地震工程復習模板

資料內(nèi)容僅供您學習參考，如有不當或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。地震工程學內(nèi)容(地震學與工程學的橋梁):(1)工程地震:地震基本知識、地面運動的特征、地面運動的數(shù)值模擬、地震危險性分析(2)結(jié)構(gòu)抗震:抗震基本方法、抗震分析方法、易損性分析、抗震設(shè)計方法(3)社會服務:人員傷亡估計、經(jīng)濟損失估計、地震保險震級:對地震大小的度量(準確的說是對一次地震釋放應變能的度量)。包括里氏震級ML(0.8s內(nèi)的面波振幅),面波震級MS(淺源地震20s內(nèi)的面波振幅)、體波震級Mb(深源地震5s內(nèi)的體波振幅),矩震級MW(考慮斷層錯動)。由于地震波傳播途徑的差異,同一地震在不同地點確定的震級常常不同,差別常達0.5左右,甚至超過1.0.震級飽和現(xiàn)象原因:第一,地殼的強度是有限的,地殼內(nèi)的應力分布是不均勻的,一次斷裂只是一小部分地殼,一次釋放的能量是有限的,地層振動有限;第二,震級定義是根據(jù)某一頻率內(nèi)的能量,這一能量不一定會隨斷裂長度的增加而一直增加。矩震級不會發(fā)生震級飽和現(xiàn)象。地震烈度:指某一區(qū)域內(nèi)地表和各類建筑物遭受一次地震影響的平均強弱程度。一次地震由于地點(指某一區(qū)域)的不同,會出現(xiàn)多種不同的烈度,可是震級只有一個。地震烈度表:研究地震動強弱,作為區(qū)分標準,地震烈度的尺度。只有日本是八度(十度),其它國家為十二度。地震烈度的評定標準:定性指標:低烈度:1-5人的感覺,4-6器物反應;高烈度:6-10建筑物破壞程度,10-12地面破壞。烈度影響因素:在同一地震的影響下,地震烈度不但取決于地震本身的大小,同時還受震源處巖層錯動的方向、震源深度、震中距離、地震波的傳播介質(zhì)、表土性質(zhì)、地下水埋藏深度,以及建筑物的動力特性、建筑材料、設(shè)計標準、施工質(zhì)量和維護情況等許許多多條件的綜合影響。烈度的性質(zhì)(產(chǎn)生質(zhì)疑原因):(1)多指標的綜合性(2)分等級的宏觀性(模糊性)(3)以后果表示原因的間接性關(guān)鍵:(1)抗震設(shè)計(驗算)用不用烈度(2)構(gòu)造措施,要按烈度采用(3)強度、變形的計算依據(jù)反應譜(能夠按烈度確定,也能夠直接確定,但需要確保兩者協(xié)調(diào))等震線(烈度分布圖):同一次地震影響下破壞程度(或烈度)相同的各點的連線。一般情況下,地震烈度隨震中距離的增加而遞減。一般等震線是封閉的,縣內(nèi)地區(qū)的烈度等于或高于一定烈度,線外地區(qū)的烈度低于此烈度。有烈度資料的地點愈多,分布愈密,等震線的輪廓愈明確、可靠。等震線圖的特征:假設(shè)震源為一個點,地震波輻射沒有方向性,傳播介質(zhì)均一,且各觀測點的環(huán)境條件相同,則各等震線是應該管繞震中的一系列同心圓,但實際并非如此。(1)震源有一定的長度和方向,地震波的輻射也有方向性。因此,等震線常呈橢圓形,其長軸方向與發(fā)震斷裂的走向相同。近場等震線表現(xiàn)較為明顯。(2)地形、松散沉積物的分布受區(qū)域構(gòu)造線控制。沿構(gòu)造線方向地震波的衰減率常小于垂直方向。隨震中距離的增大,等震線長軸逐漸轉(zhuǎn)向地區(qū)的主構(gòu)造線方向,且與區(qū)域的山川、水系的走向大致一致(遠離震中時,方向與區(qū)域構(gòu)造線一致)。烈度異常:在某烈度區(qū)內(nèi)會有少數(shù)地點其烈度高于或低于烈度區(qū)的烈度。烈度異常影響因素:地形地貌條件、場地土質(zhì)條件、地下水埋藏深度、當?shù)胤课菘拐鹦阅懿町惲叶人p關(guān)系(烈度影響場):在一定震級條件下烈度隨距離變化的規(guī)律。(觀察條件好數(shù)據(jù)多等震線不規(guī)則)烈度衰減關(guān)系作用:(1)估計一次地震的影響范圍、破壞范圍、損失與傷亡分布。(2)表示地震動的衰減特征。(3)研究區(qū)域震源機制、地殼介質(zhì)、區(qū)域發(fā)震構(gòu)造(深淺、傾斜的分析)。綜合等震線圖:將一個大區(qū)域歷次地震的等震線資料綜合在一張圖上,顯示各地區(qū)遭遇過的最大烈度的圖。她表示各地有地震記載以來所遭遇的最大地震烈度,分區(qū)所構(gòu)成的輪廓顯示了強地震造成破壞的空間分布。綜合等震線圖用途:可為人們認識強烈地震的空間分布特征、地震活動的強度(特別是強弱的上限)與地質(zhì)構(gòu)造條件的關(guān)系和各地區(qū)地震影響場特征等提供重要信息,直接表示了有記載以來地震災害分布的總體圖像,對于國土規(guī)劃,建設(shè)布局、制定減輕自然災害對策等都有重要的參考價值。其歷史記載的取舍原則為”留大舍小”。地震烈度的物理標準:地震烈度和地震動參數(shù)之間的關(guān)系。PGA、PGV等。地震動(強震)觀測的意義:(1)為震后快速評估和抗震救災服務(2)為抗震設(shè)防服務(3)為地震學基礎(chǔ)研究服務強震觀測對現(xiàn)代地震工程學發(fā)展的意義:(1)定性的認識極其重要,如抗震中的概念設(shè)計,但如果缺少量的概念,就很粗糙。只有在定性和定量兩個方面均有一定認識后,才能從經(jīng)驗性的認識上升為科學的解釋。(2)地震中不斷發(fā)現(xiàn)的新現(xiàn)象促使了新規(guī)律、新理論的發(fā)現(xiàn),成為不斷推動地震工程研究發(fā)展的重要推動力。(3)檢驗從抗震研究實踐中總結(jié)出來的認識、理論和辦法是否符合實際,從而加深人們對于地震和抗震客觀規(guī)律的認識。地震動觀測對抗震理論的貢獻:(1)為抗震理論進入反應譜階段提供了必要數(shù)據(jù)(靜力理論階段、反應譜理論階段、基于性能的抗震設(shè)計理論)(2)為研究地震動的特征提供定量數(shù)據(jù)(3)了解結(jié)構(gòu)地震反應、進行結(jié)構(gòu)試驗臺陣的目的:研究不同地震作用,根據(jù)不同的需求,搭建不同形式的臺陣。臺網(wǎng)的目的:研究地震動的空間分布。設(shè)置強度高、頻度大的地震區(qū)。臺陣分類:(1)震源機制臺陣(研究震源機制與地震動之間的相互關(guān)系,布設(shè)在震源或斷層附近)、(2)傳播效應臺陣(研究地震波傳播和衰減規(guī)律,布陣與發(fā)震斷層垂直)、(3)局部效應臺陣(研究周圍局部場地范圍內(nèi)地震動的特征和各種特殊的場地因素對地震動的影響,改進和驗證自由場理論分析模型)、(4)場地影響臺陣(研究不同地點地質(zhì)和地形對于地震動的影響)、(5)大壩觀測臺陣(主要振型、整體性能、自由場地的觀測)、(6)建筑物觀測臺陣(研究地震作用下的結(jié)構(gòu)反應)臺陣布置考慮因素:(1)地震發(fā)生地地震構(gòu)造、頻度、活動趨勢及強度。(2)人口密度和未來地震可能造成的人員傷亡情況。(3)區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和未來地震可能造成的損傷.(4)具有典型性和重要性的場地和建筑物(5)兼顧交通、背景噪聲、通訊、電力供給、安全中國數(shù)字強震動觀測臺網(wǎng):(1)建設(shè)了較高密度的數(shù)字強震動固定臺網(wǎng)(2)建設(shè)了城市地震烈度速報臺網(wǎng)(3)布設(shè)了12個強震動觀測專用臺陣(4)配置了一個由200臺套觀測設(shè)備的強震動流動觀測系統(tǒng)(5)建立了觀測臺站場地資料數(shù)據(jù)庫(6)建立了國家強震動臺網(wǎng)管理系統(tǒng)?；€漂移原因:(1)模擬記錄儀:記錄紙相對記錄器的橫向不規(guī)則運動形成強震加速度記錄中的噪音。初始速度、初始位移和實際的零基線位置都未知。(2)數(shù)字記錄儀:儀器的不準確反應、電磁噪聲、傳感器的物質(zhì)疲勞、背景噪聲和地震動過程中觀測儀器的基座產(chǎn)生不可恢復的位移等。零線校正:數(shù)字濾波器做雙向濾波,截止頻率可經(jīng)過事前噪聲記錄與地震記錄的傅里葉譜分析確定。用最小二乘法調(diào)整零線以消除現(xiàn)行趨勢。地震動為什么主要觀測加速度:(1)根據(jù)牛二定律,加速度與體系的質(zhì)量相乘直接與側(cè)力有關(guān)(2)已知加速度能夠經(jīng)過積分得到速度和位移,但一只速度或位移卻得經(jīng)過微分得到加速度,而數(shù)值微分會放大誤差,而數(shù)值積分則不會,因此觀測加速度能夠在數(shù)據(jù)處理是經(jīng)過累次積分壓制誤差。地震動三要素:(1)幅值:最大PGA、PGV、PGD,有效值EDA,均方根值等(2)頻譜特征:傅氏譜、功率譜、時頻分析和反應譜等(3)持續(xù)時間:括號持時、一致持時、卓越持時。PGA(峰值加速度,與慣性力有關(guān),代表地震動對結(jié)構(gòu)的破壞作用)、PGV(峰值速度,與能量有關(guān))、PGD(峰值位移,與變形有關(guān))地震動峰值的統(tǒng)計平均變化規(guī)律:(1)同樣斷層距處,地震動幅值隨著震級的增大而增大,在大震級段加速度幅值會產(chǎn)生飽和現(xiàn)象。(2)同震級,地震動幅值隨著距離的增大而減小,大地震在近場也會產(chǎn)生飽和現(xiàn)象。(3)土層場地,特別是軟弱場地上,地震動幅值一般比基巖場地上大。(4)在震中區(qū)或地震斷裂附近,基巖場地上的地震動幅值有可能比土層場地上大。EDA(有效設(shè)計加速度):相當于9Hz低通濾波后加速度的峰值。傅里葉譜:表示了地面運動振幅與頻率或周期額關(guān)系,也就是說對于給定的加速度圖,能夠確定出相應振幅的頻率。功率譜(功率密度函數(shù)):用來估計輸入地震動的統(tǒng)計特性,并用隨機振動理論計算隨機響應。括號持時:以對工程結(jié)構(gòu)有影響的最小地震動幅值為閾值,把地震動幅值首次和最后一次達到該閾值的兩個時刻之間的時段取為地震動持續(xù)時間。一致持時:以占峰值的給定比例為閾值,把地震動幅值首次和最后一次達到該閾值的兩個時刻之間的時段取為地震持續(xù)時間。卓越持時:超過Arias烈度一定比例的時間區(qū)間的累積值。譜烈度:從能量的角度表征地震動潛在破壞勢的參數(shù),Sv反映了彈性單自由度體系的能量需要,但譜烈度一個明顯的缺點就是它沒有考慮持時的影響,而持時對結(jié)構(gòu)的累積損傷是很重要的。增量速度:加速度脈沖下的面積,實際上代表速度變化的增量,它與質(zhì)量的乘積代表結(jié)構(gòu)的動量或者相當于地震作用的沖量作用。增量位移:速度脈沖下的面積。反應譜:單自由度體系彈性系統(tǒng)對地震動反應的最大值的絕對值和體系的自振特征(自振周期或頻率與阻尼比)之間的函數(shù)關(guān)系。反應譜是地震動特性而非結(jié)構(gòu)特性。加速度反應譜值在1以內(nèi),速度反應譜值可達100以上,位移反應譜值在50以內(nèi),即速度>位移>加速度。只能反映出分布隨頻率的變化,不能反映隨時間的變化(時頻分析)。反應譜影響因素:場地條件、震級、距離。土質(zhì)越軟,震級越大,距離越遠,反應譜峰值逐漸右移。(Ⅱ類場地小震級是,反應譜值很大)地震動衰減關(guān)系:描述地震動隨震級和距離變化的關(guān)系。是最簡單的預測地震動的經(jīng)驗關(guān)系。地震動衰減的原因:地震的能量是一定的,但地震波的波前以球形擴散,是能量分散、減小,波在場地介質(zhì)中傳播,在傳播過程中,場地介質(zhì)消耗能量。地震動衰減關(guān)系的統(tǒng)計擬合方法:統(tǒng)計+擬合。由于數(shù)據(jù)的分布不可避免地存在病態(tài),自變量之間總要有一定的相關(guān)性,在數(shù)據(jù)不很豐富時,一次個別地震中的數(shù)據(jù)占比例過大、一個場地的記錄占比例過大等,都要有些辦法處理。如加權(quán)擬合(加權(quán)最小二乘法)等。缺乏強震記錄地區(qū)的地震動衰減關(guān)系:(1)使用宏觀烈度分析或者使用數(shù)值分析方法評定該地區(qū)的地震震源和地震波傳播(衰減)特性,與已經(jīng)提出經(jīng)驗的和理論的強運動衰減關(guān)系的世界其它地區(qū)加以比較。(2)辨別所考慮地區(qū)的構(gòu)造環(huán)境類型和發(fā)生的地震震源的斷裂形式(即,板緣、板內(nèi)、淺地殼、俯沖消減帶、走滑等)。從地震震源與所考慮地區(qū)最相似的地理地區(qū)選擇若干衰減關(guān)系式。(3)若需要,根據(jù)該地區(qū)中有限的強地面運動數(shù)據(jù)進行比較,調(diào)整選擇的衰減關(guān)系式,評價和/或理論計算近幾次大地震中強地震動表現(xiàn)的新特征:(1)這些地震動主要特征的變化相當復雜,受許多因素的影響。(2)震害經(jīng)常顯示出比用簡單經(jīng)驗模型預測的大得多的不規(guī)律性,與地震震源過程、從震源到場地的地震波的傳播和場地反應等方面有關(guān)。(3)近斷層的方向性效應、上盤效應、地殼波導效應、盆地邊緣反應效應等都對地震動有重要影響,又都牽涉到更復雜的震源機制、傳播途徑和場地條件的影響中的基礎(chǔ)理論問題。近斷層地震動:在近斷層區(qū)域地震動幅值分布受斷裂的幾何形態(tài)影響很強烈。對于豎直的走滑斷裂,破裂方向性效應對于給定的至斷裂最近距離處地震動引起很強的空間變化。對于傾滑斷裂,有兩個主要的效應:破裂方向性效應和上盤效應。破裂方向性效應是由于破裂傳播和幅射模式效應引起的。上盤效應主要是由斷裂對上盤場地的更近引起的。方向性效應:在斷層近場地區(qū),影響地震動特征的一個重要因素是斷層的破裂方向。根據(jù)場地與斷層的相對位置,方向性效應能夠分為向前效應(forward)、向后效應(reverse)和中性效應(neutral)。如果斷層的破裂方向朝向場地或破裂方向與震源(hypocenter)和場地連線的夾角較小的話,場地的效應稱為向前方向性效應,一般所說的”方向性效應”是指向前方向性效應,因為向前方向性效應產(chǎn)生的地震動對工程結(jié)構(gòu)來說更為不利。如果斷層的破裂方向背離場地或破裂方向與震源和場地連線的夾角較小的話,稱為向后方向性效應。如果場地與震源的連線幾乎垂直于斷層的破裂方向,稱為中性效應。斷層破裂速度在傳播介質(zhì)中幾乎等于介質(zhì)剪切波速,使得斷層產(chǎn)生的能量以非常短的時間到達場地,這樣,在場地的地震動中將產(chǎn)生一個大的速度脈沖(一般發(fā)生在地震動的開始階段)。斷裂上剪切位錯的幅射模式使這個地震動的大脈沖朝向垂直于斷裂方向,引起垂直于斷層分量的峰值速度比平行于斷層分量的峰值速度要大。(表示了從斷裂輻射的大量地震能量的累積效應)上盤效應:一個傾斜斷裂上盤的場地在總體上比下盤上最近距離相同的場地更靠近斷裂面。這引起了上盤短周期地震動比下盤相同最近距離處更大。上盤地震引起的振動比一般地震的大1.3-1.4倍。(同樣的距離(斷層距、震中距、震源距),上盤的地震動會比下盤地震動更加強烈。)地殼波導效應:在近距離處(約50千米以內(nèi)),最大的地震動由自震源到場地向上傳播的地震波引起。然而隨著離震源的距離增加,直達波減弱,從震源下部邊界來的下行波的反射達到臨界角度并形成內(nèi)反射。在這些界面處,特別是莫霍面,彈性模量的強烈反差使這些臨界反射具有很大的幅值。這些臨界反射在大約50千米處到達,使得直到100千米或以上的距離處地震動衰減率減弱。(在一定震中距范圍內(nèi),震源產(chǎn)生的地震動到達莫霍面,反射回來的波和體波疊加,使50-100千米范圍內(nèi)的地震動衰減率減小。)沉積盆地對搶地震動的影響:包括對強地震動的幅值、頻率成分和持時的影響。(1)盆地中新沉積物比邊界基巖低得多的波速產(chǎn)生軟土的放大作用。(2)盆地碗狀幾何形狀,在盆地中特定地點能夠把地震波聚焦。(3)盆地的邊緣效應,速度和深度的梯度變化很大,當?shù)卣痼w波沿盆地邊緣進入,像水波紋一樣在盆地中重復反射,產(chǎn)生陷入盆地的面波。人造地震動和數(shù)值模擬地震動產(chǎn)生的原因:(1)應用時程分析法時,要選擇適當?shù)牡卣饎幼鳛檩斎搿Ｓ捎谑艿卣鹩^測的客觀條件的限制,取得的強震加速度記錄”缺少”,不能滿足工程中的多方面要求。(2)在隨機振動理論中,滿足同一集系的地震動次數(shù)常常過少。地震動合成方法:格林函數(shù)法(解析:彈性動力學等理論,經(jīng)驗:小震代替解析結(jié)果)、隨機法(隨機點源法:震源被描述成一個點,隨機有限斷層法:震源被描述成若干個子斷層面)、基于相位差譜的方法、與有限元方法結(jié)合。數(shù)值方法:三角級數(shù)法。相位差譜:指將相位譜在頻率軸上等間距離散化后兩個相鄰相位角的差,相位差隨頻率變化的函數(shù)稱為相位差譜。決定地震動的非平穩(wěn)性。分布與加速度包絡函數(shù)形狀相似,近似呈現(xiàn)為正態(tài)分布。特點:考慮了相位差因素及分布特點。工程中常見此方法。三角級數(shù)法的優(yōu)缺點:優(yōu)點:實現(xiàn)方便,適應性強。缺點:(1)在迭代的過程中,可能會出現(xiàn)個別控制點的反應譜不收斂于目標譜的情況,特別是當反應譜的控制點較多時容易出現(xiàn)。(2)時?？吹胶铣傻牡卣鸩m然滿足了目標譜的要求,可是波形極差。例如:出現(xiàn)”大尖”或是”平臺型峰值”,或者出現(xiàn)時間強度包線明顯截頭的情況。(3)人造地震波與真實地震波主要在基本特征上有相當?shù)牟罹?頻率性征和強度性征。地震動對結(jié)構(gòu)的破壞類型:場地失效、場地的地震動作用地基失效:一般指造成建筑破壞的直接原因是由于場地和地基穩(wěn)定性引起的。場地和地基的破壞作用大致有地面破裂、滑坡、坍塌等。一般是經(jīng)過場地選擇和地基處理來減輕地震災害。場地的地震動作用:由于強烈地面運動引起地面設(shè)施振動而產(chǎn)生的破壞作用。減輕它所產(chǎn)生的地震災害的主要途徑是合理的進行抗震、減震設(shè)計和措施。建筑地段的選擇原則:(1)選擇有利地段(2)避開不利地段,當無法避開時,應采取適當?shù)目拐鸫胧?3)不在危險地段建設(shè)局部突出地形的影響:(1)高突地形距離基準面的高度愈大,高處的反應愈大(2)離陡坎和邊坡頂部邊緣的距離大,反應相對減小(3)在同樣地形條件下,土質(zhì)結(jié)構(gòu)的反應比巖質(zhì)結(jié)構(gòu)大(4)邊坡愈陡,其頂部的放大效應相應加大發(fā)震斷裂的影響:斷裂帶是地質(zhì)上的薄弱環(huán)節(jié),發(fā)震斷裂帶附近地表,在地震時可能產(chǎn)生新的錯動,使建筑物遭受較大的破壞,屬于地震危險地段。發(fā)震斷裂帶上可能發(fā)生地表錯位的地段主要在高烈度區(qū)。建設(shè)時應避開。建筑場地:指建筑所在地,大致相當于廠區(qū)、居民點和自然村的區(qū)域范圍。按地震對建筑的影響劃分為4類(I0、I1),建筑場地分類指標是以場地剪切波速(或場地土類型)和覆蓋層厚度。場地的地震效應:場地土對于從基巖傳來的地震波具有放大和濾波作用。堅硬土層上的剛性建筑、軟弱土上的柔性建筑破壞嚴重。地基基礎(chǔ)抗震設(shè)計的基本要求:地基在地震作用下的穩(wěn)定性對基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布是比較敏感的,因此要確保地震時地基基礎(chǔ)能夠承受上部結(jié)構(gòu)傳下來的豎向和水平地震作用以及傾覆力矩而不發(fā)生過大變形和不均勻沉降。天然地基的震害特點:(1)高壓縮性飽和軟粘土和承載力較低的淤泥質(zhì)土在地震中產(chǎn)生不同程度的震陷,造成上部結(jié)構(gòu)的傾斜或破壞。(2)雜填土、回填土和沖填土等松軟填土地基,土質(zhì)松軟且承載力較低,易產(chǎn)生沉陷,使結(jié)構(gòu)開裂。(3)溝、坑、古河道、坡地辦挖半填等非勻質(zhì)地基在地震中的不均勻沉降或地裂縫引起上部結(jié)構(gòu)破壞。天然地基的抗震措施:(1)軟弱粘性土地基:采用樁基,地基加固;(2)雜填土地基:換土夯實;地基加固;(3)不均勻地基:綜合建筑體型、荷載、烈度、結(jié)構(gòu)類型等采取合理的結(jié)構(gòu)布局、地基抗震措施。天然地基地震作用下的承載力驗算:擬靜力法。在靜力設(shè)計基礎(chǔ)上調(diào)整的出發(fā)點:(1)地震是偶發(fā)事件,地基抗震承載力安全系數(shù)可比靜載時降低(2)多數(shù)土在有限次的動載下,強度較靜載下稍高液化現(xiàn)象:處于地下水位以下的飽和砂土和粉土的土顆粒結(jié)構(gòu)受到地震作用時將趨于密實,使空隙水壓力急劇上升,而在地震作用的短暫時間內(nèi),這種急劇上升的空隙水壓力來不及消散,使有效壓力減小,當有效壓力完全消失時,土顆粒處于懸浮狀態(tài)之中。這時,土體完全失去抗剪強度而顯示出近于液體的特性。這種現(xiàn)象稱為液化。宏觀表現(xiàn)是噴砂冒水。液化的震害:(1)地面開裂下沉使建筑物產(chǎn)生過渡下沉或整體傾斜;(2)不均勻沉降引起建筑物上部結(jié)構(gòu)破壞,使梁板等水平構(gòu)件及其節(jié)點破壞,使墻體開裂和建筑物體形變化處開裂;(3)室內(nèi)地坪上鼓、開裂,設(shè)備基礎(chǔ)上浮或下沉。影響場地土液化的主要因素:(1)土層的土粒的組成和密實程度(2)砂土層埋置深度和地下水位深度(3)地震烈度和地震持續(xù)時間液化指數(shù):同一烈度下,液化層的厚度愈厚愈淺,地下水位愈高,實測標準貫入錘擊數(shù)與臨界標準貫入錘擊數(shù)相差愈大,液化愈嚴重,帶來的危害也愈大。土層對地震動的影響:土的剛度與其下基巖完全不同,能夠影響地震動的幅值、頻率和持時等。厚的軟土層對地震動幅值有放大作用。場地分類方法:(1)雙指標方法(覆土、剪切波速)(2)單指標方法(覆土、剪切波速、場地指數(shù)法)(3)綜合考慮標準貫入錘擊數(shù)、未排水剪切強度、濕度百分比、塑性指數(shù)等等土結(jié)構(gòu)相互作用:結(jié)構(gòu)物與支承它的地基之間總是相互作用的。當上部結(jié)構(gòu)的剛度大而地基的剛度相對較小時,更為突出。當?shù)鼗皇峭耆珓傂詴r,土結(jié)構(gòu)相互作用會改變結(jié)構(gòu)物的震動特性和地基的地震動。由于考慮地基柔性,土結(jié)構(gòu)共同體的自振周期會比剛性地基時加長,阻尼作用會有與能量向地基擴散而加大;由于結(jié)構(gòu)物的存在,結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)下的地震動高頻分量會比自由場低。一般SSI對大型、剛性結(jié)構(gòu)影響較大,如核電廠結(jié)構(gòu)。工程結(jié)構(gòu)地震破壞基本經(jīng)驗及主要對策:(1)地基和基礎(chǔ):建于性質(zhì)差別很大地基上或部分采用天然地基、部分采用樁基的,地震中結(jié)構(gòu)遭到的破壞更為嚴重。在選址時,應根據(jù)擬建工程的結(jié)構(gòu)特性,選擇使結(jié)構(gòu)地震反應較小的場地;或者說,應根據(jù)場地自振特性來布置適宜于建造的結(jié)構(gòu)類型。(2)平面、立面布置:具有簡單規(guī)則的平、立面建筑物,地震中破壞相對較輕。結(jié)構(gòu)規(guī)則與否是影響結(jié)構(gòu)抗震性能的一個重要因素。(平面不規(guī)則:平面偏心、平面凹角、樓板突變、平面外水平錯斷、非平行結(jié)構(gòu)體系;立面不規(guī)則:剛度突變?nèi)嵝詫?、質(zhì)量分布突變、立面剛度突變、豎向抗側(cè)力構(gòu)件在其平面內(nèi)的間斷、承載力突變——薄弱層)柔底層:剛度、強度突變,產(chǎn)生過大扭轉(zhuǎn),從而引起某些部位的內(nèi)力或變形集中,導致破壞。強柱弱梁:柱子不先于梁破壞,因為梁破壞屬于構(gòu)件破壞,是局部性的,柱子破壞將危及整個結(jié)構(gòu)的安全,可能會整體倒塌,后果嚴重。要保證柱子更”相對”安全,故要”強柱弱梁”。(結(jié)構(gòu)體系應避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞,而導致整個結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力。抗震設(shè)計的一個重要原則是結(jié)構(gòu)應具有必要的冗余度和內(nèi)力重分配的功能,即使地震中部分構(gòu)件退出工作,其余構(gòu)件仍能將豎向荷載承擔下來,避免整體結(jié)構(gòu)失效或失穩(wěn)。)鋼筋混凝土柱破壞的原因:P-△效應、角柱的雙向地震動和扭轉(zhuǎn)附加力的影響、房屋傾覆和豎向地震動產(chǎn)生的柱軸向內(nèi)力、箍筋不足等。P-Δ效應(重力二階效應):由于結(jié)構(gòu)的水平變形而引起的重力附加效應,結(jié)構(gòu)發(fā)生的水平側(cè)移絕對值越大,P-Δ效應越顯著,若結(jié)構(gòu)的水平變形過大,可能因為重力二階效應導致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。(3)防震縫:不規(guī)則建筑或房屋相鄰兩翼同一方向的側(cè)移剛度相差懸殊的建筑物,在地震時往往因局部應力集中或兩翼銜接處左右變形不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生局部破壞?？拐鹪O(shè)計中,對這一問題的處理方法,一般是在建筑的某一部位設(shè)置防震縫,以使不規(guī)則建筑盡量規(guī)則些,剛度相差懸殊兩部分劃分成各自獨立的整體。(4)抗震結(jié)構(gòu)體系:受經(jīng)濟和技術(shù)條件制約,與環(huán)境條件有關(guān)。合理的抗震結(jié)構(gòu)體系:受力明確、傳力合理且傳力路線不間斷、設(shè)置多道防線。具備必要的承載能力,良好的變形能力和消耗地震能量的能力。多道抗震防線的含義:(1)一個抗震結(jié)構(gòu)體系,應由若干個延性較好的分體系組成,并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接起來協(xié)同工作。(2)抗震結(jié)構(gòu)體系應有最大的內(nèi)部、外部冗余度,并有意識地建立一系列屈服區(qū),使結(jié)構(gòu)既能吸收和耗散大量地震能量,又能在一旦破壞后易于修復?？拐鸨∪鯇?(1)結(jié)構(gòu)在強烈地震作用下不存在強度安全儲備。構(gòu)件的實際承載力分析是判斷薄弱層(部門)的基礎(chǔ)。(2)要使樓層(部位)的實際承載力和設(shè)計計算的彈性受力之比在總體上保持相對均勻變化(屈服強度系數(shù))。因為樓層(部位)的這個比例一旦有突變,將會由于塑性內(nèi)力重分布而導致塑性變形的集中。(3)要防止局部加強而忽視整個結(jié)構(gòu)剛度、強度的協(xié)調(diào)。(4)在抗震設(shè)計中有意識、有目的地控制薄弱層(部位),使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移,這是提高總體抗震性能的有效手段。(5)對抗震結(jié)構(gòu)的構(gòu)件要求:良好的材料應具有延性好、強度／重量的比率高、均勻、易于作成原強度的連結(jié)等優(yōu)點。改進結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形能力是提高抗震能力的主要途徑之一。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性:結(jié)構(gòu)的變形能力取決于組成結(jié)構(gòu)的構(gòu)件及其連接的延性水平。措施:采用水平向(圈梁)和豎向(構(gòu)造柱、組合柱)鋼筋混凝土構(gòu)件;避免混凝土結(jié)構(gòu)的脆性破壞(包括混凝土壓碎、構(gòu)件剪切破壞、鋼筋同混凝土粘結(jié)破壞)先于鋼筋的屈服;避免鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的整體和局部失穩(wěn)。改進構(gòu)件變形能力的原則和途徑:(1)無筋砌體本身是脆性材料,只能利用約束條件(圈梁、構(gòu)造柱等來分割、包圍)保證砌體發(fā)生裂縫后不崩塌、散落,地震時不致喪失對重力荷載的承載能力。(2)鋼筋混凝土構(gòu)件抗震性能是比較好的,但處理不當,也會造成不可修復的脆性破壞。這種破壞包括:混凝土壓碎、構(gòu)件剪切破壞、鋼筋錨固部分拉脫(粘結(jié)破壞),應力求避免。(3)鋼結(jié)構(gòu)桿件的壓屈破壞(桿件失去穩(wěn)定)或局部失穩(wěn)可認為是一種脆性破壞,應予以防止。(6)抗震就夠各構(gòu)件的連接:構(gòu)件之間的連接破壞、結(jié)構(gòu)喪失整體性、各構(gòu)件尚未發(fā)揮抗震能力就發(fā)生平面外失穩(wěn)、或從支承構(gòu)件上滑脫墜地。加強構(gòu)件間的連接,使之能滿足傳遞地震力時的強度要求和適應地震時大變形的延性要求。(7)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件:包括附屬構(gòu)件(防止倒塌,加強本身整體性)、裝飾物(防止脫落和裝修破壞,同主體結(jié)構(gòu)可靠連接)、非結(jié)構(gòu)的墻體(①減少主體結(jié)構(gòu)的自振周期,增大構(gòu)件受到的地震作用。②改變主體結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的分布,從而改變地震作用在各構(gòu)件之間的內(nèi)力分布狀態(tài)。③對主體結(jié)構(gòu)的地震作用分析帶來困難,不易選取合適的結(jié)構(gòu)抗震分析計算模型,不易正確估計地震反應。④處理不好引起主體結(jié)構(gòu)的破壞),如果處理不好,易在地震中發(fā)生倒塌傷人,砸財產(chǎn)設(shè)備,甚至造成主體結(jié)構(gòu)倒塌。防止非結(jié)構(gòu)構(gòu)件參與工作,避免非結(jié)構(gòu)構(gòu)件對主體結(jié)構(gòu)的變形限制。分析計算時,能夠只考慮非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量,不考慮剛度和強度。(8)材料與施工:(1)選用合格的建筑材料(2)確保砌筑質(zhì)量(3)確保各部構(gòu)件連接的質(zhì)量(4)保護鋼筋橋梁震害:(1)橋臺、橋墩滑移(2)支座破壞抗震設(shè)計的目標:設(shè)計的結(jié)構(gòu)在未來地震作用下發(fā)生破壞的概率為社會所接受,同時為當前的經(jīng)濟條件所允許。合理的抗震設(shè)計應滿足經(jīng)濟和安全之間的合理平衡,總效益E最大的形式Max(E)＝Max(收益－投資－損失)抗震設(shè)防:對工程結(jié)構(gòu)進行抗震設(shè)計并采取相應的抗震措施?？拐鹪O(shè)防依據(jù):抗震設(shè)防烈度、建筑類別?？拐鹪O(shè)防烈度:按國家規(guī)定的權(quán)限批準作為一個地區(qū)抗震設(shè)防依據(jù)的地震烈度(對應50年超越概率10%)建筑類別:側(cè)重于使用功能和災害后果區(qū)分,并強調(diào)對人員安全的保障。甲類－屬于重大建筑工程和地震時可能發(fā)生嚴重次生災害的建筑(特殊設(shè)防類);乙類－屬于地震時使用功能不能中斷或需盡快恢復功能的建筑(重點設(shè)防類);丙類－甲、乙、丁類以外的建筑(標準設(shè)防類);丁類－屬于抗震次要建筑(適度設(shè)防類)。甲乙:6－8度時,提高一度,9度時,符合比9度更高的要求?？拐鹪O(shè)防標準:”三水準”:小震:50年的眾值烈度的超越概率為63.2％;中震:50年內(nèi)超越概率為l0％的烈度;大震:在50年內(nèi)超越概率為3％－2％?；玖叶扰c眾值烈度差的平均值為1.55度。罕遇地震[大震]對應的烈度比基本烈度[中震]大約大1度左右。比中震降低1.55度的小震所對應的地面峰值加速度的折減系數(shù)為0.34。大震對應的地面峰值加速度比小震對應的峰值加速度大4-6倍?？拐鹪O(shè)防目標:小震不壞(當遭受低于本地區(qū)設(shè)防烈度的多遇地震影響時,一般不受損壞或不需修理仍可繼續(xù)使用);中震可修(當遭受相當于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震影響時,可能損壞,經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用);大震不倒(當遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的預估的罕遇地震影響時,不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞)?？拐鹪O(shè)防實現(xiàn)方法:兩階段。第一階段設(shè)計:按小震作用效應和其它荷載效應的基本組合驗算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力,以及在小震作用下驗算結(jié)構(gòu)的彈性變形,以滿足第一水準抗震設(shè)防目標的要求。第二階段設(shè)計:在大震作用下驗算結(jié)構(gòu)的彈塑性變形,以滿足第三水準抗震設(shè)防的要求?；玖叶?一個地區(qū)今后50年期限內(nèi),在一般場地上可能遭遇的超越概率為10％的地震烈度。設(shè)計基本地震加速度:50年設(shè)計基準期超越概率為10%的地震加速度的設(shè)計取值。設(shè)計地震動參數(shù):抗震設(shè)計用的地震加速度(速度、位移)時程曲線、加速度反應譜和峰值加速度。地震作用:地震釋放的能量,以地震波的形式向四周擴散,地震波到達地面后引起地面運動,使地面原來處于靜止的建筑物受到動力作用而產(chǎn)生強烈振動。在振動過程中作用在結(jié)構(gòu)上的慣性力就是地震作用。地震作用特點:(1)不是直接作用在結(jié)構(gòu)上,屬于間接作用。(2)取決于地震烈度、設(shè)計地震分組和場地類別等地震特性,還與結(jié)構(gòu)的動力特性(自振周期、阻尼等)密切相關(guān)?？拐鹪O(shè)計譜包括:彈性設(shè)計譜、非彈性設(shè)計譜抗震設(shè)計反應譜:根據(jù)同一類場地上所得到的地面運動加速度記錄分別計算出它的反應譜曲線,然后將這些譜曲線進行統(tǒng)計分析,求出其中有代表性的平均反應譜曲線然后結(jié)合經(jīng)驗判斷確定,從而得到抗震設(shè)計反應譜。放大系數(shù)β－標準反應譜:放大系數(shù)β與周期的曲線關(guān)系β－T,與建筑場地類別、震級、震中距等因素相關(guān),經(jīng)過大量的分析計算,中國抗震規(guī)范中將最大動力放大系數(shù)βmax＝2.25。水平地震影響系數(shù)α是地震系數(shù)k與動力系數(shù)β的乘積,當基本烈度確定后,地震系數(shù)k為常數(shù),因此,水平地震影響系數(shù)最大值αmax=kβmax=2.25k。地震系數(shù)等于集啊速度最大值與g之比。非彈性反應譜恢復力模型:雙線型模型、三線型模型、退化雙線型等、退化三線型等。延性系數(shù):非彈性體系在地震動作用下的最大位移與屈服位移之比。屈服強度系數(shù):結(jié)構(gòu)的屈服強度fy與結(jié)構(gòu)的重力mg之比。強度折減系數(shù):一個非常重要的作用就是由彈性反應譜得到非彈性反應譜。非彈性位移比:在地震動作用下,非彈性體系的最大位移與對應的彈性體系結(jié)構(gòu)的最大位移之比。結(jié)構(gòu)的動力特征參數(shù):阻尼、延性系數(shù)(或屈服強度)、恢復力特性(模型)及結(jié)構(gòu)周期非彈性反應譜:當給定系統(tǒng)的恢復力滯回特性后,決定結(jié)構(gòu)反應的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有三個:結(jié)構(gòu)周期T、阻尼ξ、延性系數(shù)μ或結(jié)構(gòu)周期T、阻尼ξ、屈服強度Cy,因此非彈性運動方程的解可用兩種方法來表示:(a)保持屈服屈服強度系數(shù)不變而只讓延性為變量;(b)保持位移延性不變,而只讓屈服強度系數(shù)變化。從而產(chǎn)生了兩種非彈性反應譜的形式:等強度譜和等延性反應譜。非彈性反應譜作用:等強度譜:已有工程結(jié)構(gòu)的抗震評估;等延性譜:工程結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計;等延性強度折減系數(shù)譜:能夠用此譜由彈性設(shè)計譜得到非彈性設(shè)計譜。非彈性位移比譜法目的和意義:結(jié)構(gòu)在強烈地震作用下,必然進入非彈性反應階段;而在此時結(jié)構(gòu)的位移對結(jié)構(gòu)破壞將起到很大作用。因此傳統(tǒng)基于力的設(shè)計方法也需要一種簡便的估計地震作用下的最大位移的方法,來控制結(jié)構(gòu)破壞。(非彈性位移比譜方法能夠用于結(jié)構(gòu)非彈性位移反應的評估。與時程分析方法和非線性靜力分析方法相比,更簡單。)位移系數(shù)/位移比譜法:指經(jīng)過結(jié)構(gòu)保持完全彈性時的最大位移來估計結(jié)構(gòu)的最大非彈性位移的方法。將位移系數(shù)按照結(jié)構(gòu)周期進行排列形成的曲線叫做非彈性位移比譜。位移比譜的影響因素:(1)場地條件對非彈性位移比譜在較短周期的譜值以及位移比譜拐點周期的影響最大。(2)剛度退化:從增大結(jié)構(gòu)非彈性位移反應轉(zhuǎn)入降低結(jié)構(gòu)的非彈性位移反應的分界周期隨場地條件的變軟(場地特征周期的增加)而逐漸增加;(3)屈服后剛度:結(jié)構(gòu)的非彈性位移比譜隨著屈服剛度系數(shù)的減小而增大,而且當屈服后剛度為負值時的增大幅度會比其為正值時的幅度大很多。(4)P-Δ效應:其影響隨著延性系數(shù)的增大而增大,隨著周期的增加而減小。(考慮P-Δ效應位移比譜的修正系數(shù)隨著結(jié)構(gòu)延性的增加而增加,隨著影響程度的增加而增大,隨著結(jié)構(gòu)周期的增大而減小。持時對考慮P-Δ效應的位移比譜的影響要比未考慮P-Δ效應位移比譜的影響大很多,特別是在中長周期段)(5)近斷層地震動:0.2s至1.5s的周期段,近斷層地震動對位移比譜的影響最大,將近20%。PGV/PGA是對近斷層地震動位移比譜影響最大的地震動參數(shù);其次是MIV和PGV;而場地條件對近斷層非彈性位移比譜的影響較小。工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計主要分析方法:反應譜法(振型分解反應譜法、底部剪力法)、時程分析法、靜力彈塑性方法(Pushover方法)振型分解反應譜法基本原理:利用振型分解法的概念,把多自由度體系分解成若干個單自由度體系振動的組合,并利用單自由度體系的反應譜理論計算各個振型振動的地震作用,最后將各個振型計算出的地震效應按一定的規(guī)則組合起來,求出總的地震響應。振型分解反應譜法步驟:(1)進行振型分析,求結(jié)構(gòu)的自振周期、振型和振型參與系數(shù)。(2)由地震影響系數(shù)譜曲線確定多自由度體系j振型質(zhì)點i的水平地震作用標準值。(3)計算j振型地震作用標準值下的效應,可按靜力方法計算地震作用效應,包括:軸力、彎距、剪力和變形等。(4)按振型最大值組合規(guī)則計算體系水平地震作用標準值的效應。(注意:一定是結(jié)構(gòu)的地震效應進行組合)參與振型個數(shù)的確定:方法一:主要選取貢獻大的較低頻率的幾個振型,一般建筑(動力自由度較少)取1～3個振型;高層9～15個振型。方法二:一般可取振型有效質(zhì)量達到總質(zhì)量90％時所需的振型數(shù)。陣型組合規(guī)則:完全二次式方法CQC(振型較為密集,振型之間相關(guān)性較大時,如考慮平移、扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動的線性結(jié)構(gòu)體系)、平方和開平方SRSS(振型較為稀疏,振型之間相關(guān)性較小時,如串聯(lián)多自由度體系)底部剪力法使用條件:對于重量和剛度沿高度分布較均勻、高度不超過40m,并以剪切變形為主的結(jié)構(gòu),振動時具有以下特點;(1)位移反應以基本振型為主;(2)基本振型接近直線。底部剪力法基本原理:在振型分解反應譜法的基礎(chǔ)上,針對某些建筑物的特定條件做進一步簡化,而得到的一種近似計算水平地震作用的方法:將多自由度體系簡化成單自由度體系,計算出結(jié)構(gòu)總的地震作用(即結(jié)構(gòu)底部剪力),再將其按倒三角形原則分配到各個樓層,計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力。水平地震作用下的地震內(nèi)力調(diào)整:1、突出屋面附屬結(jié)構(gòu)地震內(nèi)力調(diào)整:鞭梢效應:震害表明,突出屋面的屋頂間、女兒墻、煙囪等,它們的震害比下面的主體結(jié)構(gòu)嚴重,這是由于突出屋面的質(zhì)量和剛度突然減小,地震反應隨之增大的現(xiàn)象。2、長周期結(jié)構(gòu)地震內(nèi)力的調(diào)整對于地震影響系數(shù)在長周期區(qū)段下降較快。對于基本周期大于3.5s的的結(jié)構(gòu)算得的水平地震作用可能太小。而對長周期結(jié)構(gòu),地震地面運動速度和位移可能對結(jié)構(gòu)的破壞具有更大的影響,可是《抗震規(guī)范》所采用的振型分解反應譜法尚無法對此作出估計;出于對結(jié)構(gòu)安全的考慮,增加了對各樓層水平地震剪力最小值的要求。3、考慮地基與結(jié)構(gòu)相互作用的影響地震內(nèi)力的調(diào)整。時程分析法(直接動力分析法):對結(jié)構(gòu)的運動微分方程直接進行逐步積分求解的一種動力分析方法。由時程分析可得到各質(zhì)點隨時間變化的位移、速度和加速度動力反應,并進而可計算出構(gòu)件內(nèi)力的時程變化關(guān)系。結(jié)構(gòu)彈塑性時程分析方法的步驟:(1)按照建筑場址的場地條件、設(shè)防烈度等因素,選取若干條具有不同特性的典型強震加速度時程曲線,作為設(shè)計用的地震波輸入。(2)根據(jù)結(jié)構(gòu)體系的力學特性、地震反應內(nèi)容要求以及計算機存儲量,建立合理的結(jié)構(gòu)模型。(3)根據(jù)結(jié)構(gòu)材料特性、構(gòu)件類型和受力狀態(tài),選擇恰當?shù)谋緲?gòu)模型,并確定相應線段的剛度和強度數(shù)值。(4)建立結(jié)構(gòu)模型在地震動作用下的運動平衡方程。(5)采用逐步積分法求解方程,求得結(jié)構(gòu)地震反應的全過程。時程分析的計算模型:層模型、桿模型以及較為精細的有限元模型。層模型:層模型取層為基本計算單元。視結(jié)構(gòu)為懸臂桿。將結(jié)構(gòu)質(zhì)量集中于各樓層處,合并整個結(jié)構(gòu)的豎向承重構(gòu)件成一根豎向桿。用結(jié)構(gòu)每層的側(cè)移剛度代表豎向桿剛度,形成一底部嵌固的串聯(lián)質(zhì)點系模型即稱為層模型。采用層恢復力模型以表征地震過程中層剛度隨層剪力的變化關(guān)系。基本假定:(1)建筑各層樓板在其自身平面內(nèi)剛度無窮大,水平地震作用下同層各豎向構(gòu)件側(cè)向位移相同;(2)建筑剛度中心與其質(zhì)量中心重合,水平地震作用下無繞豎軸扭轉(zhuǎn)發(fā)生。分類:剪切型(強梁弱柱型框架)、彎曲型(加剪力墻結(jié)構(gòu))與剪彎型(框剪結(jié)構(gòu)、強柱弱梁框架)。作用:確定結(jié)構(gòu)的層間剪力與層間側(cè)移。工程實踐中,層模型主要被用于檢驗結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的薄弱層位置及層間側(cè)移是否超過允許值,并校核層剪力是否超過結(jié)構(gòu)的層極限承載力。桿系模型:視結(jié)構(gòu)為桿件體系。取梁、柱等桿件為基本計算單元。將結(jié)構(gòu)質(zhì)量集中于各結(jié)點。桿系(梁柱)模型采用桿件截面恢復力模型以表征地震過程中桿單元剛度隨內(nèi)力的變化關(guān)系,可方便考慮彈塑性階段桿單元剛度和強度沿桿長的變化。計算模型:(1)集中塑性模型將桿件塑性變形集中于桿端一點處來建立單元剛度矩陣,不考慮彈塑性階段桿單元剛度沿桿長的變化。(2)分布塑性模型則考慮彈塑性階段桿單元剛度沿桿長的變化,按變剛度桿建立彈塑性階段桿單元剛度矩陣。有限元模型:對彈性樓板問題、多塔樓問題、柔性樓蓋等問題,使用梁柱元、板(殼)元、體元、接觸單元等建立的結(jié)構(gòu)計算模型,適合于更為復雜的結(jié)構(gòu)構(gòu)造,這種模型叫做精細有限元模型。因為單元劃分尺度能夠根據(jù)結(jié)構(gòu)受力工作狀態(tài)確定,這種模型適合于復雜的結(jié)構(gòu)情況,對一維、二維和三維問題都是有效的。為減小自由度,提高計算速度,也能夠在局部使用劃分較細的有限元,在一般部位使用桿系模型,這種情況稱為多尺度建模。直接積分法:是一種逐步求解的方法,”直接”指在對方程進行數(shù)值積分之前,不會對方程的形式作任何的變換。最常見的有中心差分方法、Newmark積分方法。彈塑性靜力分析方法(Pushover方法)基本假定:(1)結(jié)構(gòu)破壞按照一定或規(guī)定的規(guī)則進行,如一層的所有柱同時屈服;(2)結(jié)構(gòu)沿高度的變形形狀可由某一形狀向量控制,而且在整個結(jié)構(gòu)反應過程中,該形狀向量保持不變。Pushover方法的實施步驟:(1)準備結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù):包括建立結(jié)構(gòu)幾何模型、構(gòu)件的物理參數(shù)和恢復力模型等。(2)計算結(jié)構(gòu)在重力荷載作用下的內(nèi)力和變形分析(將與后續(xù)分析中水平力作用下的內(nèi)力疊加)。(3)施加一定的水平荷載,逐漸加大水平荷載,將結(jié)構(gòu)推到一個結(jié)構(gòu)在可能遭遇的地震作用下所對應的目標位移(性態(tài)點),然后在結(jié)構(gòu)達到目標位移時停止荷載遞增,在終止狀態(tài)對結(jié)構(gòu)進行抗震性能評估(結(jié)構(gòu)的頂點位移、層間位移角,構(gòu)件的變形、材料應力等;還能夠得到結(jié)構(gòu)的開裂屈服記錄,把這些性態(tài)參數(shù)與結(jié)構(gòu)在一定的性態(tài)水準下所要求的能力進行對比,從而能夠估計結(jié)構(gòu)在地震作用下,是否滿足一定的性態(tài)要求)。兩個關(guān)鍵點:水平荷載分布模式、目標位移的確定水平荷載分布模式:均勻分布荷載模式(側(cè)向力沿結(jié)構(gòu)的高度是均勻分布,不考慮每層結(jié)構(gòu)重量的不同)、倒三角形分布(荷載沿高度為線性分布)、廣義乘方分布(結(jié)構(gòu)層加速度隨層高的變化而變化,考慮了不同振型的效應)、振型自適應型分布(根據(jù)每一分析步后結(jié)構(gòu)的剛度變化,對荷載分布模式進行修正,采用與振型形狀成比例的側(cè)向力分布在一定程度上反映這種變化)目標位移的求解方法:(1)彈性動力分析法(同一地震作用下的彈性頂點位移與彈塑性頂點位移基本相同,能夠用彈性時程分析或反應譜分析得到的頂點位移作為彈塑性目標位移)(2)等效單自由度方法(N2方法)(將原結(jié)構(gòu)等效為一彈塑性單自由度體系,確定等效剛度、屈服荷載、屈服位移和等效自振周期。從已知的彈性反應譜中按照等效周期能夠得到結(jié)構(gòu)的等效彈性位移。經(jīng)過計算得到將彈性反應譜轉(zhuǎn)化為彈塑性反應譜的折減系數(shù)/結(jié)構(gòu)的延性系數(shù),利用等效彈性位移和反應譜折減系數(shù)/結(jié)構(gòu)延性系數(shù)就能夠計算得出結(jié)構(gòu)的彈塑性目標位移。(位移比譜))(3)能力譜方法(核心思想:首先將Pushover分析得到的反應結(jié)構(gòu)自身受力性能的基底剪力－頂點位移曲線(即能力曲線)經(jīng)過變換,得到譜加速度和譜位移表示的”能力譜”。然后將得到的”能力譜”與”需求譜(能夠是彈性反應譜也能夠是彈塑性反應譜)”放在同一坐標系內(nèi),經(jīng)過迭代確定目標位移。)能力譜(或改進能力譜)方法:(1)對結(jié)構(gòu)進行Pushover分析,得到結(jié)構(gòu)的基底剪力和頂點位移關(guān)系曲線(能力曲線);(2)將結(jié)構(gòu)的Pushover曲線轉(zhuǎn)換成等效單自由度體系譜加速度-位移形式的能力曲線;(3)建立需求譜,并將其從標準的加速度-周期形式,轉(zhuǎn)換成譜加速度-譜位移形式。(4)將非彈性反應需求譜與簡化能力曲線繪制在一起,求出兩者的交點,即為目標位移。建立需求譜的兩種方法:(1)需求曲線由地震反應譜來表示,不同阻尼比的譜曲線組成一族,一般地,5%的阻尼比譜曲線代表對線彈性結(jié)構(gòu)地震反應的能力需求,結(jié)構(gòu)的滯回非線性反應需求曲線由對應的等效阻尼比譜曲線表示(能力譜方法)。(2)經(jīng)過強度折減系數(shù)對彈性反應譜進行折減得到非彈性反應譜(改進的能力譜方法)。Pushover方法的基本原理:本質(zhì)上是一種靜力分析方法,即對結(jié)構(gòu)進行靜力單調(diào)加載下的彈塑性分析。具體地說:在結(jié)構(gòu)分析模型上按某種方式施加模擬地震水平慣性力的側(cè)向力,并逐級單調(diào)加大,直到結(jié)構(gòu)達到預定的狀態(tài)(成為機構(gòu)、位移超限或達到目標位移,自己定義的一個量)。Pushover法優(yōu)點:較底部剪力法和振型分解反應譜法,它考慮了結(jié)構(gòu)的彈塑性特性;較時程分析法,其計算量較小,工作量較小。缺點:只是一種近似而且是基于靜力荷載進行的,因此它不能完全代替時程分析方法,它不能檢測到結(jié)構(gòu)在強烈地震中可能發(fā)生的某些重要變形模式。充分考慮其限制性的基礎(chǔ)上,Pushover分析將是一種結(jié)構(gòu)抗震評估的有利工具。單向偏心結(jié)構(gòu)的Pushover方法:經(jīng)過將基底扭矩和頂點扭轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)化成扭轉(zhuǎn)能力曲線,并對等效單自由度體系引入單向偏心,構(gòu)造等效二自由度非線性模型,能夠解決單向偏心結(jié)構(gòu)的抗震性態(tài)評估問題。增量動力分析方法IDA用途:(1)全面的給出結(jié)構(gòu)性態(tài)反應量和地震動破壞勢之間的聯(lián)系;(2)用于理解結(jié)構(gòu)遭遇地震作用時,結(jié)構(gòu)從輕微破壞至倒塌破壞的全過程;(3)隨著IDA中地震動強度的提高,更好的認清結(jié)構(gòu)固有特性的變化過程;(4)對整體結(jié)構(gòu)在動力荷載作用下的動力抗震能力評估;(5)多條地震記錄的IDA曲線,能夠定量評估結(jié)構(gòu)在某些地震動作用下,實際的穩(wěn)定性和可靠性信息。地震破壞:(1)廣義上說,指與地震有關(guān)的一切破壞現(xiàn)象,如地面震動、地面裂縫、液化、滑坡、泥石流、海嘯等。(2)狹義上說指超出某種強度水平的地震相關(guān)破壞現(xiàn)象出現(xiàn)的可能性(概率),這種出現(xiàn)是指在某一地點或區(qū)域、某一時間段上。地震的危害性=危險性*易損性:危險性指的是一個地區(qū)可能受到的地震危險,是一個事件的外因。易損性是結(jié)構(gòu)的抗震能力。危害性指可能受到的損失。對地震而言,有險可能有災,也可能不構(gòu)成災害,主要看事物抗震能力強和弱。地震危險性分析方法:(1)確定性地震危險性方法?？紤]一次或幾次確定性地震對某場地造成的影響。如何選擇有代表性的地震存在困難。(2)概率地震危險性方法?？紤]所有可能強度的地震、可能的距離對某場地造成的影響。經(jīng)過概率方法來考慮其發(fā)生頻率。當前常見的是PSHA,確定性方法是概率方法的子集。PSHA:地震震源、地震重現(xiàn)頻率、地震動衰減、場地的地震動發(fā)生概率易損性:對結(jié)構(gòu)的抗震強度進行估計。(易損性是給定地震烈度或地震動作用下,結(jié)構(gòu)(主要是生命線工程)震害等級及各震害等級的概率。)