動力——學(xué)習(xí)筆記

1、動力分析一、 地震工程地震本質(zhì)上是一個簡單的位移脈沖。當(dāng)斷裂發(fā)生時，接近斷裂面附近的應(yīng)變釋放，同時兩邊發(fā)生突然的相對位移。斷層面的取向用“走向”和“傾斜”來描述，走向為斷層與水平地面的交線與北向的方位角，而傾斜是斷層面和水平地面的夾角。走向滑移：水平剪應(yīng)力導(dǎo)致斷層走向方向的橫向運動，分為左橫向和右橫向。傾向滑移：巖體的相對滑動沿斷層的傾斜方向。正向：上邊的巖體有相對向下的運動，與表面巖石層的張應(yīng)力有關(guān)。反向：上邊的巖體有相對向上的運動，與表面巖石層的壓應(yīng)力有關(guān)。二、 各種周期卓越周期的定義地震發(fā)生時，由震源發(fā)出的地震波傳至地表巖土體，迫使其振動，由于表層巖土體對不同周期的地震波有選擇放大作用，

2、某種巖土體總是以某種周期的波選擇放大得尤為明顯而突出，使地震記錄圖上的這種波記錄得多而好。這種周期即為該巖土體的特征周期，也叫做卓越周期。由多層土組成的厚度很大的沉積層，當(dāng)深部傳來的剪切波通過它向地面?zhèn)鞑r就會發(fā)生多次反射，由于波的疊加而增強，使長周期的波尤為卓越。卓越周期的實質(zhì)是波的共振，即當(dāng)?shù)卣鸩ǖ恼駝又芷谂c地表巖土體的自振周期相同時，由于共振作用而使地表振動加強。巨厚沖積層上低加速度的遠(yuǎn)震，可以使自振周期較長的高層建筑物遭受破壞的主要原因就是共振。更形象的解釋是某次地震經(jīng)過土層過濾后，在地表測到的地面運動，再經(jīng)過傅里葉變換得到的峰值對應(yīng)的周期。1. 自振周期T結(jié)構(gòu)按某一振型完成一次自由振

3、動所需的時間，是結(jié)構(gòu)本身的動力特性，與結(jié)構(gòu)的高度H、寬度B有關(guān)。2. 基本周期T1是指結(jié)構(gòu)按基本振型完成一次自由振動所需的時間。基本振型：單質(zhì)點體系在諧波的作用下的振型稱為基本振型：任一地震波都可以分解為若干諧波的疊加，多質(zhì)點體系按振型分解法計算地震作用時，可以簡化為具有基本振型的等效單質(zhì)點體系進行分析。而對建筑結(jié)構(gòu)而言，有時又稱為主振型，一般是指每個主軸方向以平動為主的第一振型。3. 場地卓越周期T0根據(jù)覆蓋層厚度H和土層剪切波速vs按公式T04hi/vsi計算的周期，表示場地土最主要的振動特性，可直接測得。場地卓越周期是指場地的基本周期，因為場地也可以看作一種結(jié)構(gòu)，因此場地也有一系列自振周

4、期，其中基本周期被稱作卓越周期，卓越周期的數(shù)值為地震波穿越場地厚度時所用時間的4倍。地震波中與卓越周期相近或相等的諧波分量將被放大很多。4. 設(shè)計特征周期或特征周期Tg僅與震級、震中距，場地類別有關(guān)，由場地類別和地震分組決定，為地震影響系數(shù)曲線中下降段起始點對應(yīng)的周期值。特征周期Tg是基于設(shè)計反應(yīng)譜提出的輔助概念，與影響系數(shù)譜緊密結(jié)合，具有統(tǒng)計性。針對具體的地震波，是沒有特征周期的概念的，但可分析得到它的卓越周期，即通過FFT變化得到的最大幅值所對應(yīng)的周期值。5. 地震動的卓越周期Tr地震動卓越周期可通過幾種方法計算：周期-頻度譜，可稱為地震波的卓越周期。反應(yīng)譜分析，可稱為地震波的反應(yīng)譜卓越周

5、期。傅里葉變換，可稱為地震波的傅里葉譜卓越周期。以上各種方法得到的卓越周期都可稱為地震波的卓越周期，但其值是不同的。(地震波是在某種場地上記錄下來的，因此上述“地震波”=“記錄地震波”，然而真正的“地震波”是得不到的，所以可以認(rèn)為地震波的卓越周期=場地卓越周期)。地震波的卓越周期是地震震源特性、傳播介質(zhì)和該地區(qū)（記錄點）場地條件的綜合產(chǎn)物。顯然對同一場地不同地震的場地卓越周期也不相同，但當(dāng)?shù)卣鸫蟮揭欢墑e時，場地卓越周期是一固定值，因此可以通過場地的自振周期來估計。一般可通過記錄地震波計算、常時微動試驗和場地分層剪切波速測試等方法近似確定場地卓越周期。對于時程分析而言，場地類別確定后，選定天然

6、地震波需要選擇卓越周期接近結(jié)構(gòu)主振型周期（這里不是單指結(jié)構(gòu)的基本周期）的地震波激勵。選擇實際地震記錄或人工地震波的過程中首先要注意的是實際記錄或人工地震波的功率譜密度函數(shù)要與上面得到的建設(shè)場地的土壤特性相一致,不僅要求主要周期盡可能地接近建設(shè)場地的卓越周期,還要力求使該波型的功率譜密度函數(shù)的形狀與場地的土壤特性相符合,特別是在低于結(jié)構(gòu)基本頻率那部分頻率上的功率盡可能一致,這部分功率譜將對結(jié)構(gòu)的彈塑性反應(yīng)起主要的影響當(dāng)場地土的特征周期與地震波卓越周期相近時會放大地震，反之過濾該頻率；結(jié)構(gòu)的周期與該場地上的地震記錄的卓越周期相近時也會增大結(jié)構(gòu)反應(yīng)，（共振現(xiàn)象）6. 場地脈動周期Tm應(yīng)用微震對場地的

7、脈動、又稱為“常時微動”進行觀測所得到的振動周期。測試應(yīng)在環(huán)境十分安靜的情況下進行，場地的震動類似人體的脈搏，所以稱為“脈動”。場地脈動周期反映了微震動的情況下場地的動力特征，與強地震作用下場地的動力特性既有關(guān)聯(lián)，又不完全相同。地脈動測試所獲得的波群波形，通過傅里葉譜分析，在頻譜圖中幅值最大的那一根譜線所對應(yīng)的頻率即為所測場地微振動信號的卓越頻率，并由此計算出卓越周期即脈動卓越周期。國內(nèi)的相關(guān)研究表明：地脈動是一種以剪切波為主的體波，剪切波在覆蓋層中的傳播時間與地脈動卓越周期密切相關(guān)，能夠較好的反應(yīng)地脈動卓越周期大小，覆蓋層厚度，剪切波在覆蓋層中的等效剪切波速，剪切波在軟土層中的等效剪切波速和

8、軟土層的厚度是影響地脈動卓越周期的重要因素，其中最主要的影響因素是剪切波在覆蓋層中的等效剪切波速。在場地條件較好，波速測試較為理想的情況下脈動卓越周期與通過剪切波速數(shù)據(jù)計算的場地卓越周期基本一致，但在場地條件較差，覆蓋層土質(zhì)不均的及其它因素的影響，脈動卓越周期與通過剪切波速計算的場地卓越周期存在較大差異。一般認(rèn)為對于重要工程，最好通過地脈動測試來確定場地脈動卓越周期。！再總結(jié)結(jié)構(gòu)的自振周期求法三、 各種譜譜：將含有復(fù)雜組成的東西，分解為單純的成份，然后按照這些成份的特征量的大小，依次排列成的東西。譜分析的目的就是，將本來什么也看不出來的地震波記錄，作某些加工，使波的性質(zhì)清楚地顯示出來，與此同時

9、，采取某種有效的方法來考慮它對結(jié)構(gòu)物的影響。另一方面，根據(jù)觀測到的波的譜，能夠研究波經(jīng)過的途徑，以及途中受到過哪些影響，也可以說能弄清它的來龍去脈。采用光滑曲線來進行譜分析的方法叫模擬（analog)分析；和它相對應(yīng)，按一定的間隔，讀取波形的數(shù)值，將這些數(shù)值進行數(shù)值分析，這種方法叫做數(shù)字(digital)分析。零交法也好，峰點法也好，在進行周期-頻度分析時，都只注意到波的周期性質(zhì)。與此相反，概率密度分布全然和時間因素?zé)o關(guān)，將只著眼于波的振幅。概率密度分布應(yīng)該關(guān)心的問題并不是振幅本身的大小，而是包含在各式各樣波中的大小振幅的混雜情況， 也就是它的分布問題（說得更通俗一些，在波的右側(cè)立一屏幕， 讓

10、光線從左邊照過來。這樣，在波大量重疊的地方，密度就濃，光線就難以通過，而密度稀的地方，光線容易通過， 在屏幕上就出現(xiàn)濃淡不同的影子。這個濃淡影子的分布就顯示出這個波的概率密度分布。）1. 地震記錄地震波是在時域中分析，反應(yīng)譜是在頻域在分析。通過譜分析就能確定地震記錄適合哪類場地。地震波轉(zhuǎn)到反應(yīng)譜一般是通過傅立葉變換（傅立葉變換，實際就是把一個貌似沒啥規(guī)律的任意曲線分解成一堆不同頻率的正弦波、余弦波的線性組合），把地震波中各個頻段用反應(yīng)譜的方式表示出來，就很清楚某條地震波在某個時間段內(nèi)，各有多少頻段的地震波。因此，當(dāng)對地震波進行濾波時，會把組成地震波的某些頻率的正弦波或余弦波過濾掉，那就相當(dāng)于把

11、它們對地震波的貢獻去掉，從而有可能導(dǎo)致峰值的減小。Peer strong earth motion的地震記錄都做了濾波處理。將地震時程記錄轉(zhuǎn)變成反應(yīng)譜（或功率譜）有以下目的： a) 單條反應(yīng)譜也可以用來進行振型分解+反應(yīng)譜的辦法計算結(jié)果反應(yīng)，可以用來和時程積分對比。多條記錄的反應(yīng)譜可以用來作為統(tǒng)計平均用（隨機分析）b) 可以對地震波的來源進行分析：u 卓越周期u 頻率含量u 地震波的能量（功率譜面積）c) 特殊的地震記錄（如橋上）的譜分析可以用來系統(tǒng)識別。有時間差別的記錄可以用來分析橋梁的變化和潛在的破壞。d) 功率譜可以直接用來作隨機振動分析的輸入。2. 地震（加速度）反應(yīng)譜給定地面運動加速

12、度記錄x0t、結(jié)構(gòu)阻尼比，通過計算單自由度體系絕對加速度反應(yīng)時程曲線（傅里葉變換），則可計算出在特定地震記錄下質(zhì)點的最大加速度反應(yīng)Sa與結(jié)構(gòu)自振周期T的一條關(guān)系曲線，Sa-T曲線即為加速度反應(yīng)譜曲線。但為了與直接通過時程分析計算出來的反應(yīng)譜相區(qū)別，把上述產(chǎn)生的譜稱為擬地震反應(yīng)譜。為了形象地說明地震反應(yīng)譜的概念，在一個振動臺上，并排放上一組阻尼常數(shù)為h而固有周期彼此不同的振子單質(zhì)點系。在圖中畫出了三種類型，有較短周期T1 的，中等周期T2的與較長周期T3 的。接著，用某一地震的加速度去揺晃這個振動臺。也就是對這組質(zhì)點系輸入地震加速度。于是，各質(zhì)點系隨著振動臺的運動而搖動。表現(xiàn)出對輸人加速度的反應(yīng)

13、。現(xiàn)在假設(shè)已經(jīng)用某種方法，把各質(zhì)點的反應(yīng)加速度測定出來，把反應(yīng)加速度波形記錄下來了。必然, 固有周期短的振子振動得快，而長周期的振子振動慢。波形的振幅變化雖然受輸入加速度波形的支配，但周期卻與輸人的關(guān)系不大，各自與振子的固有周期相接近。接著，從這些波形中找出最大振幅?，F(xiàn)在雖然只對三個周期不同的振子作了說明，但是，如果在振動臺上并排放上只是周期稍有不同的非常多的單質(zhì)點群，就能得到一條用實線表示的曲線， 它是由聯(lián)結(jié)最大加速度反應(yīng)的點得到的。此外，要說明一點, 現(xiàn)在假定的阻尼常數(shù)都是h，如改變這個值，再重復(fù)類似的實驗，能得到與不同阻尼常數(shù)相對應(yīng)的曲線。同樣，如測定的是質(zhì)點的速度與位移，經(jīng)過同樣的操作

14、，就能分別求得速度反應(yīng)譜與位移反應(yīng)譜, 不用說，不管在什么情況下，阻尼常數(shù)越小，反應(yīng)就越大。通俗來講就是把加速度反應(yīng)按單自由度的周期排隊列出來。反應(yīng)譜實際是時程曲線的頻率域的反應(yīng)排隊。它和頻率域的功率譜有直接的關(guān)系。反應(yīng)譜+振型分解法用來計算結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)就是我們常說的動力計算方法。對于不同的值可得到不同的Sa-T曲線。如果阻尼比一定，一種加速時程是對應(yīng)一種加速度反應(yīng)譜，如果阻尼比不一樣，一種加速時程則對應(yīng)一簇加速度反應(yīng)譜。根據(jù)反應(yīng)譜曲線，當(dāng)?shù)孛孢\動和阻尼比確定以后，結(jié)構(gòu)的最大反應(yīng)只是結(jié)構(gòu)自振周期T的函數(shù)。反應(yīng)譜的意義：僅從記錄上是無法了解地震波的種種特性的，特別是無法了解那些對結(jié)構(gòu)物有影晌的

15、地震波特性。前面講到的傅里葉譜（單純的把地震記錄進行傅里葉變換得到的譜），只能表示地震波本身的頻率特性，與結(jié)構(gòu)物的概念沒有任何的聯(lián)系。但反應(yīng)譜與此相反，它表現(xiàn)出地震波對單質(zhì)點系所代表的結(jié)構(gòu)物的最大的影購。因此和傅里葉譜相比，可說是更具有工程上的意義；加速度反應(yīng)譜給出了作用于結(jié)構(gòu)物的力，即由地基向結(jié)構(gòu)物輸入的力。從加速度反應(yīng)譜上讀到的，與結(jié)構(gòu)物的固有周期及阻尼常數(shù)相對應(yīng)的反應(yīng)值就是作用在結(jié)構(gòu)物上的最大絕對加速度，將它與結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量相乘，就是結(jié)構(gòu)物在地震中產(chǎn)生的最大剪力；速度反應(yīng)譜代表了地震動給予結(jié)構(gòu)物的最大能量，因此，速度反應(yīng)譜可以理解為一種功率譜；位移反應(yīng)譜表示位移，即變位的大小， 因此與結(jié)構(gòu)

16、物中引起的應(yīng)力有關(guān)。在位移反應(yīng)譜中，對應(yīng)固有周期與阻尼常數(shù)讀得的最大值為最大位移，若將它乘以彈簧系數(shù)便得最大剪力Q；反應(yīng)譜本來是關(guān)于簡單的單質(zhì)點系的概念。但是復(fù)雜的多質(zhì)點系結(jié)構(gòu)物的振動也可分解為簡單的單質(zhì)點系的振動分量，叫做振型，根據(jù)反應(yīng)譜分別求得每個分量的反應(yīng)之后，再將它們合成，就能確定復(fù)雜振型的反應(yīng)，這種分折方法稱為振型分解法。3. 動力放大系數(shù)譜實際上就是相對于地面最大加速度的加速度反應(yīng)譜，兩者在形狀上完全一樣。4. 標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜根據(jù)大量強震記錄算出的對應(yīng)于每一條強震記錄的反應(yīng)譜曲線，然后統(tǒng)計出最有代表性的平均曲線作為設(shè)計依據(jù)，即為標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜曲線。震級、震中距、場地條件對反應(yīng)譜曲線有比較明

17、顯的影響。5. 設(shè)計反應(yīng)譜為了便于計算，抗震規(guī)范采用相對于重力加速度g的單質(zhì)點絕對最大加速度Sa/g與結(jié)構(gòu)的自振周期T之間的關(guān)系作為設(shè)計反應(yīng)譜。其中a=Sa/g表示為地震影響系數(shù)。地震影響系數(shù)a根據(jù)地震烈度、場地類別、設(shè)計地震分組和結(jié)構(gòu)自振周期以及阻尼比按地震影響系數(shù)曲線確定。地震影響系數(shù)曲線平臺段是指在某一振型下，其相應(yīng)自振周期在0.1Tg內(nèi)時，其影響系數(shù)取最大值。a) 由于輸入地震波具有極大的不確性，這種不確定性對于地震波來說主要表現(xiàn)為最大加速度值、頻譜成分和持續(xù)時間，而頻譜成分必然影響反應(yīng)譜最大值在周期軸上的位置。但由于未來地震波的頻譜成分不可知，所以，只有預(yù)測一個反應(yīng)譜最大值出現(xiàn)的周期

18、范圍，這便是決定反應(yīng)譜平臺的一個原因；b)  每一種場地類型實際包含了很多很多具體的場地情況在內(nèi)，而每一種具體的場地其卓越周期是不一樣的，而卓越周期會使得反應(yīng)譜最大值的位置在周期軸上變動，因此每一種類型的場地實際上對應(yīng)很多卓越周期，或者說對應(yīng)于反應(yīng)譜的一個周期范圍，這也是決定反應(yīng)譜必須考慮一個平臺的原因。 規(guī)范設(shè)計反應(yīng)譜的建立程序一般要經(jīng)過四個過程：這四個過程可以簡單地歸結(jié)為標(biāo)準(zhǔn)化、平均化、平滑化和經(jīng)驗化。標(biāo)準(zhǔn)化是指將地震動記錄的絕對反應(yīng)譜簡單處理為標(biāo)準(zhǔn)化反應(yīng)譜或放大系數(shù)譜的過程（如用1個g的峰值加速度水準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化）；平均化是設(shè)計譜建立過程中的主要工作，需要在地震動記錄的選取

19、分類基礎(chǔ)上進行，地震動記錄的數(shù)量，其選取是否具有代表性，記錄分類指標(biāo)和分類方法的選擇，分類程度的粗細(xì)等都會對平均結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，也是不同研究結(jié)果之間存在差異的最主要原因；平滑化（僅僅是為了使圖形光滑，并不會使波形的本質(zhì)受到歪曲和畸變）指按照一定的表達形式將平均結(jié)果簡單處理為光滑線條或簡單形狀的過程，經(jīng)驗化則是根據(jù)專家的經(jīng)驗考慮最終確定設(shè)計譜的過程，一般需要結(jié)合經(jīng)濟狀況、安全度以及數(shù)據(jù)的離散情況而定。具體來說就是按場地分類，歸一化峰值，用上百個實際地震記錄反應(yīng)譜的平均值， 再考慮各種因素，平滑曲線，公式化曲線（盡量擬合成一個公式），處理短周期（考慮到安全和結(jié)構(gòu)周期可能的變化將短周期部分拉平）

20、和長周期（長周期部分下降太多對計算不安全因此適當(dāng)上調(diào)）等特殊情況，可以得到反應(yīng)譜。由于受強震儀頻率響應(yīng)范圍的限制，無法記錄到超過10s以上的地面運動成分，在超過5s以上的成分失真，而且在對加速度記錄進行誤差修正時將數(shù)字化過程零線修正所產(chǎn)生的噪音慮出的同時，也將地面運動長周期分量濾去了；此外由于長周期段的譜值太小，對抗震設(shè)計沒有控制作用，為此各國規(guī)范對此均作了不同程度的修正。我國反映譜方法的曲線是由255條地震波的地震反映的平均值，而非包絡(luò)值，體現(xiàn)的是共性，但無法反映結(jié)構(gòu)進入塑性的整體結(jié)構(gòu)性能。時程方法體現(xiàn)的是具體某條地震波的反映，不同地震波作用下結(jié)果的差異也很大，需要合理選波。6. 傅里葉譜由

21、于傅里葉譜能夠表明，在原來的波中含有什么樣的頻率分量以及哪些分量的振幅大，因此可以用它來推測這個地震波對結(jié)構(gòu)物的影響。如果有的分量的振幅特別大，就稱這些分量是卓越的，這些分量的頻率或周期，就分別稱為卓越頻率或卓越周期。但是，對于頻率大于奈奎斯特頻率（f=12t）的高頻分量，從傅里葉譜中是找不出來的。傅里葉譜表示法，有兩個重要意義，一是從時間過程中檢出頻率分量，另一是進行了由時域到頻域的變換。把時間過程作傅里葉變換，就從時間的范疇變換到了頻率的范疇。而且在必要時，還可以從頻率的范疇再變換到時間的范疇，也就是使原來的波形再次重現(xiàn)。這就是傅里葉逆變換。這樣看來，波形和譜，盡管兩者在形狀上完全不同，但

22、所含的信息卻是完全相等的。7. 功率譜函數(shù)采樣值Xm的均方值稱為平均功率。把平均功率分解為各頻率分量所占有的成份。就是說，它表示在全體平均功率中，每個頻率分量所占的部分各有多少。對照各分量的頻率一一畫出來，從圖形上可以看出， 在平均功率中， 哪些分量大，哪些分量小。保留了頻譜的幅度信息，但丟掉了相位信息。功率譜是隨機過程的統(tǒng)計平均概念，平穩(wěn)隨機過程的功率譜是一個確定函數(shù)；而頻譜是隨機過程樣本的Fourier變換，對于一個隨機過程而言，頻譜也是一個“隨機過程”。（隨機的頻域序列）功率譜的單位，如數(shù)據(jù)Xm為加速度時，應(yīng)為伽2.秒或厘米2/秒3 ，若數(shù)據(jù)為速度或位移時，它的單位就應(yīng)分別為厘米2/秒或

23、厘米2.秒功率譜與傅里葉譜，二者在本質(zhì)上沒有什么不同。功率譜的縱坐標(biāo)與傅里葉譜的相比，大體上存在平方的關(guān)系，因此可理解為，功率譜強調(diào)了各成分波對結(jié)構(gòu)物的影響。傅里葉振幅譜與傅里葉相位譜，就可以使原來的波形照樣地顯現(xiàn)出來。而在僅僅有功率譜的情況下，由于各分量的相位角不固定，就會得到無數(shù)個具有同一功率譜的波。頻譜的存在性僅僅取決于該隨機過程的該樣本的Fourier變換是否收斂。時域信號->相關(guān)函數(shù)-(FFT變換)->功率譜-(除以頻率分辨率)->功率譜密度，這叫做間接求法，可以抑制白噪聲，或者通俗的說不規(guī)律信號，分析的點數(shù)越多，規(guī)律信號的信噪比越好。頻譜成分包含兩個含義，一、傅里

24、葉譜，也就是說地震波都是有哪些諧波組合而成的，并且個個諧波的權(quán)重有多少；二、反應(yīng)譜，反應(yīng)譜也可以看作是地震波頻率成分的一種表現(xiàn)形式，但是與傅里葉譜不同，最好綜合兩者來理解。四、 振動分析（質(zhì)點桿系模型）振動分析必須明確的問題：通過振動分析所要達到的目的，為了達到這個目的而選定合適的簡化模型和分析方法，為了做出確切的分析和評價而對輸出結(jié)果進行整理。振動分析和靜力框架結(jié)構(gòu)分析一樣，輸入承載力和外力就會輸出應(yīng)力和應(yīng)變等響應(yīng)值。振動分析只不過是了解結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的一個工具，結(jié)構(gòu)的好壞隨著使用者的知識結(jié)構(gòu)和設(shè)計經(jīng)驗的不同會有不同的理解。結(jié)構(gòu)框架是由許多構(gòu)件組合而成的，建立構(gòu)件級水平的模型，通過對每一根構(gòu)件

25、的彈塑性響應(yīng)分析可以直接求出全部構(gòu)件的應(yīng)力，但是，要考慮地震波和分析模型的離散性，利用它直接設(shè)計截面會很復(fù)雜，因此比較詳細(xì)的模型往往只用于有必要驗證細(xì)部響應(yīng)的情況才使用。有時利用一條地震波和一個較高精度的構(gòu)件級水準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)模型進行時程地震響應(yīng)分析，并利用所得結(jié)構(gòu)與常用的簡便模型的解析精度進行分析，詳細(xì)地研究建筑結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。把地震波解釋為在結(jié)構(gòu)使用期間可能遭遇到的一種具有概率性質(zhì)的荷載，并且在短時間內(nèi)就會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強大的沖擊。對于動態(tài)效應(yīng)比較顯著的超高層建筑的設(shè)計仍然還以靜態(tài)分析為主進行構(gòu)件截面設(shè)計的理由：1. 在靜態(tài)分析中，利用一種荷載就能完全得出結(jié)果，而在動態(tài)分析中，由于響應(yīng)值的離散性，必

26、須要把多種地震波作為輸入波來進行分析；2. 在抗震設(shè)計中所設(shè)計的結(jié)構(gòu)速度響應(yīng)范圍內(nèi)，對于構(gòu)成結(jié)構(gòu)框架的建筑材料，它對速度的依存性可以忽略不計。因此只要在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的變形是一致的，則可以認(rèn)為動態(tài)分析和靜態(tài)分析中得到的結(jié)構(gòu)應(yīng)力是相同的；3. 在靜態(tài)分析中只能得到滿足平衡條件的一組框架應(yīng)力，但是在動態(tài)分析中由每個構(gòu)件最大應(yīng)力值所組成的框架應(yīng)力并不滿足平衡條件；4. 在靜態(tài)分析和動態(tài)分析有機結(jié)合以后所進行的設(shè)計相比較，只用動態(tài)分析做設(shè)計時因有必要對每一構(gòu)件進行彈塑性分析，使得分析和設(shè)計工作變得很復(fù)雜；5. 設(shè)計用地震波波形現(xiàn)在可以認(rèn)為是作用于建筑結(jié)構(gòu)第一層剛性地板模型的地震波，若使用與響應(yīng)譜對應(yīng)的建筑

27、結(jié)構(gòu)響應(yīng)值來確定設(shè)計用地震波是比較容易接受的，因為這種考慮方法易于跟由響應(yīng)值確定靜態(tài)地震作用的靜態(tài)設(shè)計方法結(jié)合起來使用；6. 一般采用的方法是利用等效的靜態(tài)地震作用進行靜態(tài)框架分析設(shè)計，再通過動態(tài)分析驗證其目標(biāo)響應(yīng)值。靜態(tài)分析時所用的水平地震作用時通過把多種時程地震波輸入結(jié)構(gòu)以便進行振動響應(yīng)分析，并在所得的響應(yīng)值的基礎(chǔ)上確定水平地震作用?；诮ㄖ龅刂車木哂懈怕侍攸c的地震資料和基于活動斷層數(shù)據(jù)的確定性方法是有效的分析方法，但是這種方法求得的地震波是沒有有效依據(jù)的，而且還要考慮其離散變化的幅度，因此設(shè)計用的地震波是根據(jù)地震災(zāi)害經(jīng)驗和有設(shè)計成效的一些建筑規(guī)范所確定的。短周期領(lǐng)域要采用加速度反應(yīng)譜

28、，長周期領(lǐng)域要采用速度響應(yīng)譜，評價地震波的大小和持續(xù)時間時要采用能量譜。要確定設(shè)計用輸入地震波應(yīng)該滿足以下條件：a) 確定設(shè)計用輸入地震波時所采用的方法，應(yīng)該是反映建設(shè)場地的地震環(huán)境和地基特性的方法；b) 利用現(xiàn)在所掌握的技術(shù)知識來確定地震波的水平，并且一定要確保最低限度的抗震安全。地震基巖：深度在數(shù)千米以下S波傳播速度為3km/s以上的土層工程地基：S波波速約為400m/s，能夠作為持力層的地基表層地基：持力層以上至地表面的覆蓋土層一般情況下，地震基巖傳播來的地基的振幅特性是長周期范圍振幅不斷增大，表層地基的振幅特性是即使是軟弱地基，在地基卓越周期不超過2s的短周期范圍內(nèi)振幅保持不變。因此固

29、有周期在短周期范圍內(nèi)的中低層建筑主要受表層地基的增幅特性影響，而處于長周期范圍內(nèi)的隔震建筑、高層和超高層建筑受到表層地基的振幅特性影響比較小，主要受到從地震基巖到工程地基的振幅特性影響。因此當(dāng)把設(shè)計用地震波定義為地表面的地震波時，在長周期建筑中動態(tài)相互作用和輸入損失對其影響極小，可以忽略不計。另外結(jié)構(gòu)剛度很大而固有周期極短的結(jié)構(gòu)如原子能設(shè)施，由于認(rèn)為其地震響應(yīng)由地基的響應(yīng)決定，因此地基與基礎(chǔ)的動態(tài)相互作用和輸入能量損失的研究有較大發(fā)展。對于介于固有周期介于兩者之間的建筑物今后有必要考慮其地基與基礎(chǔ)的動力相互作用和輸入能量損失。 特別地，豎向地震波的評價方法，包括豎向地震波的觀測記錄是今后的研究

30、方向。五、 地震作用分析方法1. 底部剪力法高規(guī)規(guī)定：高度不超過40m、以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的高層建筑結(jié)構(gòu)，可采用底部剪力法。底部剪力法適用于基本振型主導(dǎo)的規(guī)則和高寬比很小的結(jié)構(gòu)，此時結(jié)構(gòu)的高階振型對于結(jié)構(gòu)剪力的影響有限，而對于傾覆彎矩則幾乎沒有什么影響，因此采用簡化的方式也可滿足工程設(shè)計精度的要求。底部剪力法尚有一個重要的意義就是我們可以用它的理念，簡化的估算建筑結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，從而至少在靜力的概念上把握結(jié)構(gòu)的抗震能力，它還是很有用的。2. 振型分解法（反應(yīng)譜法）反應(yīng)譜理論包括三個基本假定：     第一，結(jié)構(gòu)物的地震

31、反應(yīng)是彈性的，可以采用疊加原理進行振型組合。     第二，現(xiàn)有反應(yīng)譜是在所有支撐處的地震動完全相同，基礎(chǔ)與土壤無相互作用下的假定下求得的，因而也只適用于這一條件。    第三，結(jié)構(gòu)物最不利的地震反應(yīng)為其最大的地震反應(yīng)而與其他動力參數(shù)無關(guān)，如達到最大值附近的次數(shù)或概率。 高規(guī)規(guī)定：高層建筑結(jié)構(gòu)宜采用振型分解反應(yīng)譜法。對質(zhì)量和剛度不對稱、不均勻的結(jié)構(gòu)以及高度超過100m的高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)采用考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動影響的振型分解反應(yīng)譜法。反應(yīng)譜的振型分解組合法常用的有兩種：SRSS和CQC。雖然說反應(yīng)譜法是

32、將并非同一時刻發(fā)生的地震峰值響應(yīng)做組合，僅作為一個隨機振動理論意義上的精確，但是從實際上它對于結(jié)構(gòu)峰值響應(yīng)的捕捉效果還是很不錯的。一般而言，對于那些對結(jié)構(gòu)反應(yīng)起重要作用的振型所對應(yīng)頻率稀疏的結(jié)構(gòu)，并且地震此時長，阻尼不太?。üこ躺弦话愣伎梢詽M足）時，SRSS是精確的，頻率稀疏表面上的反應(yīng)就是結(jié)構(gòu)的振型周期拉的比較開；而對于那些結(jié)構(gòu)反應(yīng)起重要作用的振型所對應(yīng)的頻率密集的結(jié)果(高振型的影響較大，或者考慮扭轉(zhuǎn)振型的條件下)，CQC是精確的。這是因為對于建筑工程上常用的阻尼而言，振型相關(guān)系數(shù)（見高規(guī)3.3.11-6）在很窄的范圍內(nèi)才有顯著的數(shù)值。對于采用平均意義上的光滑反應(yīng)譜進行分析而言，其峰值估計與

33、相應(yīng)的時程分析的平均值相比誤差很小，一般只有百分之幾，因此可以很好的滿足工程精度的要求，正是在這個平均（普遍性）意義上，我們認(rèn)為反應(yīng)譜分析方法是精確的。但是對于單個鋸齒形的反應(yīng)譜而言，其分析結(jié)果與單個波的時程分析，誤差可以達到10-30%之間，因此在個別（特殊性）意義上而言，反應(yīng)譜分析結(jié)果是有誤差的，因此，規(guī)范規(guī)定對于復(fù)雜的或者高層建筑需要采用時程分析進行補充計算和驗證。 一般反應(yīng)譜的高頻段是采用平臺段來表達的，實際上對于高階振型反應(yīng)不顯著的結(jié)構(gòu)而言，反應(yīng)譜適用性很好，也足夠準(zhǔn)確。但是對于高柔結(jié)構(gòu)而言，一般高階振型的影響比較顯著，采用時程分析的時候，等于其高頻段的峰值并未被人為削成平臺段，因此

34、采用時程分析的時候此頻段的地震響應(yīng)可能很大，一般表現(xiàn)為高層建筑的頂部或者對其他結(jié)構(gòu)對高階振型影響顯著部位，其地震響應(yīng)峰值比反應(yīng)譜分析結(jié)果要大（但是總體的剪力和彎矩差別則沒這么明顯）。3. 時程分析法理論上時程分析是最準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析方法，但是由于其分析的復(fù)雜性，且地震波的隨機性，因此一般只把它作為反應(yīng)譜的驗證方法而不是直接的設(shè)計方法使用。高規(guī)規(guī)定：79度抗震設(shè)防的高層建筑，下列情況應(yīng)采用彈性時程分析法進行多遇地震下的補充計算：1）甲類高層建筑結(jié)構(gòu)；2）表3.3.4所列的乙、丙類高層建筑結(jié)構(gòu)；3）不滿足本規(guī)程第4.4.24.4.5條規(guī)定的高層建筑結(jié)構(gòu)；4）本規(guī)程第10章規(guī)定的復(fù)雜高層建筑結(jié)

35、構(gòu)；5）質(zhì)量沿豎向分布特別不均勻的高層建筑結(jié)構(gòu)。3.3.5 按本規(guī)程第3.3.4條規(guī)定進行動力時程分析時，應(yīng)符合下列要求：1 應(yīng)按建筑場地類別和設(shè)計地震分組選用不少于二組實際地震記錄和一組人工模擬的加速度時程曲線，其平均地震影響系數(shù)曲線應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計意義上相符，且彈性時程分析時，每條時程曲線計算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法求得的底部剪力的65%，多條時程曲線計算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法求得的底部剪力的80%。2 地震波的持續(xù)時間不宜小于建筑結(jié)構(gòu)基本自振周期的34倍，也不宜少于12s，地震波的時間間距可取0.01s或0.

36、02s；結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)可取多條時程曲線計算結(jié)果的平均值與振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的較大值。使用時程分析方法時，采用不同地震記錄，得到的內(nèi)力、位移等結(jié)構(gòu)差別很大，與底部剪力法或振型分解反應(yīng)譜法的結(jié)果也有很大出入，通常這種差別可達數(shù)倍乃至數(shù)十倍之多。 如何選擇地震記錄，成為使用時程分析法的關(guān)鍵之一。近些年我國學(xué)者在這方面做了大量的研究工作，基本形成了依反應(yīng)譜的兩頻率段選波的選波思路。但綜合各項研究報告和規(guī)范條款不難發(fā)現(xiàn)，研究和規(guī)定多集中于彈性分析部分，而對罕遇地震下的選波指標(biāo)、選波方法的研究還不多。 地震動輸入時程的確定是時程分析法實施的基礎(chǔ)，有資料表明，輸入的不確定性是支配

37、結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)不確定性的最重要因素，具有決定性的作用。國外較先進的抗震規(guī)范分別針對平立面不規(guī)則的建筑、有大跨構(gòu)件、超過一定高度的高層建筑和特別重要的建筑提出了按時程分析法進行抗震計算的要求，對于時程分析法中選取輸入地震動的原則基本上達成共識，即輸入地震動的反應(yīng)譜須擬和設(shè)計反應(yīng)譜（由于設(shè)計和最大可能的地震自由場地面運動通常是根據(jù)設(shè)計反應(yīng)譜指定的），但對于反應(yīng)譜擬和程度的控制尚有爭議。 關(guān)于地震波的選擇有以下幾種方法： （1）依據(jù)場地選波     此方案即是根據(jù)建設(shè)場地類別，同時考慮近遠(yuǎn)震（或震中距）及加速度峰值（或烈度）兩項因素

38、，選擇具有相近場地類別的臺站記錄作為輸入。眾所周知，地震地面運動的影響因素很多。在相同烈度情況下，同一場地類別上所觀測到的地震加速度記錄無論在峰值、波形、頻譜特征和持續(xù)時間上所造成的地面運動也不盡相同。而且，由于場地類別的標(biāo)定具有很大的模糊性，所謂“相同場地”往往是不相同的，即使震中距、震級及反應(yīng)譜卓越周期很接近，但反應(yīng)譜的頻譜特征相差很大，時程分析的結(jié)果當(dāng)然相差甚遠(yuǎn)。另外，多數(shù)國外地震記錄臺站類別很難標(biāo)定。因此，選擇與建設(shè)場地相近或相同的“相同場地”臺站記錄的方案是不足取的。 （2）依場地特征周期 選波     此方案要求記錄的反應(yīng)

39、譜卓越周期與 接近，依此方法選出的地震波，其反應(yīng)譜并不能較好地擬和標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜。原因主要在于實際記錄的反應(yīng)譜卓越周期不易確定，有不同確定方法，不同分析者亦可能有不同的結(jié)果，并非與反應(yīng)譜峰值（或降低的峰值）對應(yīng)的周期簡單對應(yīng)（對于III、IV類場地尤其如此）。因此，盡管 是反應(yīng)譜曲線上的重要控制點，但是這種企圖以反應(yīng)譜曲線上某個控制點使記錄的反應(yīng)譜與標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜相一致的選波方法同樣是不足取的。由于I、II類場地 彼此接近，單純以平臺范圍內(nèi)的譜值作為控制指標(biāo)通常也得不到滿意的結(jié)果。 （3）依反應(yīng)譜的兩個頻率段選波 （4）依反應(yīng)譜 前后的面積選波 采用反應(yīng)譜曲線與周期坐標(biāo)所

40、圍成的面積表征反應(yīng)譜，通過對面積偏差的控制實現(xiàn)所選波與標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜一致性。 綜上所述，輸入地震波的選擇應(yīng)盡可能全面地反應(yīng)建設(shè)場地的三要素，對于反應(yīng)譜一致性的控制，如果要求在各周期上均有較好的擬和，將給選波工作帶來極大困難。從選擇地震動的反應(yīng)譜特征以及動力時程分析結(jié)構(gòu)響應(yīng)對比分析可以發(fā)現(xiàn)：按兩頻率段（基于規(guī)范反應(yīng)譜平臺段和結(jié)構(gòu)基本自振周期段）方案選擇地震波，可獲得最佳效果。在本文中采用了兩頻率段方案作為反應(yīng)譜控制指標(biāo)。A,選波的時候不僅與場地的情況有關(guān)，也與結(jié)構(gòu)的動力特性有關(guān)，這樣才能選出適合的地震波。B,雙向地震分析的時候主次向應(yīng)該采用不同的地震波。C,可適當(dāng)調(diào)整地震波的峰值以滿足規(guī)范

41、的要求，但是不能調(diào)整太大，那樣可能導(dǎo)致地震波與抗震設(shè)防水平和場地不適合。D, 所謂“在統(tǒng)計意義上相符”指的是，其平均地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應(yīng)譜法所用的地震影響系數(shù)曲線相比，在各個周期點上相差不大于 20。時程分析反映一次地震作用的影響；反應(yīng)譜分析涵蓋了一個地區(qū)地震作用的整體統(tǒng)計影響。首先你必須承認(rèn)，時程分析法中的地震波與結(jié)構(gòu)無關(guān)，那么反應(yīng)譜方法中的反應(yīng)譜也是與結(jié)構(gòu)無關(guān)的，因為反應(yīng)譜僅僅是地震波在頻域中的一種表現(xiàn)形式而已。你左手拿著一個地震波時程，右手拿著這個地震波的反應(yīng)譜，然后分別計算同一個結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，你總不能說這個地震波與結(jié)構(gòu)無關(guān)，而這個反應(yīng)譜則與這個結(jié)構(gòu)有關(guān)。那么當(dāng)你用這個地震波

42、又計算另一個類似結(jié)構(gòu)時，難道你還要換一個反應(yīng)譜不成？時程法中也用到阻尼，這和反應(yīng)譜法中的阻尼是一回事，不針對任何結(jié)構(gòu)。即便阻尼發(fā)生變化，我們也只能說反應(yīng)譜和阻尼有關(guān)，而不是說反應(yīng)譜與結(jié)構(gòu)有關(guān)。如果再多說一些，就是應(yīng)該拿著結(jié)構(gòu)去對應(yīng)適用的反應(yīng)譜，而不是針對一個結(jié)構(gòu)去計算一個僅供該結(jié)構(gòu)使用的反應(yīng)譜。就像以前土木人曾經(jīng)說的，反應(yīng)譜如同按照一定的規(guī)則制作好的一些標(biāo)尺，它只能用來衡量其他物體，而不是物體來衡量這些標(biāo)尺。 其次，反應(yīng)譜與傅里葉譜雖然都是頻域內(nèi)的東西，但兩者是不同的。反應(yīng)譜是通過計算地震波對頻率連續(xù)變化的單質(zhì)點體系的影響而實施的一種特殊分解，這里要注意，單質(zhì)點體系的頻率是連續(xù)變化的，而結(jié)構(gòu)在

43、計算振型時僅僅存在有限數(shù)量的頻率，并且結(jié)構(gòu)在運用反應(yīng)譜計算地震響應(yīng)的時候，還必須滿足某些假設(shè)，還要遵守某些規(guī)定，例如振型之間的獨立事件假設(shè)，振型表現(xiàn)出密集性時，要采用修正的計算方法等等。而反應(yīng)譜本身是不存在這些問題的。  再者，我們在給出的反應(yīng)譜根本沒有涉及任何結(jié)構(gòu)，純粹是從地震波出發(fā)，按照反應(yīng)譜的定義來實施計算的，其中頻率變量的范圍根本不是某個結(jié)構(gòu)的有限頻率所能涵蓋的，阻尼的范圍也是個被結(jié)構(gòu)的阻尼所不能比擬的。 斜張橋梁抗震設(shè)計方法：      常用的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法有震度法和動態(tài)分析法兩種，動態(tài)分析法中又包括反應(yīng)譜法和時程分析法動態(tài)分析法比震度法有了較大的改進，它同時考慮了地面運動和結(jié)構(gòu)的動力特性。其中反應(yīng)譜方法中一個重要概念是動力放大系數(shù)，或稱標(biāo)準(zhǔn)化反應(yīng)譜。其定義為：                  (，)=|U+Ug|max/Ug，max式中，右端項的分子為單質(zhì)點體系動力反應(yīng)的絕對加速度反應(yīng)，分母為地面加速度反應(yīng)的峰