地震工程学-同济思考题答案.docx

第一、二章 地震的基础知识1、世界地震分布的主要集中区域是什么？环太平洋地震带、欧亚地震带、大洋海岭地震带2、地球内部的基本构造是什么？地壳（数千米 至数十千米、岩石）、地幔（上、下地幔、岩石和软流层）、地核（外核、内核）3、4、5、从地震成因、地震序列、震源深度上划分，地震类型主要有哪些？（构造、火山、陷落、诱发）（主震余震型、震群型、单发型）（浅源、中源、深源）6、构造地震发生的宏观背景是什么？ 板块的构造运动7、简要叙述地震发生机理的弹性回跳说地壳由弹性的、有断层的岩层组成；地壳运动产生的能量以弹性应变能的形式在断层中长期积累；当弹性应变能积累及其岩层变形到达一定程度时，断层上某一点的两侧岩体向相反方向突然滑动，弹性应变能释放，产生地震，发生变形的岩体又重新恢复到，没有变形的状态8、简要叙述地震发生机理的粘滑说每一次断层发生错动时，只释放了积累的应变能中的一小部分，而剩余部分则被断层面上很高的动摩擦力所平衡，地震后，断层两侧仍有摩擦力使之固结，并可以再积累应力而发生较大的地震9、什么是震级，一般如何定义？震级是表示一次地震大小的指标，是地震释放能量多少的尺度一般以地震仪记录的水平方向地震波最大位移的平均值来测定震级的大小。

10、什么是烈度？震级和烈度有何关系？烈度是某一区域范围内地面和各种建筑物受到一次地震影响的平均强弱程度的一个指标一次地震只有一个震级，烈度则随地而异11、什么是烈度衰减规律？描述烈度随震级和距离变化而改变的统计规律实际地震烈度的分布并不十分规则，通常取圆形等震线拟合和椭圆形等震线拟合两种类型12、地震波有哪些类型？体波（纵波、横波）、面波（瑞利波、乐夫波）13、什么是纵波、横波，它们的传播速度有什么差异？试从弹性波动方程的角度进行推导质点振动方向与波的传播方向一致的为纵波，质点的振动方向与波的传播方向正交的为横波波动方程具有同样的形式，但是系数不同，P34,3514、地震动各分量主要由什么波产生的？体波产生水平和垂直分量，面波产生转动分量15、Rayleigh波和Love波各有什么特点？瑞利波振幅大，在地表以垂直运动为主，乐夫波类似于蛇形运动，质点在水平向的振动与波行进方向耦合后会产生水平扭矩分量，具有频散性，其波速取决于波动频率16、各种波在固体和液体界面反射和折射的性质如何？遵从一般的折射反射定律，但是横波不能在液体里面传播第三章 地震动特性与反应谱1. 地震仪和强震加速度仪的基本原理是什么？它们有什么区别？依据惯性的原理来进行监测地震仪以弱地震动为主要的测量对象，测量其位移；强震加速度仪以强震动为观测对象，测量其加速度。

2. 如何刻画一个随机过程的概率结构？概率密度形式或特征函数形式，后者实质是前者的傅里叶变换，因此二者是等价的3. 什么是随机过程的自相关函数？任意两个不同状态x(t1)和x(t2)的原点相关矩P424. 随机过程的功率谱函数是什么？是频域中的最重要的二阶统计数字特征，定义为自相关函数的傅里叶变换5. 地震动加速度过程频域表示常用什么模型？白噪声模型、有限宽带白噪声模型、过滤白噪声模型、普里斯特利模型6. 地震动加速度过程的时域表示常用什么模型？通常用随时间变化的强度函数和平稳过程的乘积来表示加速度过程7. 地震动三要素是什么？幅值、频谱特性、持续时间8. 地震动幅值特性的基本特点有哪些？9. 地震动频谱特性的基本特点有哪些？震级越大，地震动记录中的长周期（低频）分量越显著震中距越远，地震动记录中的长周期（低频）分量越显著软土地基上地震记录的卓越周期显著，而硬土地上的地震记录则包含多种频率成分10. 为什么地震动持时特性是重要的？在结构的非线性反应阶段，最大变形反应没有达到静力试验条件下的最大变形，结构也可能因贮能能力的耗损达到某一限值而发生倒塌破坏，即积累破坏（低周疲劳问题）11. 地震动衰减主要和什么因素有关？震级M，距离R，局部土质条件S12. 什么是Penzien（彭津）假定？平稳化三维地震波存在主方向的假定13. 什么是地震动反应谱？地震动反应谱主要反应了地震动什么特性的影响？单自由度弹性系统在地震动作用下最大反应的绝对值与体系的自振特征（自振周期、阻尼比）之间的函数关系曲线。

主要反应了地震动的频谱特性14. 什么是三联反应谱？其基本原理是什么？用对数坐标把地震中的最大位移、最大相对速度、最大加速度三种反应谱画在一张图上，形成三坐标反应谱，简称三联反应谱不同动力特性的结构对一个地震动过程的动力最大反应的结果15. 地震动反应谱有哪些基本特点？阻尼比对反应谱影响很大；对于加速度反应谱，当结构自振周期小于某个值时幅值随周期急剧增大，大于某个值时，快速下降对于速度反应谱，当结构自振周期小于某个值时幅值随周期而增大，随后趋于常数对于位移反应谱，幅值随周期而增大对于低频系统，最大位移反应趋于地面最大位移；对于高频系统，最大加速度反应趋于地面最大加速度；对于中频系统，不论阻尼大小，最大反应均比地面运动大，即存在动力放大效应）16. 什么是设计反应谱？它和地震动反应谱有何区别？将不同地震动记录的反应谱曲线加以统计平均，在此基础上再利用数学上的平滑拟合，基于安全或经济因素的修正，形成设计反应谱地震反应谱主要反映了地震动的频谱特性，设计反应谱则是对结构设计地震力的一种规定，两者都统一在反应谱是单质点体系地震最大反应关于结构周期的变化曲线这一普遍定义上来17. 反应谱和Fourier谱、功率谱之间是什么关系？18. 地震动模拟常用哪些方法？其基本原理是什么？一般工程方法（以仅依赖于场地的反应谱为目标）；半经验综合方法（考虑震级、距离、场地的综合影响）；理论或半理论方法（考虑发震断层的影响）一般工程方法是利用功率谱或反应谱来预测幅值谱，而将相位谱处理为均匀分布的随机变量。

改进的工程方法则以相位差谱反应相位谱，以统计方式给出相位差谱的概率分布理论和半理论方法引入了地震物理机制的有关知识第四章 线性结构的地震反应1. 结构的离散化方法主要有哪些，各有什么特点？广义坐标方法（将无线自由度体系转化成有限自由度体系）有限单元法（以节点的位移作为结构的广义坐标，统一规定了各杆件单元共享的形状函数，使广义坐标获得了直观的物理背景和统一的计算格式，结构的向量方程耦联程度较小）集中质量法（计算更加便利，不适当的集中质量将可能导致较大的计算误差）2. 试从Hamilton原理简要推导Lagrange方程3. 试推导时程积分的Newmark方法基本公式4. 试述频域分析方法的基本思路时域分析方法的基本思路是将时间过程离散化，在每个小时段内把动力问题化为拟静力问题求解，然后迭加得到总体反应频域分析的基本思路是将频域离散化，针对每个小频段内的动力问题运用频域传递函数求解，然后迭加得到总体反应5. 什么是振型，试证明振型正交性在振动的任一时刻，各质点位移的比值保持不变，即振动形状保持不变，将此振动形式称为振型Y为仅与位置坐标有关的向量，可以为振型向量（无量纲形式）6. 试推导振型分解法的基本方程。

多自由度弹性体系在地震时质点所受到的惯性力就是质点的地震作用质点上的地震作用为：7. 什么是Rayleigh阻尼？如何确定Rayleigh阻尼系数？即将多自由度体系方程中的粘性阻尼矩阵写成质量矩阵和刚度矩阵的线性组合形式：[C]=a[M]+b[K]比例常数可以根据振型分解方法由选定的两个振型阻尼比和相应的自振频率表示 、为第i振型的阻尼比和自振频率8. 振型参与系数是什么，各阶振型参与系数和振型矩阵有何关系？每个质点质量与其在某一振型中相应坐标乘积之和与该振型的主质量（或者说该模态质量）之比，即为该振型的振型参与系数振型矩阵是振型参与系数的计算基础9. 地震反应的反应谱组合方法基本原理是什么，有什么优缺点？利用振型分解和振型正交性原理，将求解n个自由度 弹性体系的最大地震反应，转化为求解n个独立的等效单自由度体系的最大地震反应①反应谱虽然考虑了结构动力特性所产生的共振效应，但在设计中仍然把地震惯性力按照静力来对待，所以反应谱理论只是一种准动力理论； ②地震动的三要素是振幅、频谱和持续时间，在制作反应谱过程中只考虑了地震动的前两个要素振幅和频谱，未能反映地震动持续时间对结构破坏程度的重要影响； ③反应谱是根据弹性结构地震反应绘制的，只能笼统地给出结构进入弹塑性状态的结构整体最大地震反应，不能给出结构地震反应的全过程，更不能给出地震过程中各构件进入弹塑性变形阶段的内力和变形状态，因而也就无法找出结构的薄弱环节。

10. 利用反应谱获得地震作用设计值的基本原理是什么？地震作用等于质量阵与绝对加速度的乘积的负值第五章 结构的动力特性1. 结构动力特性有哪些基本特征？（1）动力弹性模量与动力极限强度（2）恢复力曲线（3）强度退化与刚度退化（4）裂面效应与包兴格效应2. 动力弹性模量与动力强度与静力相比有何变化？结构材料承受动荷载时的性能与承受静荷载时的性能往往有较大的差别动力弹性模量高于静力弹性模量动力极限强度也高于静力极限强度3. 何谓骨架曲线？恢复力曲线包括那几个部分？滞回曲线：结构或构件在力循环往复作用下得到的力--变形曲线骨架曲线：滞回曲线的外包络线多数情况中，骨架曲线与单调加载的力－变形曲线基本一致恢复力曲线：滞回曲线与骨架曲线合称为恢复力曲线，它表示构件或结构的变形履历过程4. 什么是强度退化？什么是刚度退化？在循环往复荷载作用下，当保持相同的峰点位移时，常常出现峰值荷载随循环次数增多而降低的现象，称作强度退化当保持相同的峰值荷载时，峰点位移往往随循环次数增加而增加，称作刚度退化5. 何谓混凝土裂面效应？什么是包兴格效应？裂面效应即裂面接触效应，也就是在反复荷载下的钢混材料，开裂的砼再受压时，具有裂面局部接触以传递压力的效应。

造成裂面效应的根本原因是在裂面重新受压时，骨料咬合作用使裂缝在完全闭合之前就已传递较大的压力试验指出，裂缝越宽，裂面接触效应越显著循环往复加荷荷载变位曲线的另一特点是屈服后反向加载时应力可能明显降低，这一现象称之为包兴格效应6. 混凝土受弯构件的滞回曲线有何特点？钢筋屈服前，循环往复荷载下梁的骨架曲线与单调加荷时梁的力—变形曲线基本重合，滞回环基本呈稳定的梭形，刚度与强度退化均较小而在钢筋屈服以后，由于钢筋的包兴格效应、混凝土裂缝的开张与闭合、钢筋与混凝土之间粘结力的破坏，滞回曲线将出现“捏拢”现象，同时，刚度退化现象亦渐趋明显剪力的存在不利于受弯构件良好地发挥抗震性能剪力相对较小，滞回曲线基本呈“梭形”；剪力较大，滞回环呈现显著的“捏拢”现象，耗能能力明显降低7. 混凝土压弯构件的滞回曲线有何特点？由于轴力的存在，使构件延性降低，耗能能力减小在无轴力情况下，滞回环最为丰满，随着轴压比的提高，滞回环呈捏拢现象，最终成为所谓“弓形”的滞回曲线8. 混凝土受扭构件的滞回曲线有何特点？纯扭构件的滞回曲线呈反S形，压扭构件的滞回曲线则相对丰满扭矩循环往复作用的结果，是钢筋粘结更易遭受破坏，强度与刚度退化现象显著；与单调受扭相比较，循环往复荷载下的极限抗扭能力略有降低。

9. 砌体墙片的滞回曲线有何特点？墙片开裂前的变形模式呈剪切形，开裂后的变形模式呈弯剪形，不同的垂直应力下的滞回曲线不同10. 钢结构。