东南大学工程结构抗震分析往年真题及答案2

1、试分析剪力墙结构、框架—核心筒结构抗震多道设防的实现途径。（10分）

剪力墙主要表现为连梁和墙肢底层的破坏，连梁由于剪跨比小，梁腹易产生斜裂缝，若其抗剪强度不足，可能产生剪切破坏，连梁一旦破坏，墙肢间失去联系，承载力降低，墙肢底层在竖向荷载和水平荷载下处于剪压受力状态，墙肢剪跨比大，发生弯曲破坏及剪切破坏，墙肢剪跨比小，发生剪切破坏。剪力墙作为联肢抗震墙，连系梁先屈服，然后墙肢弯曲破坏丧失承载力，当连系梁钢筋屈服并具有延性时，它既可以吸收大量地震

能量，又能继续传递弯矩和剪力，对墙肢有一定的约束作用，使抗震墙保持足够的刚度

和承载力，延性较好。如果连系梁出现剪切破坏，按照抗震结构多道设防的原则，只要保证墙肢安全，整个结构就不至于发生严重破坏或倒塌。

框架—核心筒结构是双重结构体系，是由框架和核心筒两个系统组成的，核心筒作为第一道防线，框架作为第二道防线。在结构中,核心筒在各个方向上都具有较大的抗侧刚度,因此成为结构中的主要抗侧力构件。在小震作用下,结构整体处于弹性状态,此时核心筒承受绝大部分地震剪力,一般可达总剪力的85 %以上,其刚度大小对结构小震作用下的侧移起控制作用; 在中震及大震作用下,筒体开裂,并且先于框架屈服, 其抗侧刚度降低,所承担的剪力比例有所减小。而核心筒外围的框架主要承受竖向荷载,并按刚度分配分担相应的剪力,在中震和大震作用下,随着核心筒刚度的降低,框架承担的剪力也相应有所增加。因此,外框架应具有足够的承载力,以充分发挥框架—核心筒结构的多道抗震防线作用。

框架—核心筒结构具有三道抗震防线:连梁、墙肢或子筒、外框架。框架—核心筒结构中的各构件设防要求可表述如下:1) 小震作用下,连梁、墙肢或各子筒、外框架均处于弹性状态。2) 中震作用下,连梁进入塑性,各子筒基本处于弹性状态,外框架也基本保持弹性状态。震后修复主要集中于耗能连梁。3) 大震作用下,连梁屈服程度较大,但具有足够的塑性变形能力;各子筒部分进入塑性,但塑性发展程度不大;外框架结构基本保持弹性,少量进入塑性状态。

2、延性的含义，并分析提高钢筋混凝土构件延性的主要措施（15分）

结构延性的定义：结构承载能力无明显降低的前提下，结构发生非弹性变形的能力。

这里的“无明显降低”比较认同的指标是，不低于其极限承载力的85%。

提高钢筋混凝土构件延性的主要措施：①控制构件的破坏形态。弯曲构件的延性远远大于剪切构件的延性，构件弯曲屈服直至破坏所消耗的地震能量也远大于构件剪切破坏所消耗的能量。所以，进行抗震设计时，应在计算和构造方面采取措施，力争避免构件的剪切破坏，争取更多的构件实现弯曲破坏。②减小杆件的轴压比。试验研究结果表明，柱的侧移延性比随着轴压比的增大而急剧下降；而且在高轴压比的情况下，增加箍筋用量对提高柱的延性比不再发挥作用。③高强混凝土的应用。高强混凝土的应用可以减低柱的轴压比，保证柱有良好的延性，但是还应适当减低剪压比的控制。④钢纤维混凝土的应用。钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入少量乱向短钢纤维形成的一种复合材料。钢纤维混凝土具有较高的抗拉、抗裂和抗剪强度以及良好的抗冲击韧性和抗地震延性。⑤型钢混凝土的应用。型钢钢筋混凝土结构是把型钢置入钢筋混凝土中，使型钢、钢筋（纵筋和箍筋）、混凝土3种材料元件协同工作以抵抗各种外部作用效应的一种结构。

3、试分析地震动三要素及其对结构地震反应的影响（15分）

地震动三要素：幅值，频谱，持续时间。

振幅：地震动幅值可以是地面运动的加速度，速度，或位移的某种最大值或某种意义下的有效值。振幅对地震动反应谱的影响是线性的，即地震动振幅越大，地震反应谱值也越大，且它们呈线性比例关系。故地震动幅值仅对地震反应谱值大小有影响。

频谱：地震动频谱特性指地震动对具有不同自振周期结构的地震反应的影响特性，通常可以用反映谱，功率谱和傅里叶谱来表示。频谱反应了地震动不同频率简谐运动的构成。由共振原理知。地震反应谱的“峰”值将分布在振动的只要频率成分段上。因此地震动的频率不同，地震反应的“峰”的位置不同。

持续时间：地震动持时对结构的破坏程度有着较大的影响。在相同的地面运动最大加速度作用下，当强震的持续时间长，则该地点的地震烈度高，结构物的地震破坏重；反之，当强震的持续时间短，则该地点的地震烈度低，结构物的破坏轻。地震动强震持时对结构反应的影响主要表现在结构的非线性反应阶段。持时的重要意义同时存在于非线性体系的最大变形反应和能量耗散累积两种反应之中，非线性体系的累积耗能比最大变形对地震动持时更为敏感。

4、 试分析时程分析法中步长的选择原则（10分）

时程分析法是将地面运动时间分割成许多微小的时段，相隔时间步长t ∆，然后在每个时间间隔t ∆内把结构体系当成线性体系来计算，逐步求出体系在各个时刻的反应。时间步长的选择主要根据加速度时程曲线（包括强震记录及人工地震波）的周期范围以及结构自振周期范围等综合确定。通常有两种参考建议确定时间步长的选择：

①时间步长一般可选取t ∆=（1/5~1/10）g T ，g T 为加速度时程曲线的主要周期（算法包括无条件稳定及条件稳定的）。其中一类场地土可取1/5，其他场地土可取1/10。②时间步长的选取应满足{}

0min 1/6,1/2,g e t T T T ∆=∆，g T 为有意义的结构最低周期；e T 为地震波有意义的最低周期分量；0T ∆为地震波时程的数值化时间间隔。此外，根据计算经验，《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）规定地震波的时间间距取为0.01s 或0.02s 是合适的，一般结构取为0.02s 就可以得到较好的计算精度。时间步长取得过大，不然大量遗失加速度时程曲线中的峰值，带来较大的计算误差。

5、 试分析杆系结构数值分析模型中的纤维模型原理的基本假定及其适用对象

基本原理是: 将构件纵向分为若干段, 以每一段中间某一截面的变形代表该段的变形, 在此界面上又划分出若干混凝土纤维和钢筋纤维, 纤维单元的受力状态仅为一维, 可依据平截面假定来设定纤维的应变, 截面内力由截面积分得到。

纤维模型具有以下特点: ( 1 ) 构件的恢复力特性为截面上纤维本构关系的积分结果, 从而可以适用于任意截面特性的构件, 如钢筋混凝土圆柱、型钢混凝土构件、异性钢管混凝土柱等; ( 2 ) 可采用受横向约束的混凝土单轴应力 - 应变本构系, 以考虑横向约束作用对构件恢复力特性的影响, 如钢板或纤维布加固钢筋混凝土柱等; ( 3 ) 在截面纤维模型的基本公式中, 构件轴力与弯矩为同一截面上所有纤维内力的积分。因此, 该模型能直接反应构件轴力与弯矩之间的相互作用, 从而可以很好地模拟结构的弹塑性性能。

假定：纤维模型基于平截面假设，且不考虑剪切效应或仅考虑弹性剪切效应。

适用于任意截面特性的构件，如钢筋混凝土圆柱、型钢混凝土构件、钢结构、预应力混凝土结构等；面对不断涌现的新材料如高性能混凝士和回收再利用的混凝土、高强钢丝、新型预应力筋等，还有不断出现的复杂高层结构体系和重大工程项目等等，都可能有很好的模拟结果。

基本假定：纤维模型是指将纤维截面赋予梁柱构件(即定义构件的每一截面为纤维截面),纤维截面是将构件截面划分成很多小纤维(包括钢筋纤维和混凝土纤维)对每一根纤维只 考虑它的轴向本构关系,且各个纤维可以定义不同的本构关系。纤维模型假定构件的截面在变