工程抗震概述

1、以女罢蓉Shandong Jianzhu University硕士研究生非笔试课程考核报告（以论文或调研报告等形式考核用）2014至2015学年第 2 学期考核课程：工程抗震提交日期：2015 年 7 月15日报告题目工程抗震综述考核成绩考核人姓名学号_年级2014 级专业建筑与土木工程所在学院土木工程学院山东建筑大学研究生处制工程抗震综述研究生第一年已经接近尾声，这学期学习了工程抗震这门课，让我对抗 震这门课有了更深入的理解，以及对结构设计来说，抗震设防的重要性和必要性。 与此同时，也学习了常见结构的抗震措施和处理方式，从理论上有了宏观的把握， 对以后结构设计打下了基础。工程抗震这门课内容很多，从“地震动特性” 到“结构消能、减震”等等。老师结合建筑抗震设计规范，强调了结构概念 设计，推导了规范最基本的相关公式，如底部剪力法、振兴分解反应谱法等，介 绍了目前国内外关于抗震研究现状，加深了对强柱弱梁、强剪弱弯和强节点若杆 件等结构设计概念的理解。现在结合工程抗震老师上课所讲和自己的笔记， 简单谈谈对这门课程的认识和理解。一，地震动及其特性随着经济建设的迅速发展和社会财富的快速积累，灾害

2、的防治越来越受到重视。灾害 是指那些由于自然的、人为的或人与自然的原因，对人类的生存和社会发展造成损害的各种 现象。在国家自然科学基金委员会工程与材料学部的重大工程灾害与防治论证报告中给出了 灾害的一种更科学的定义:灾害是指自然环境或工程系统演变过程中失去固有平衡或稳定时 造成人类赖以生存的基础破坏或功能失效的突发事件。联合国成立了国际减灾十年委员会， 希望通过国际间的合作与努力，力求在十年中有效地降低和防治自然灾害。国际减灾十年委 员会(19902000)提供的资料表明：1963年至1992年的三十年内，全球自然灾害的受灾总 人数30.08亿人，死亡总人数36万人，直接经济损失3400亿美元，其中地震引起的灾害占很 大的比例。1.地震的成因(Cause of EQS)根据地震成因来划分地震的类型： 塌陷地震(Collapse EQS)： 50年来仅1954和1965年四川自贡发生两次。 火山地震(Volcanic EQS):火山喷发引起的大地振动。 构造地震(Tectonic EQS):地壳构造变动引起的地震，占90%以上。破坏性地震一般均为构造地震。以后讨论的地震均为构造性地震。引

3、发构造地震的原因：外因一地震成因的宏观背景：板块构造学，用板块构造学上升到理论模型内因一地震成因的局部机制：弹性回跳理论一理论模型板块构造运动(二十世纪60年代提出)：全球地壳可以分为六大板块(太平洋、欧亚、美洲、非洲、印度一澳洲、南极)，各大 板块内部可以分成较小的板块。板块厚80到100千米(地壳30到40千米加上岩石层40到70千 米)。板块在上地幔推动下发生移动，约25cm/年，各板块运动不均匀，同一板块的运动 也不均匀。板块运动引起岩层变形积累，达到一定程度突然破裂释放的巨大能量以波的形式向外传 播，引起地面运动，迫使结构振动，产生破坏。在大板块边缘地震最多，这些地震称为板缘地震（浅源）。从世界地震的震中分布图上可以看到两条大地震带：1）环太平洋地震带一占世界地震总数75%以上。2）欧亚地震带（至印度与环太平洋地震带相遇）一占地震总算22%。这两个地震带属于板缘地震，大小板块边缘都是地震集中处。有些地震不发生在边缘，而是在板块内，成为板内地震（或称内陆地震），约占5% 一 分布零散，危害性大（震源浅，震级大，地震区人口集中）；机制复杂，如唐山地震。中国地震：中国位于欧亚板块东

4、南端，东为太平洋板块，南为印度洋板块，欧亚板向东、太 平洋板块向西、印度洋向北挤压中国大陆，因此中国是地震多发国家。除少数省外，都发生 过6级以上破坏地震，基本烈度大于6度，占国土总面积的60%。全国450个城市，74.5%位 于地震区，约一半城市位于基本烈度7度及其以上地区。28个百万以上人口的大城市有85.7% 位于地震区。本世纪全世界发生的7级以上强震中，中国占三分之一。2. 地震的描述震源（Hypocenter， Source， Focus， Center）:地壳深处岩石发生断裂、错动的地方，即一 次地震时应变能释放区。震中（Epicenter，Epifocus）:震源在地表的投影点。断层：地震形成的地壳岩石中的大断裂面（可达到几十几百公里长）。地震时破裂开始于断层面上的一个点或一个局部，然后向四周扩展。实际上震源不是一个点，而是具有相当尺度（大小）的破裂面，与地震的大小有关。地 震学在研究中采用三种震源模型（理论模型）： 点源：中小震（M6），断层长度：几十到几百公里； 面源：中大震（M6），断层长度：几十到几百公里。对一次地震震源（的位置）（Hypocenter）认为是断层

5、上首先破裂的那个点（的位置）。 能量中心：能量释放中心，一般是断层破裂面的几何中心。小震：震源=能量中心。大震：震源和能量中心不重合。3. 地震的三要素 发震时间一一时间 发震地点一一空间：震中位置（经度，纬度）+震源深度 地震大小强度对已发生的地震，实际的震中、震源位置的确定会有几公里到几十公里的误差，极个别 的可能存在百公里的误差。一个地震由下列参数定义：时间、空间、强度、简称时、空、强三要素。对一个已发生地震 的确定需要给出三要素，在地震预报中预报一个地震也需要确定这三个要素。根据震源深度的划分，地震可以分为：浅源地震（shallow focus earthquake）:震源深度，h70km，占总地震的72%Elcentro 1940 EQ M=7.1，h=24Km唐山 1976 EQ M=7.8，h=16Km特点：峰值加速度大，卓越频率5-20HZ，高频成份多。中源地震（Intermediate focus EQ）： 70Kmh300Km，占总地震的4%特点：峰值加速度小，卓越频率0.2 3HZ (高频被滤掉)。4. 地震动(1) 地震波分为弹性波面波(次声波)；其中以面波对人

6、类造成的危害较大。(2) 地震动的反应取决于三要素：峰值、频谱和持续时间。对于三要素的影响因素：震源机制、震中距、传播途径及场地条件。5. 、地震动的估计及模拟(1) 烈度估计：得到烈度和参数之间的关系。(2) 衰减规律。(3) 震源机制(4) 人造地震动分为地震学方法和工程方法。具体方法为比例法和级数法。6. 、地震的宏观评价“震害指数评价法”：破坏作用分级，总分为：i、ii、m、w、v、w、w。二、减轻震害的措施1、能较及时的预报地震发生的时间、地点和强度。但是地震具有群发性、迁移性、等距性、 复发性、前兆性和大小年，增加了预测的难度。2、转移分散。3、地震工程方法：地震危险性分析+结构抗震设计；其中结构抗震设计是比较常见的传统 的方法。三、结构抗震中的不确定因素1、地面运动的不确定性。 非平稳随机过程，地震的统计资料少。 短时间的作用。 有选择的破坏作用。2、结构本身动力特性的不确定性：包括自重、刚度、自振周期。结构自重：基础与上层建筑结构质量分布不均匀。结点刚度：造成力的作用的偏心、扭转和P-效应。非结构构件：弹塑性性质。3、结构构件的材料对地震作用的影响不同：包括时间、速率、

7、弹塑性能和反复加载的影响。4、阻尼的影响，弹性状态下的阻尼系数2-3%。5、结构分析模型的不确定性根据结构的特点以及研究的构件等因素可以给结构建立不同的模型，例如：平面模型、平面 协同模型、空间模型、杆系模型、墙元模型、壳元模型等。6、抗震规范的局限性。7、抗震的基本需求，其指标有：刚度、承载力和稳定性。刚度是指有足够的吸能能力，承载 力指的是足够的耗能能力，稳定性指的是足够的变形能力。四、结构抗震设计理论的演变1、静力法阶段（20世纪2030年代）惯性力F=ma= 竺 a= 丝=兰G =KG g g g其中：a为地面运动的加速度；k为震设系数，可取0.1.K=a =力，Sn地面运动最大加速度。gg2、反应谱阶段（1）40年代初：计算结构的反应谱（2）1952年将该方法列入规范，即反应谱理论。反应谱理论结构一多自由度体系一弹性阶段分析。 用振型分解（组合）法一总反应。 反应谱法一单自由度最大反应。（3）1970年，新西兰的Parly pank提出能力设计法 承载力 变形能力：耗能能力（i）、合理的破坏机制。（ii）、防止脆性破坏。（iii）、变形能力设计3、基于性能的抗震设计（1）概念

8、：工程结构在预定的使用年限内，在不同强度水平地震作用下达到预定的不同的 性能目标。生命安全性能目标结构的损伤控制正常使用（2）基于位移的性能化设计（以位移为控制指标）a:能力谱法：将多自由度体系等效为单自由度体系得到“匕一U曲线，然后转化为气-S加速度与位移曲线。多自由度体系的加速度与位移曲线“ MD”单自由度体系的加速度与位移曲线“SD”其中第一阵型的模态质量为M*阵型参与系数为1。则存在下列公式:S _V S =ba M*1S =土d r。1 n1b:求需求谱r t已i：由建筑抗震设计规范中的方法可得“Sa Sd”的曲线，其中Sd = I Saii：特定的地震动得到“S S ”的曲线。iii：找性能点，Sa与Sd的交点即为性能点，若无交点，则说明抗震能力不足。其中性能点所 对应的最大位移为S；，而实际结构性能点位移U/甲n1S;。（3）基于预案确定设计方案五、地震危害性评价1、概述：地震危害性的评价是对地震的活动性、分布规律的研究，包括地震的参数、强度 的研究。目的：提供设防的依据对重大工程项目进行场地分析2. 、评价的内容（1）地震活动性分析（150km以内的地震活动）（2）地震构造的调查（2）近场区域地震构造活动的调查分析（3）烈度及地震动衰减关系（4）危害性分析（5）场地工程地震条件（6）场地的地震灾害评价（7）场地的地震反应分析（8）提出场地的地震动参数六、现行抗震规范所体现的设计原则1.设防的标准建筑工程抗震设防分类标准中对设防烈度分为甲、乙、丙、丁四个等级，可以在以下情 况设防（1）地震作用的计算（2）采取抗震措施时设防（一）概率为基准的设计方法1、三水准设防。包括第一水准设防，（小震）为众值烈度，重现期为63.2%，为弹性状态；第二水准设防，（中震）为基本烈度，重现期为10%，部分进入弹塑性状态；第三水准设防，（大震）罕遇地震，重现期23%.地震发生的概率符合概率公式：K（& -房一妇k密度函数：f=妇）e棚-1胡m分布函数：F=emI一I*m1/6001/2001/50地震作用引起的变形I区域代表结构所能抵抗地震的能力II区域代表能修阶段所能抵抗地震的能力m区域代表继续

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