头结构自身的破坏情况，暂不考虑地基土的液化作用。
地震灾害实例调查表明[4]：高桩码头岸坡的过大变形和不均匀沉降使得桩体水侧陆侧土压力分布改变，从而在桩体中产生较大弯矩，使得桩体在桩帽附近发生弯曲破坏，且土体的负摩擦力使得桩体易产生拉伸破坏。具有斜桩（叉桩）的码头结构较直桩码头结构抗震性好
。
水运工程2011年
码头结构抗震设计常用方法有：反应谱法和时程分析法。反应谱法主要是针对线性系统，时程分析法适合任何非线性系统[5]。从动力输入方法分，时程分析法又分封闭系统的振动问题和开放系统的波动问题[6]。封闭系统的振动问题一般不考虑结构和地基的相互作用或局部考虑，如重力坝抗震设计规范中采用的无质量地基模型，即只考虑地基的刚度，不考虑其质量和阻尼力。该法适用于结构刚度相对较小、输入波频率低、结构尺寸远小于输入波最短波长。开放系统的波动问题将地基作为具有质量、阻尼和刚度的体系来考虑，在模型的底部施加地震波。该法能够考虑地震波在地基当中的传播效应和地震波在人工边界上的反射效应。从能量的角度，对整个模型地基部分施加相同的地震波会导致整个系统能量输入过大，往往计算结果亦偏大许多[6]，所以采用边界输入的方法计算结果更为合理。
文章采用开放系统的波动问题时程分析法，仅在模型的底部边界输入地震波，选用大型岩土软件FLAC3D对某高桩码头结构进行水平地震动、竖直地震动耦合作用下码头结构地震响应分析研究，得到一些有益的认识，可为同类码头结构抗震设计提供参考。
1工程概况及数值模型
1.1工程概况
某内河高桩码头，工程重要性等级、场地复杂程度等级及地基复杂程度等级均为Ⅱ级。码头每个结构段平台尺寸为70.39m×22.0m，共有11根横梁（两边和中间为墩台梁），5根纵梁，2根边梁。墩台梁下部采用混凝土灌注桩，直径1.0m，桩长39.35m，其余横梁下部采用PHC桩，直径0.8m，桩长39.35m，以第⑦层细砂作为桩端持力层。码头上部起吊设施采用钢-混凝土刚架结构形式，刚架具体布置见图1所示，其中岸侧刚架为钢结构，水侧刚架为混凝土结构。荷载主要考虑结构自重、平台堆载、系缆力、行车轮压及刹车力。
1.2数值模型
结合实际并考虑边界效应，三维数值分析模型尺寸为90.7m×102.0m×63.5m，采用空间8节点等参单元划分，共98463个单元，107841个节点。图1为码头结构和周围土体整体三维数值分析模型，其中x方向为码头轴线方向，由北侧指向南侧为正，y方向为垂直码头轴线方向，由水侧指向岸侧为正，z方向为竖直方向，竖直向上为正。
1.3静力边界条件及材料参数
模型底部采用固端约束，侧面法向约束，顶部自由的边界条件。
土体采用D-P本构模型，码头结构及桩体采用线弹性本构模型。土体材料参数由实际工程勘察报告得出，码头结构材料参数参照相应规范取值[7]，具体如表1和表2所示
。
图1码头结构整体数值模型
表1土体材料参数
土层
编号
土层
名称
密度/（g·m-3）C/kPaφ/(°)E/MPaμ1
淤泥质
粉质黏土
1.758.020.016.750.294
2粉砂 1.81 2.028.023.170.272 3粉细砂 1.83 1.032.031.140.255 4
粉砂
夹粉土
1.79
2.030.028.680.275
5粉细砂 1.83 4.032.035.050.260 6粉土 1.77 3.028.026.360.294 7细砂 1.85 1.032.056.270.250
表2码头结构材料参数
材料类别密度/（g·m-3）E/GPaμ
C30灌注桩 2.4530.00.167
C80PHC桩 2.4539.00.167
结构混凝土 2.4530.00.167
72··
第3期图4自由场边界
1.4动力边界条件1.4.1人工地震波分析
根据规范[8]和设计要求，该码头结构抗震设防烈度为8度，设计地震加速度代表值为0.2g ，采用具有典型代表性的南京波，图2为其加速度时程曲线，时间间隔0.02s ，时长16.0s 。由频谱分析可知：地震动FFT 振幅主要集中在0~12.5Hz ，0~12.5Hz 涵盖能量占总能量的99%，所以选取截断频率为12.5Hz ，采用SeismoSignal 软件对上述加速度波进行滤波、基线校正。滤波基线校正后的速度波如图3所示。
1.4.2动力分析边界条件设置
FLAC3D 中提供静态边界（黏性边界）和自由场边界两种边界条件来减少模型边界上波的反射[9-11]。静态边界通过在模型边界的法向和切向分别设置自由的阻尼器从而实现吸收入射波。自由场边界是通过在模型四周生成二维和一维网格来减少模型边界上波的反射。主体网格的侧边界通过法向和切向阻尼器与自由场网格进行耦合，自由场网格的不平衡力施加到主体网格的边界上。典型结构-地基相互作用动力边界如图4所示。
在该码头结构动力分析过程中，在模型的底部施加静态边界，在模型的侧面施加自由场边界。1.4.3阻尼设置
FLAC3D 动力计算中可以采用3种阻尼形式：局部阻尼、瑞利阻尼和滞后阻尼[9]。局部阻尼是在
迭代循环中，通过在节点上增加或减少虚拟质量的方法来达到能量的耗散，其与动力输入波的频率以及结构自振频率无关。本次动力计算采用5%的局部阻尼。1.4.4
地震波的输入
FLAC3D 中可以输入加速度、速度、应力和力时程曲线。刚性地基直接施加加速度或是速度，柔性地基需要施加静态边界后再输入应力时程。因静态边界上的作用力是根据边界上的速度分量计算得到，所以在静态边界上只能输入应力时程。应力时程可以通过速度时程采用式（1）计算得到：
σn =-2(ρC P )v n
σS
=-2(ρC S
)v
S
!（1）
式中：σn ，σS 分别为施加在静态边界上的法向应力和切向应力；ρ为地震波输入边界上的材料密度；C P ，C S 分别为边界上P 波和S 波的波速。公
式中的系数2表示施加的能量中只有一半是向上传播作为动力输入的，另一半向边界下部传播。
由表1可知：土层7属于柔性地基，故采用应力波的输入方式，水平方向施加0.2g 加速度波，竖直方向加速度取水平方向的2/3[8]。2
地震时程分析
FLAC3D 中动力问题的分析是建立在静力分析的基础上，在静力分析完成以后，再施加动力荷载。整个数值模拟分3步进行：首先计算初始地应力；其次模拟码头结构施工过程以及完建后的运行工况；最后施加动力荷载，进行动力计算。
由静力计算结果可知：码头结构最大竖向位移位于中间墩台梁水侧处；纵梁最大拉应力发生在岸侧和水侧边梁处；横梁最大拉应力位于中间墩台梁下部靠岸侧；第一主应力最大值位于中间
图2南京波加速度时程曲线
图3南京波速度时程曲线（滤波基线校正后
）
付东王，等：高桩码头结构地震响应分析
73··
水运工程2011年
图7监测点1位移时程曲
线
a ）水平
图5码头结构监测点位置
墩台梁靠岸侧处；第三主应力最大值位于水侧纵梁与横梁交接处；PHC 桩轴力最大值位于水侧，故对上述部位相应加速度、位移、应力及内力进行监测。图5为码头结构动力计算过程中平台监测点示意图。
2.1加速度响应
图6为监测点1加速度时程曲线，监测点1的位置如图5所示。
由图6可知：经过成层地基的滤波消能放大作用后，监测点1水平加速度峰值为4.9m/s 2，放大系数为2.5；竖直加速度峰值为1.61m/s 2，放大系数为1.2。
对图6a ）加速度时程曲线2~10s 段相邻峰值出现的时间间隔统计分析可知：该码头结构的自振周期约为0.38s ，自振频率约为2.65Hz 。2.2位移响应
图7为监测点1位移时程曲线。
由图7可知：监测点1水平位移、竖直位移波形基本一致，均在0值附近上下波动。监测点1水平位移在7.44s 时达到最大值20.5cm ，竖直位移在7.16s 达到最大值13.9cm 。地震动结束时，监测点1的水平残余位移为13.0mm ，竖直残余位移为3.0mm ，这主要是由于土体的塑性变形引起。2.3
应力及内力响应
图8~11为平台相应应力监测结果，图12为PHC 桩轴力时程曲线，监测点2~6的位置如图5所示。
由图8~12可知：各监测点相应应力幅值均
在
b ）竖直
图6码头平台监测点1加速度时程曲
线
a ）水
平
b ）竖
直
图8码头平台纵梁正应力时程曲线
图9码头平台横梁正应力时程曲线
74··
第3期图12PHC 桩轴力时程曲线
初始值（静力计算结果）附近上下波动，平台纵梁正应力波动范围为65%；横梁正应力波动范围为40%；平台第一主应力波动较小，第三主应力变化44%左右。水侧PHC 桩轴力亦上下波动，其中变化最大的为72#
桩，最大波动幅度为54%。
3结论
通过某高桩码头三维模型的地震数值模拟分
析，得到了结构加速度、位移、应力及内力时程曲线，通过分析计算可得出以下主要结论：
1）码头平台结构自振频率约为2.65Hz 。2）地震响应分析过程中，码头平台的水平向、竖直向的峰值位移分别达到20.5cm 和13.9cm ，但水平向、竖向残余位移分别仅为13.0mm 和3.0mm 。
3）地震响应分析过程中，平台纵梁正应力、横
梁正应力、平台最大主压应力幅值均变化较大，抗震设计中亦根据最大峰值配筋。71#~74#PHC 桩轴力幅值亦波动较大，但均在桩的承载力范围之内。参考文献：
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（本文编缉武亚庆
）
图10码头平台第一主应力时程曲线
图11码头平台第三主应力时程曲线
付东王，等：高桩码头结构地震响应分析
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隔震结构的基本原理及动力分析
隔震结构的基本原理及动力分析 摘要：本文根据现行的《建筑抗震设计规范》，介绍了隔震结构的基本原理、实用范围和设计与分析方法，并通过一隔震结构的设计实例说明隔着结构的优越性。 关键词：基础隔震；地震响应；时程分析法； 引言 目前，我国和世界各国普遍采用的传统抗震方法是将建筑物设计为“延性结构”，通过适当控制调整结构物的自身刚度和强度，使结构构件(如梁、柱、墙、节点等)在强烈地震时进入非弹性状态后具有较大的延性，从而通过塑性变形消耗地震能量，减轻建筑物的地震反应，使整个结构“裂而不倒”，这就是“延性结构体系”[1~3]。它的设防目标是“小震不坏”、“中震可修”、“大震不倒”。实践证明，这种方法对减轻地震灾害起到了积极作用，但是这种传统的结构抗震方法有其明显的不足，随着我国经济的高速发展，对建筑功能要求越来越高，结构的形式越来越多样化、复杂化，很多重要的建筑（电力、通讯中心、核电站、纪念性的建筑、海洋平台等）结构及内部设备的破化将造成巨大的经济损失。对这类建筑的抗震性能提出更高的要求——结构不允许进入塑性工作阶段，因此采用传统抗震方法很难满足此类建筑抗震要求。面对新的社会要求，各国地震工程专家一直寻求新的结构抗震设计途径，以隔震为代表的“结构振动控制技术”便是这种努力的结果[4~6]。 1、隔震结构的基本原理 结构隔震体系是指在建筑物上部结构的底部与基础面之间设置某种隔震装置，使之与固结于地基中的基础地面分离开来的一种结构体系[6]。隔震结构的基本原理可以用图1进一步阐明。图中三条曲线表示不同的阻尼大小，为普通中低层建筑的自振周期，为隔震层建筑的自振周期。 （a）加速度反应谱（b）位移反应谱 图1隔震原理 从图中可以看出，结构自振周期延长，结构的地震加速度反应减小，地震位移反应增大；结构阻尼增大，结构的地震加速度反应和位移反应均减小。隔震系统的水平刚度远远低于上部结构的抗侧刚度，因此，结构的自振周期大大延长，
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
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
并联复合隔震结构的地震响应和滞回特性分析
ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＶｏｌ畅４４，Ｎｏ畅１，２０１４ 工业建筑 ２０１４年第４４卷第１期 并联复合隔震结构的地震响应和滞回特性分析 倡 袁 颖１ 周爱红１ 杨树标２ 何国峰 １ （１．石家庄经济学院勘查技术与工程学院，石家庄 ０５００３１；２．河北工程大学土木工程学院，河北邯郸 ０５６０３８） 摘 要：在建立并联复合隔震结构运动微分方程的基础上，通过数值模拟，计算并研究了不同加速度峰值下，给定摩擦承压比的多自由度并联复合隔震结构的自振周期、最大基底剪力、最大基底剪力系数、最大层间位移、层间速度、层间加速度等地震响应以及隔震层的滞回特性，并与普通抗震结构、夹层橡胶垫隔震结构、摩擦滑移结构进行了全面对比分析和讨论。结果表明：并联复合隔震结构由于充分利用了复合隔震支座的优点，能够显著降低结构的地震响应，并且具有优良的滞回耗能特性。 关键词：并联复合隔震；摩擦滑移隔震；夹层橡胶垫隔震；地震响应；滞回特性 ＤＯＩ：１０．１３２０４／ｊ．ｇｙｊｚ２０１４０１００７ ＳＥＩＳＭＩＣＲＥＳＰＯＮＳＥＡＮＤＨＹＳＴＥＲＥＴＩＣＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥＡＮＡＬＹＳＩＳＯＦＰＡＲＡＬＬＥＬ ＣＯＭＰＯＳＩＴＥＩＳＯＬＡＴＥＤＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＹｕａｎＹｉｎｇ１ ＺｈｏｕＡｉｈｏｎｇ１ ＹａｎｇＳｈｕｂｉａｏ２ ＨｅＧｕｏｆｅｎｇ １ （１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｃｏｎｏｍｉｃｓ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００３１，Ｃｈｉｎａ； ２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｎｄａｎ０５６０３８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｍｏｔｉｏｎｆｏｒｐａｒａｌｌｅｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｓｏｌａｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｆｏｒｍｕｌａｔｅｄｆｉｒｓｔｌｙ．Ｔｈｅｎ，ｔａｋｉｎｇｔｈｅｍｕｌｔｉ－ｄｅｇｒｅｅｏｆｆｒｅｅｄｏｍｓｐａｒａｌｌｅｌｉｓｏｌａｔｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈａｇｉｖｅｎｆｒｉｃｔｉｏｎｂｅａｒｉｎｇｒａｔｉｏｆｏｒａｎｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｖｅｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅｓｅｉｓｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｐｅａｋｖａｌｕｅｓ，ｓｕｃｈａｓｎａｔｕｒａｌｐｅｒｉｏｄｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｂａｓｅｓｈｅａｒ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｂａｓｅｓｈｅａｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ，ｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ， ａｎｄｔｈｅｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄｓｔｕｄｉｅｄｂｙｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ａｎｄｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｏｓｅｏｆｏｒｄｉｎａｒｙａｓｅｉｓｍｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｉｓｏｌａｔｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｌａｍｉｎａｔｅｄｒｕｂｂｅｒｂｅａｒｉｎｇｓａｎｄｉｓｏｌａｔｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｆｒｉｃｔｉｏｎｓｌｉｄｉｎｇｂｅａｒｉｎｇｓｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｓｏｍｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓｗｅｒｅｍａｄｅｔｈａｔｔｈｅｉｓｏｌａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｐａｒａｌｌｅｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｓｏｌａｔｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｕｌｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅｓｅｉｓｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｄｒａｍａｔｉｃａｌｌｙｄｕｅｔｏｔｈｅｆｕｌｌｕｓｅｏｆｔｈｅｍｅｒｉｔｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｓｏｌａｔｅｄｂｅａｒｉｎｇｓ，ａｎｄｔｈｅｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃｅｎｅｒｇｙｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗａｓａｌｓｏｅｘｃｅｌｌｅｎｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐａｒａｌｌｅｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｓｏｌａｔｉｏｎ；ｉｓｏｌａｔｉｏｎｗｉｔｈｆｒｉｃｔｉｏｎｓｌｉｄｉｎｇｂｅａｒｉｎｇ；ｉｓｏｌａｔｉｏｎｗｉｔｈｌａｍｉｎａｔｅｄｒｕｂｂｅｒｂｅａｒｉｎｇ；ｓｅｉｓｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅ；ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ 倡国家自然科学基金项目（４１２０４０７５）；国家大坝工程技术研究中心开放基金资助项目（ＮＤＳＫＦＪＪ１２０１）。 第一作者：袁颖，男，１９７６年出生，博士，副教授，硕士生导师。电子信箱：ｙｕａｎｙｉｎｇｓｏｎ＠１６３．ｃｏｍ收稿日期：２０１３－０５－１５ 近十几年来，在世界范围内，地震频发，比如 ２００１年印度７畅９级地震，２００４年的印尼９畅０级地震，２００５年巴基斯坦７畅８级地震，２００７年秘鲁７畅５级地震，２００８年中国汶川８畅０级地震，２０１１年日本９畅０级地震等，造成了巨大的人员伤亡和经济损失。在目前水平下，对地震进行准确预报很困难，因此，对建筑物进行结构抗震设计和设防以保证建筑物和人民生命财产安全是十分必要的。 隔震技术是工程抗震领域中的研究热点，在结构底部安装隔震支座是一种行之有效的减震方法。从２０世纪６０年代末起，国外学者开展了相关的研 究工作，并取得了很多研究成果［１－５］ 。世界上许多国家都修建了隔震建筑，日本和美国等国家的有些 隔震建筑还经受过强震考验，隔震效果明显，并取得 了巨大的经济效益和社会效益［６－７］ 。我国自２００１年将隔震消能技术写进了ＧＢ５００１１—２００１枟建筑抗震设计规范枠以来，隔震理论和应用的研究也得到 了迅速发展［８－９］ 。 本文在以往工作基础上［１０－１２］ ，对并联复合隔震体系进行了理论分析，建立了并联复合隔震的力学
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。？
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。?
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
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。
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
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。
关于抗拔对于基础隔震结构对地震响应的效果研究
关于抗拔对于基础隔震结构对地震响应的效果研究 Panayiotis C. Roussis, M.ASCE1 摘要：不利的拉力或上拔力会对隔震系统和上部结构带来不利的影响，而隔震 支座在一定条件下会出现这种不利的的拉力或上拔力。本研究报告是根据XY 摩擦摆（FP）滑移隔震系统做出的关于抗拔对于隔震结构对地震响应的影响的 研究。作为新一代隔震硬件，抗拔的FP隔震装置——XY- FP能够凭借它具有 承受拉力的特性对上部结构提供抗拔力。为了更好的理解隔震装置的拉拔或拉 力现象以及他们对结构性能和隔震系统的影响，进行了对隔震的实际建筑受双 向水平地震激励的非线性时程分析。分析采用了增强版的3D-BASIS- ME（有 限元）程序，这个程序曾做过改进，新增了能够模拟XY- FP隔震装置拉力特性 的单元。结果表明：通过增加隔震系统摩擦力，XY-FP隔震装置中的拉力，不 管是对整个隔震系统响应还是上部结构响应没有任何显著的影响。 DOI: 10.1061/ASCEST.1943-541X.0000070 CE数据库主题词：基础隔震；抗拔力；拉力；非线性分析 前言 隔震设备硬件显著的发展以及与之平行的分析模型和实验验证技术领域的研究 的发展已经促进了隔震装置被越来越多的认可。最根本的隔震的基本原则包括 通过提供额外的灵活性和耗能能力来防止去耦结构对水平地面的破坏，从而在 地震事故（1999年的naeim和kelly）中减轻结构振动和破坏的严重性。然而，在一定的条件下（例如：有较大高宽比的细长的上部结构和在支撑柱和挡墙下 有合并支座的结构），隔离支座能承受不良的拉力或拔力，以防它们的发生可 能会对隔离系统和上部结构产生有害的影响。尤其是，拔力的出现（在滑动支 座和合梢固定橡胶支座中）可能导致上部结构的倾覆或隔离支座的毁坏（由于
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
结构抗震课后习题答案解析
《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。
地震作用下桥梁结构横向碰撞模型及参数分析
振 动 与 冲 击 第26卷第9期 JOURNAL OF V I B RATI O N AND SHOCK Vol .26No .92007 地震作用下桥梁结构横向碰撞模型及参数分析 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50578118)收稿日期:2006-12-18 修改稿收到日期:2007-01-18第一作者邓育林男,博士生,1977年3月生 邓育林, 彭天波, 李建中 (同济大学桥梁系,上海 200092) 摘 要:针对桥梁结构在地震作用下梁体与横向挡块间的碰撞现象,采用非线性时程积分法,研究了横向地震作 用下梁体与挡块间的碰撞效应。通过对刚体碰撞模型分析,推导出阻尼常数与恢复系数间的关系表达式,在此基础上建 立了能考虑碰撞过程中能量损失的桥梁横向碰撞模型,并对碰撞刚度、初始间隙、恢复系数以及桥梁跨径等参数进行了影响分析。分析结果表明:最大撞击力随碰撞刚度和桥梁跨径的增大而增大,但随初始间隙的变化规律不明显;恢复系数对碰撞效应影响很大,忽略碰撞过程中的能量损失会高估碰撞反应。为减轻梁体与横向挡块间的碰撞效应,提出了挡块刚度的合理取值。 关键词:横向地震;非线性;碰撞效应;碰撞模型;参数分析 中图分类号:U442.5+5 文献标识码:A 最近二十余年,地球上发生的多次地震灾害对桥 梁抗震设计理论产生了巨大影响,并且开展了一系列深入研究。其中地震作用下,结构的碰撞被认为是影响结构地震反应和结构抗震性能的一个重要因素。许多桥梁结构地震震害表明:桥梁连接构造处的碰撞是 引起结构破坏的主要原因之一[1,2] 。从历次大地震中可知碰撞不但造成构造设施的损坏,而且还会引起相应构件内力急剧增大,对下部结构的延性能力要求增 加,甚至造成桥梁墩台脆性剪切破坏[3-5] 。 在桥梁工程中,为了防止落梁的震害或保证支座的抗震安全性,通常采用设置挡块的抗震措施。目前,各国学者对挡块的抗震性能研究不多,在国外,Shervin Maleki [6,7] 对简支梁桥上部结构与横向约束挡块间碰撞效应进行了研究,分析表明碰撞刚度、初始间隙和结构周期影响很大,同时指出忽略碰撞效应,将会低估挡块及下部结构的地震需求,在抗震设计中造成不安全的结果。其不足是采用的是线性碰撞模型,没有考虑碰撞过程中的能量损失。而在国内,目前的桥梁工程抗震规范仅把挡块作为一种构造措施,实际上挡块的作用对主体结构的地震反应有较大的影响,因而在地震反应分析中,分析挡块的作用以及横向碰撞效应就很有意义。本文通过刚体碰撞模型分析,推导出阻尼常数与恢复系数间的关系,在此基础上建立了简支梁桥横向碰撞简化模型,并进行了参数分析,得到了一些结论和规律,为减轻地震作用下碰撞效应提供依据。 1 刚体碰撞模型 对于混凝土简支梁桥, 上部结构横向刚度一般很 图1 刚体碰撞模型 大,可将其视为刚体,在与挡块发生碰撞时,由于碰撞持时很短,横向碰撞过程可以等效为图1刚体碰撞模型,其中m 为刚体质量,k 为碰撞刚度,c 代表碰撞 过程中的能量损失,假定在t =0时刻发生碰撞。 建立系统的运动方程 m x ?? +cx ? +kx +0x (0)=0,x ? (0)=υ (1) 对于小阻尼情况,上式解为: x (t )=A exp (-ξωn t )sin ωd t (2) 式中 ξ=c /(2m ωn )<1,A =υ0/ωd ,ωd =1-ξ2 ωn , ωn = k /m 。 由条件cx ? (t 0)+kx (t 0)=0或x ?? (t 0)=0可以得到碰撞接触时间。对式(2)求二阶导数并代入t =t 0得: -A exp (-ξωn t 0)[(1-2ξ2 )ωn sin ωd t 0+2 ξωd cos ωd t 0]=0(3)碰撞接触时间为上式的最小正解,即 t 0=π-arctan λωn 1-ξ 2,λ=2 ξ1-ξ2 1-2ξ2(4)同样,可以给出碰撞前后的速度关系,对式(2)求一阶导数并计算碰撞末t =t 0的速度:x ?(t 0)=υ0 1-2ξ2exp [-ξ1-ξ 2(π-arctan λ)]?co s (π-arctan λ)(5) 引入Ne wt on 恢复系数e,得到碰撞前后速度比:
结构地震反应谱分析实例
在多位朋友的大力帮助下，经过半个多月的努力，鄙人终于对结构地震反应谱分析有了一定的了解，现将其求解步骤整理出来，以便各位参阅，同时，尚有一些问题，欢迎各位讨论！ 为叙述方便，举一简单实例： 在侧水压与顶部集中力作用下的柱子的地震反应谱分析，谱值为加速度反应谱，考虑X 与Y向地震效应作用。已知地震影响系数a与周期T的关系： a(T)= 0.4853*(0.4444+2.2222*T) 0<T<=0.04 秒 0.4853*(0.10/T)^(-0.686) 0.04<T<=0.1 秒 0.4853 0.1<T<=1.2 秒 0.4853*(1.2/T)^1.5 1.2<T<=4 秒 以下是命令流程序 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- /filname,SPEC,1 /PREP7 !定义单元类型及材料特性 ET,1,45 MP,EX,1,2.8E10 MP,DENS,1,2.4E3 MP,NUXY,1,0.18 !建立模型 BLOCK,0,1,0,1,0,5 !网格剖分 ESIZE,0.5 VMESH,all /VIEW,,-0.3,-1,1 EPLOT FINISH /SOLU !施加底部约束 ASEL,,LOC,Z,0 DA,ALL,ALL ALLSEL !施加自重荷载 ACEL,0,0,10 !进行模态求解
ANTYPE,MODAL MODOPT,LANB,30 SOLVE FINISH !进行谱分析 /SOLU ANTYPE,SPECTR SPOPT,SPRS,30,YES SVTYP,2 !加速度反应谱 SED,1,1 !X与Y向 FREQ,0.2500,0.2632,0.2778,0.2941,0.3125,0.3333,0.3571,0.3846,0.4167 FREQ,0.4545,0.5000,0.5556,0.6250,0.7143,0.8333,1.1111,2.0000,10.0000 FREQ,25.0000,1000.0000 SV,0.05,0.0797,0.0861,0.0934,0.1018,0.1114,0.1228,0.1362,0.1522,0.1716 SV,0.05,0.1955,0.2255,0.2642,0.3152,0.3851,0.4853,0.4853,0.4853,0.4853 SV,0.05,0.2588,0.2167 SOLVE FINISH !进行模态求解(模态扩展) /SOLU ANTYPE,MODAL EXPASS,ON MXPAND,30,,,YES,0.005 SOLVE FINISH !进行谱分析(合并模态) /SOLU ANTYPE,SPECTR SRSS,0.15,disp SOLVE FINISH /POST1 SET,LIST !结果1 /INP,,mcom lcwrite,11
浅析土木工程结构地震反应分析方法
2012Vol.44No.1林业科技情报 浅析土木工程结构地震反应分析方法 王亚芝 （黑龙江省林业设计研究院） ［摘要］近年来世界范围内频繁发生特大地震，其中包括我国2008年的汶川大地震，日本2011年的大地震，其震害及其次生灾害造成了巨大的人员伤亡和国民经济损失。笔者针对土木工程结构抗震一直是当今研究的热门课题这一重点主线，详细介绍了土木工程抗震领域的主要研究方法。 ［关键词］土木工程结构；地震反应；反应谱法；非线性时程分析；Pushover；IDA Earthquake Reaction Analysis Method Of Civil Engineering Structure Wang Yazhi （Forest Design And Research Institute Of Heilongjiang Province） Abstract：There are especially big earthquakes in the world frequently in recent years，including the earthquake of 2008in China and2011in Japan．They caused large casualties and national economy loss．Civil engineering struc-ture anti－seismic is a hot task．This paper introduces the main research method in the anti－seismic field of civil engineering structure． Key words：civil engineering structure；earthquake reaction；response spectrum method；non－linear time－histo-ries；Pushover；IDA 地震作用理论是研究地震时地面运动对结构物产生的动态效应，结构的地震反应取决于地震动力和结构动力特性两个方面，因此，地震反应分析方法的发展是随着人们对这两方面的认识逐渐深入而提高的。目前世界各国的土木工程结构抗震设计规范中普遍采用的是确定性地震反应分析方法，本文就目前普遍采用的以下四种地震反应分析方法进行详细的阐述。 1动力反应谱分析方法 动力反应谱理论是目前土木工程结构抗震设计中比较常用的一种分析方法。采用动力反应谱方法计算土木工程结构动力响应包括以下几个方面：第一，是确定抗震设计的反应谱，第二，将结构震动方程进行振型分解，根据场地土的平均剪切模量或场地土的剪切波速、质量密度和分层厚度实测反应谱求得每个自由的振子在各个阶段求得振型反应最大值。第三，动力反应谱分析在土木工程结构反应中的最大值可以通过SRSS或者CQC方法将各个不同的振型反应的最大值进行组合，在实际分析中所要考虑的自由度数和振型模态数要确保在纵向和横向获得90%的振型参与系数。 2非线性时程分析方法 时程分析法是20世纪60年代逐步发展起来的一种抗震分析方法。用于进行超高层建筑结构的抗震分析和工程抗震研究等。到80年代，已经成为很多国家抗震设计规范和抗震研究工作的分析方法之一。动态时程分析法是结构在地震动作用下的响应时程，可详细了解结构在整个地震持续时间内的结构响应过程，同时反应出地震动的振幅、频谱及持续时间内对结构的影响。时程分析通过结构构件内力的变化及构件逐步开裂可求出弹性和非弹性阶段的结构的内力与变形。这时结构的薄弱部位的位移即将达到最大值，从而造成结构的最终破坏，直至倒塌的全过程。 动态时程分析方法是随着强震记录的增多和计算机技术的广泛应用而迅速发展起来的以研究结构抗震的一种分析方法。动态时程分析理论考虑了反应谱不能计算结构和结构构件在每个时刻的地震反应包括内力和变形等。对于复杂结构体系，振型密集以及结构受到强烈地震时发生非线性反应的情况下，能够更真实地反映出结构的地震反应，从而能更精确细致地反映出结构的薄弱部位。因此采用动态时程分析理论进行地震反应分析和抗震设计成为在抗震领域比较常用的一种分析方法。但是，动态时程分析方法计算量比较大、耗时多、建立模型复杂，而且需要对计算结果进行整理做统计分析等。3静力弹塑性分析方法（Pushover） Pushover方法是目前常用的一种静力非线性分析方法，国内外学者都对其进行了广泛的研究。Pushover分析的基本思路是用一个单自由度体系来等效实际结构，代替多自由度体系，通过研究等效单自由度体系的地震弹塑性反应来预测实际结构的 · 36 ·