地震工程学论文

地震工程学课程总结

北方工业大学

费彩会

地震工程学是从工程上着手力求在最经济的条件下使结构物具有足够的抗震性能，这门学科对防震减灾专业、结构工程专业特别重要，所以这学期我选择了屈铁军老师讲授的地震工程学这门课。以下是我对这学期学习地震工程学的课程总结，主要从对所学内容的综述、学习收获与体会、对感兴趣的问题的叙述与分析这三个方面展开。

1对所学内容的综述

1.1地震学基础

地球由地表至核心可以分为地壳、地幔、地核三层。地壳厚度变化比较大，范围从几公里到几十公里，绝大部分地震都发生在地壳内。地幔是由比较均匀的橄榄岩组成的，分为上地幔和下地幔。地核又分为外核与内核，外核处于液态，内核处于固态。地幔与地壳的交界面称为莫霍面，地幔与地核的交界面称为古登堡面。

地壳运动是导致地震发生的根本原因，板块构造运动是目前被广泛的解释地震的形成与分布，按照这种理论地球共被分为六大板块：太平洋板块、亚欧板块、非洲板块、美洲板块、印度洋板块和南极洲板块。在板块与板块的交界地带通常是地震的高发地带，称为板边地震；有些地震并不发生在板块边缘地带，这些地震称为板内地震。

地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波，分为体波和面波。其中体波又分为纵波（P波）和横波（S波），面波又分为瑞利波（R波）和勒夫波（Q波）。只有体积变形而无畸变的波叫做纵波，它是地震中首先到达的波，可以在固态、液态、气态中传播；只有形状改变而无体积变形的波叫做横波，它不能在液态和气态中传播。在一般情况下，当P波以α角向一自由表面入射时，可以产生两个反射波，一个是P波，在入射波的对称方向反射；一个是SV波，反射角为β，且β<α。当入射角α=0即垂直入射时，此时只有P波反射；当α= /2时，不存在反射问题。当SV波入射时不一定总存在反射P波；当SH波作为入射波时，反射波只有SH波一种，而且在入射波的对称位置反射，完全等于入射波。

1.2随机振动基础

随机变量具有不确定性，地震时的地震动与结构反映就是这样的随机量，虽然随机变量的个别情况不可预估，但是随机量并不是随意变动、毫无规律的量，这是因为无穷多个影响因素中还有一些主要部分是有明显规律变化可循的。假如一个随机变量x为另一个确定变量t的函数，则x(t)称为随机函数，若该自变量t 为时间，则此随机函数x(t)又称为随机过程。随机过程的宏观特征是：在可控制的基本条件下，对同一个现象进行多次连续观测，可以得到一组观测过程xi(t)。自相关函数是表示随机过程特征的量，互相关函数是表示两个不同的随机过程之间关系的量，若所有统计特征都与时间t无关，只与时间差有关，则此随机过程称为弱平稳随机过程。与相关函数有对应关系的是功率谱密度函数，可以定义为相关函数的傅里叶变换对，即S（ω）、R（τ）。自相关函数和功率谱密度函数都是偶函数，R（τ）是平衡的、各态历经的。对于功率谱如果S（w）=C,

S，则为为过滤白噪声。

则称为为白噪声，如果S（w）=0

1.3结构地震反应分析

在实域内不好解决的问题可以在频域内得到很好的解决，是我学这一章最深的感受。对于线性结构，由于存在叠加原理，时域和频域是完全等价的，频域不是真实的，而是一个数学构造，时域是惟一客观存在的域，而频域是一个遵循特定规则的数学范畴。传递函数是频域分析中极为重要的一个概念，它是体系受到一简谐振动的干扰时稳态反应与干扰的比。有了传递函数、傅里叶级数、快速傅里叶变换，从此频域与时域就可以相互转换，极大的促进了抗震的发展。

反应谱理论分为线性和非线性两种理论,一组具有相同阻尼、不同自振周期的单质点体系，在某一地震动时程作用下的最大反应，为该地震动的反应谱。反应谱分为加速度反应谱、速度反应谱和位移反应谱。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、振型和阻尼）所产生的共振效应，但其计算公式仍保留了早期静力理论的形式。

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。

1.4结构振动试验

结构振动试验是在控制条件下，为了研究某一特定因素的影响或结构物某一

特定性能而进行的专门试验。静力试验是早起普遍使用的方法，现在用的最多的是大型伪静力试验试验，伪静力试验指的是往复加载多次作用的静力试验，就是使构件或结构在正反两方向重复加载和卸载过程，用以模拟地震动时结构在往复振动中的受力和变形过程。伪静力试验装置一般包括三个部分，一个是实验架，用以支撑试件和加载器；一个是加载器，用以施加所需要的力或变形；还有一个是支撑一些测量仪器的支架。

伪动力试验施加的荷载或变形和结构构件的非线性力学特性两者都同结构物在地震动作用下所经历的真实过程完全一致，用电子计算机与实验和测量装置在线联接，将结构实验中得到的结构反应量立即输入到电子计算机中，进行加工之后得到此试验结构的瞬时非线性特性，将之立即输入联机的计算机中，计算结构下次加载之后的变形，并立即将计算所得到的各控制点的变形变为控制讯号，输入到加载器中，强迫试验结构按照真实地震反应变形或受力。自由振动试验是早期常用的主要试验手段之一，通过自由振动可以求出结构的基本周期、振形和阻尼，这种方法一般只能求出结构中频率最低振形的特性，因为高频振动很快就会衰减掉。

振动台试验是目前地震工程学研究的重要手段，即将试验对象放在一个足够刚性的台面上，通过动力加载设备使台面出现各种类型的地震波，并使实验对象随之产生类似地震作用的振动。实验中的模型设计要满足几何相似、质量相似、荷载相似、物理相似、时间相似、边界条件相似、初始条件相似等。

2学习收获与体会

通过这一学期的地震工程学的学习，我对结构的抗震性能研究有了一个比较深刻的认识。本科期间学习的抗震设计，只是针对一般的工程怎样设防，怎样采取构造措施达到“大震不倒、中震可修、小震不坏”，而研究生阶段的地震工程学给出了具体的研究地震对建筑物破坏的方法与理论，是从理论的角度给出一般的建筑物、特殊建筑物的抗震设防标准。具体来说，地震工程学从地球构造与地震波开始讲起，然后讲了随机振动的基础知识，我对这部分感觉学的还可以。

结构抗震理论是地震工程学的主干部分，屈铁军老师主要详细讲述了地震结构反映分析和结构振动试验。没学地震工程学这门课程之前，在解决抗震中的具体问题时，我仅仅能从时域上去分析，大多数问题计算繁琐，甚至肯本解决不了。学习地震工程学后，懂得了频域的概念，懂得了快速傅里叶变换，理解了传递函数的概念，了解了在时域上解决不了的问题，可以在频域内解决，这大大减少了计算量，扩大了我解决具体抗震问题的方法。

另外以前我见过的、做过的实验几乎全都是静力试验，大多数和梁及试块有关，常用的试验设备主要有万能试验机、作动器、应变片，所要测量的量主要有承载