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工程抗震理论与应用.docx

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    • 《工程结构抗震理论与应用》课程论文学号:2014205219 姓名:刘朝阳1. 工程结构地震反应的影响因素有哪些,各自又是如何影响的?(不少于600字)地震震级的影响:当震中距离相同时,震级越大,则振幅大、持时长、长周期(低频)分量显著震中距越远,地震动的长周期分量越显著其中震中距是导致区分近震、中震和远震的主要原因距离的影响:单从震级和距离上看,对于大地震、远距离场地,地震动中的长周期成份显著,对长周期结构震害大,而短周期结构损坏较小;而对于中小地震,在震中区,则正好相反,以低层房屋(自振周期短)破坏为主场地的影响:场地是指建筑物所在地,大体相当于厂区,居民点和自然村的区域范围场地土的影响:场地土通常是指场地范围内一般深度在15-20m以内的地基土一般来说,基岩上地震动小,烈度低、震害轻;软土上地震动大,烈度高,震害重;硬土上刚性结构震害重一些,长周期结构震害轻一些,软土上则相反地形的影响:对振幅的影响:一般突出山顶地震动放大,山脚缩小;斜坡形场地,坡顶地震动放大,坡底缩小对持时的影响:与无地形影响的结果相比,持时略有增长,但变化不太大对频谱的影响:对与山体自振周期接近的频谱放大。

      一般山顶的震害高于山脚及平坦地形的震害地质构造的影响:对振幅的影响:与对土层的影响相类似对持时的影响:可使地震动的持时显著增大对频谱的影响:与盆地的自振周期有关,其自振周期除与土厚有关外,还与盆地形状有关柔软盆地上的地面运动强于相应的土层场地,持时也比相应土层场地的明显延长,结构比周边基岩上的结构破坏严重断层的影响(对考虑地震动的影响,而不讨论对结构破坏的影响)断层断裂方向:破裂从一个局部开始,沿断层一个方向或两个方向传播破裂传播相当于移动源问题,导致多普勒效应破裂传播方向会影响地面运动的特性2. 工程结构地震反应分析方法有哪些,线性分析与非线性分析方法的区别?(不少于800字)线性结构的确定性地震分析的基础是结构动力学和数值计算方法最基本的确定性地震反应分析方法有三类:时域分析发、频域分析法、振型叠加法时域分析法:线性结构的地震反应动力方程一般是关于相对位移的二阶线性微分方程通常,地震前的瞬时,结构被认为处于静态,此方法为线性结构地震反应的一般数值方法频域分析法:线性系统的动力响应在时域内表现为振幅反应随时间变化,在频域内则表现为系统能量在各频段内的分布时域分析方法的基本思路是将时间过程离散化,在每一个小时段内把动力问题转换为拟静力为题求解,然后迭加得到总体反应。

      振型叠加法:利用振型分解原理,可以将耦合的动力方程化为解耦的等效单自由度方程分别求解,然后将各振型迭加起来获得体系的总动力反应在不同的时刻同一振型对总运动的贡献的大小是不一样的一般来讲,高振型的振幅依次低于较低振型时的振幅在体系的整个运动过程中,具有较低频率的几个振型起主导作用振兴分解反应谱法:时域分析发和频域分析法给出的都是结构全时程的动力反应;振型叠加法给出的是结构各振型每一时刻域或频域分析结构的迭加;振型反应谱法所确定的是结构的最大动力反应静力弹塑性分析方法:此方法作为地震作用反应分析的一种简化计算方法,能近似反映结构在地震作用下的弹塑性性能静力弹塑性分析方法可以较全面的描述结构的内力、承载力、变性特征和能量消耗及相互关系、塑性铰出现的顺序和位置、结构的薄弱环节及可能的破坏机制静力弹塑性分析方法是在结构分析模型上按照某种加载方式(如倒三角、均与分布、自适应分布等)施加水平静力荷载,模拟地震产生的水平惯性力,逐步增加荷载的大小,使结构从弹性阶段开始,经历开裂、屈服,直到结构的控制位移(如顶点位移)达到某个给定值,并根据达到该位移时结构的破坏状态对结构的抗震性能进行评估弹塑性动力分析:根据选定的地震波和结构恢复力特性曲线,对动力方程进行直接积分,采用逐步积分的方法计算地震过程中每一瞬间的位移、速度和加速度反应,从而观察到结构在强震作用下在弹性和非弹性阶段的内力变化和构件开裂、损坏知道结构倒塌的全过程。

      此方法又称为直接动力法或时程分析法时程分析法计算工作复杂,工作量大,目前仅在一些重要的、特殊的、复杂的及高层建筑结构抗震设计中应用强地震作用下土木工程结构将进入非线弹性变形状态,使实际结构的地震反应始终保持在弹性范围内从经济和技术两者考虑都是难以实现的土和混凝土等在微小变形状态下既表现出材料非线性;复杂的结构体系由若干构件结合而成,构件连接的不连续(如滑动和脱离接触)也将造成体系的非线性;构件的几何变形将引起另外形态的非线性(几何非线性)这时,基于弹性体系得出的常数质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵,以及相应的时程分析法、振型叠加法和傅氏变换法等已不再适用结构非线性地震反应分析是地震工程研究和抗震结构设计中的重要内容此外,线性分析时不考虑材料及几何非线性特性,其分析结果满足叠加原理;而非线性分析考虑了材料和几何的非线性特性,因此,叠加原理不再适用3. 如何减轻或抑制工程结构的地震反应,减震措施与控制措施的概念区别如何?(不少于800字)地震作用下结构动力反应的大小与储存于结构中能量的多少有关结构体系受地面运动作用时输入结构的总能量与由结构耗散及储存于结构中的能量平衡,为减轻结构地震反应,可以通过减少输入的地震能量或增大耗能的途径来实现,由此形成不同的减震设计概念: 减少输入能量:基础隔震; 增大耗能能力:耗能减震,结构控制。

      耗能减震措施是把结构的某些非承重构件(如斜支撑构件等),设计成耗能构件,或在某些部位装置阻尼器在强震作用下,这些耗能构件率先进入非弹性变形状态,产生较大的阻尼,大量消耗输入结构的地震能量,减轻主结构的地震反应按其耗能装置的不同,可分成两类:耗能构件和耗能阻尼器耗能减震体系的特点:以非承重构件作为耗能构件,可以保护主结构,而传统结构设计是以主要承重构件(梁、柱、节点)作为耗能构件; 震后易于修复或更换; 可以利用结构的抗侧力构件作为耗能构件,无须专设; 可有效衰减结构的地震反应结构控制又可分为: 被动控制:TLD TMD ;半主动控制;主动控制:ATMD;混合控制被动控制:在结构的某些部位(一般在结构的屋顶)设置一个子结构(具有质量ms,刚度ks,阻尼cs)使结构动力性质发生变化结构被动调频控制减震技术可以有效衰减结构的振动反应,合理选择结构体系的调频参数,可确保主结构满足使用要求或安全除可用于地震的减震外,也能用于风振、海浪、机器振动等其它振动干扰的减振主动控制是利用外部能源(除地震作用以外),在结构振动过程中,瞬时改变结构的动力特性和施加控制力以衰减结构的反应 具体做法是:在结构物的振动部位安装传感器,把瞬时测得的结构地震反应传输到计算机系统经过信息处理和计算后,计算机向驱动机构控制作动器发出命令,向子结构施加控制力,改变结构的动力特性,使结构的振动反应迅速衰减。

      混合控制:主动控制是利用外部能源(除地震作用以外),在结构振动过程中,瞬时改变结构的动力特性和施加控制力以衰减结构的反应 将主动控制系统和被动控制系统或其它系统组合可以取得更好的控制减震效果, 并可以进一步提高控制系统的可靠性综上所述,减振措施主要是利用阻尼器和耗能构件以吸收地震能量从而减小地震作用,控制措施是利用某构件改变结构整体的刚度阻尼等来改变结构动力特性从而减少地震作用二者有本质区别4. 请依据自己的专业研究方向,撰写约于4000字综述性论文,以工程结构的抗震理论及其应用为主题,题目自拟建筑结构的地震易损性分析刘朝阳摘 要:本文通过介绍国内外对建筑结构的地震易损性的研究成果以及研究过程中存在的一些问题,对建筑结构的地震易损性进行综合论述与分析关键词:地震; 易损性 ;研究进展;研究问题Seismic vulnerability analysis of building structuresLiu ZhaoyangAbstract:In this paper, by introducing the domestic and foreign research achievements of the seismic vulnerability of building structure and some problems existing in the research process, for the seismic vulnerability of structures are reviewed and analyzedKeywords:seismic; vulnerability; The research progress;The research question1.概述地震的概率安全评定包括两大研究内容:地震危险性分析和地震易损性分析。

      建立在Cornell提出的理论基础上的概率地震危险性分析目前已趋于成熟,各国相继颁布了基于PSHA的地震动区划和小区划;而对于地震易损性的研究则还远未成熟,目前已经成为地震工程界和结构工程界的热点研究领域地震易损性是指在不同强度地震作用下结构发生各种破坏状态的概率,它从概率的意义上定量地刻画了工程结构的抗震性能,从宏观的角度描述了地震动强度与结构破坏程度之间的关系,目前已经成为地震工程界和结构工程界的热点研究领域2.国外研究进展随着地震易损性研究理论得不断成熟,易损性研究也开始应用于普通建筑结构形式,其中尤以美国学者的研究成果最为丰富Hwang与其合作者们先后针对钢筋混凝土结构、钢筋混凝土框架结构和平板结构等进行了大量地地震易损性分析Ellingwood对基于可靠度的概率设计、建筑结构的地震易损性和风险分析做出了很大贡献,他与其博士生Song J.研究了各种形式的焊接节点对特殊抗弯钢框架的抗震可靠性和地震易损性地影响;与Rosowsky等合作,在性能设计理论的框架下针对木结构(包括轻型木框架和工程木剪力墙)在地震和风作用下的易损性进行了系统深入地研究;此外,他还与其学生Sasani建立了钢筋混凝土剪力墙的概率位移需求与能力模型,应用Bayes统计推断技术对钢筋混凝土剪力墙地震易损性的不确定性进行了评估;根据大量的试验数据,建立了钢筋混凝土柱子的概率能力模型,并对其地震易损性进行了估计。

      美国的地震损失评估软件HAZUS在大量研究成果基础上,结合性能设计理论和能力谱方法,给出了各类建筑结构的地震易损性曲线欧洲一些国家的学者,也开展了一系列针对普通建筑结构的地震易损性研究意大利学者Schotanus等研究了三维钢筋混凝土框架结构的地震易损性英国学者Rossetto766 II监测根据大量观测数据,建立了欧洲地区钢筋混凝土结构的经验易损性曲线;Dymiotis等对钢筋混凝土框架结构的抗震可靠度以及砌体填充墙对地震易损性的影响进行了研究马其顿学者研究了马其顿地区钢筋混凝土结构的地震易损性保加利亚学者Dimova等则对按照欧洲规范Eurocode设计的工业框架结构的地震易损性进行了评定对装有耗能减震元件的建筑结构进行地震易损性分析,可以检验耗能减震元件对结构抗震性能的影响基于此,国外许多学者也进行了卓有成效的研究工作Dimova等研究了具有摩擦耗能装置的建筑结构地震易损性,并系统地分析了各种地震动强度与结构反应之间的相关性通过地震易损性对金属阻尼器对建筑结构的减震效果进行了研究国外存有大量历史遗留的石制教堂等历史建筑,这些建筑由于建筑材料的特殊、年代的久远以及历史意义的重大,对其进行地震易损性分析显得十分必要,且需要一些特殊的方法。

      Giannini等引入可靠度分析以进行失效概率的计算,并利用响应面法结合SORM法对一座中世纪的古塔加固前后的地震作用下的失效概率(易损性)进行了分析和对比Augusti等利用宏单元的。

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