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1、工程结构抗震理论与应用课程论文学号:2011205249 姓名：伊丁 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）地震反应的定义：建筑结构由地震引起的振动反应称为地震反应，包括地震在建筑结构中引起的内力、变形、位移、速度和加速度等。由定义可以看出，地震反应主要涉及两个方面一个是地震，另一方面是建筑物，所以建筑结构的地震反应的影响因素也可以归结为以上两个方面：地震因素和建筑结构因素。建筑结构因素:1.质量在多质点体系的水平地震作用的计算过程中，水平地震作用是以结构的惯性力来代表的，质量越大，惯性力也越大。2.刚度 结构的变形和位移在内力既定的情况下，取决于结构的
2、构件和整体的刚度。结构的刚度越大，其变形和位移就越小。3.自振周期由于场地土的滤波和放大作用，会在既定的场地上形成某种频率占主导地位的波形，而建筑结构的周期要避开这种波的卓越周期，以免发生共振。地震因素：1.地震波震源释放能量的形式是地震波，地震波传到地面后引起地表的运动，从而引起建筑结构的地震反应。地震动的三要素是幅值、频谱、持时。1.1 幅值最大幅值是描述地震地面运动强烈程度的最直观参数。通常情况，幅值越大，地面运动越强烈，相应的震级也越大，从而带来的建筑结构的地震反应也越大。1.2 频谱地震发生时，其加速度波形含有多种频谱成分，并在不同的场地土和地基上表现出不同的特性。一般的，软土地基上
3、，加速度波形长周期分量比较显著，对此类地基上自振周期较长的结构有较重的影响：反之，在硬土地基上，短周期波形比较显著，对上部自振周期较短的结构物有更不利的影响。1.3 持时地震加速度波形的持续时间对结构的地震反应有重要的影响，并且，这种影响主要表现子结构开裂后。在结构物已开裂时，持续时间越长，引起的结构反应也越大，造成结构损害的可能性就越大。2.场地与地基2.1 场地建筑物的选址对结构地震反应有重要的影响，应选择有利场地，避开不利场地，杜绝危险场地。断层带、突兀地等场地对结构的危害较平坦场地为重。2.2 地基从震源传来的地震波经场地土的滤波作用，如在坚硬场地会过滤掉周期较长的震波；在软弱场地过滤
4、点周期较短的震波。3.周期当地震卓越周期接近建筑物自振周期时，会引共振，从而加大结构的地震反应。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）结构地震反应分析的发展过程可分为：静力理论、反应谱理论和动力分析三个阶段。动力分析阶段又可分为：弹性和弹塑性（或非线性）两个阶段，随机振动与确定性振动是这一阶段中并列出现的两种分析方法。工程结构地震反应分析方法总体上有两种：线性分析和非线性分析。线性反应分析方法包括：集中质量法、有限单元法、广义坐标法、时域分析法、频域分析法和振型叠加法。最基本的多自由度体系线性动力反应分析方法有三种：时域分析法、频域分析法和振型
5、叠加法。集中质量法：离散化方法的一种。在连续结构体系的动力反应分析中，惯性力由结构运动产生，反过来结构的运动又受惯性力大小的影响。若要确定连续结构的全部惯性力，则必须确定每一个点的位移、加速度。此时结构各点的位置及时间都必须看作独立变量，故此必须用微分方程描述。有限单元法：俗称有限元。从物理上看，有限元就是把连续结构化成离散化单元，而单元大小有限，故称为有限元。各单元在其相邻边界点上相连，只在有限个点上有联系的离散模型。通常以这些广义节点位移为未知量，按节点平衡条件建立运动方程。一般采用位移法，也可采用力法。广义坐标法：假定结构质量各处都是均匀的，为了限制自由度，可取假定的结构变形形状用一系列
6、规定的位移曲线的和来表达，这些曲线则构成结构的位移坐标，也称广义坐标。常选取三角级数、多项式等。时域分析法：对于一个多自由度体系，采用有线元方法离散化可以得到体系的动力平衡方程。对上述微分方程组初值问题，采用时域积分法求解。时域积分法基于两点假定：（1）仅在有线时刻点的位移满足动力平衡方程；（2）在时刻间隔t内，以假设的位移、速度、加速度变化规律替代实际未知情况。频域分析法：对于线性结构系统，由于存在叠加原理，其时域解与频域解是完全等价的。频域分析方法的基本思路是利用傅氏分析原理，首先计算结构体系的频域传递函数，由此求得问题的频域解，最后叠加获得问题的时域解。振型叠加法：线性系统的时域分析方法
7、与频域分析方法都是从对输入的离散化着手进行体系动力反应分析。振型叠加法则通过对结构振型特征的离散化来实现体系动力反应的离散化，该方法又称为模态叠加法。其利用多自由度弹性体系振型正交性求解体系振动反应的时域解。利用系统正交特性可将维运动方程组解耦，转换为个单自由度系统的运动，分别求解各单自由度体系反应后再进行叠加即得原结构反应。该法广泛应用于结构地震反应分析。线性分析在结构方面就是指应力应变曲线刚开始的弹性部分，也就是没有达到应力屈服点的结构分析。非线性分析包括状态非线性，几何非线性，以及材料非线性。状态非线性，比如就是钓鱼竿，几何比如就是物体的大变形，材料比如就是塑性材料属性。这种方法能比较确
8、切地、具体地和细致地给出结构弹塑性地震反应；能给出结构中各构件和杆件出现塑性铰的时刻和顺序，从而可判明结构的屈服机制，对于非等强结构能找出结构的薄弱环节，并能计算出柔弱楼层的塑性变形集中效应，更接近实际情况。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） 传统的抗震设计原则中利用结构自身储存和消耗地震能量来满足抗震设防标准，是一种消极被动的抗震方法。合理有效的抗震途径是采取结构振动控制技术，即对结构施加控制机构 （系统），由其与结构自身共同发挥作用，以调谐和减轻结构的地震反应。结构控制可分为主动控制、被动控制、半主动控制和混合控制。 被动控制：被动
9、控制是一种不需要外部能源的减震控制技术，一般是在结构的某个部位附加一个子系统或对结构自身的某些构件进行构造上的处理，以改变结构体系的动力特性。被 动控制从控制机理上可分为基础隔震和耗能减震两大类： 基础隔震：基础隔震技术是指在建筑物或构筑物基底设置控制机构来隔离地震能量向上部结构传输，使结构振动减轻，防止地震破坏。纵观隔震技术的发展，可以看出近年来隔震技术有以下特点： (1)隔震技术的应用范围越来越广，数量越来越多。 (2)隔震建筑的结构形式日趋多样化，已从早期主要应用于砌体结构、钢筋混凝土结构发展到钢结构、组合结构、木结构。可供选择的隔震装置越来越多，新的隔震方法不断提出，并且采用混合隔震技
10、术已经成为发展趋势。目前研究开发的基础隔震技术主要有：夹层橡胶垫隔震、摩擦滑移隔震、滚珠及滚轴隔震、支撑式摆动隔震和混合隔震等。 耗能减震:耗能减震是把结构物的某些构件（如：支撑、剪力墙等） 设计成耗能元件，或者在结构的某些部位（如：节点、连接处等） 装设阻尼器。在风荷载和小震作用下，这些耗能元件与阻尼器处于弹性状态，使结构体系具有足够的侧向刚度以满足正常使用要求。在强震作用下，耗能元件或阻尼器首先进入非弹性状态，产生较大的阻尼，大量消耗入结构的地震能量，使主体结构的动力反应减小，避免进入明显的非弹性状态,从而保护主体结构在强震中免遭破坏。 常用的耗能装置有以下几种：a.摩擦耗能减震装置；b.
11、粘弹性阻尼器；c.金属阻尼器；d.粘滞阻尼器；e.复合型耗能器。 主动控制: 主动控制是一种需要外部能源的减震控制技术，它是通过施加与振动方向相反的控制力来实现结构减震控制的。其工作原理如下：传感器监测结构的动力响应和外部激励，将监测的信息送入计算机内，计算机根据给定的算法给出应施加的力的大小，最后，由外部能源驱动，控制系统产生所需的力。目前研究和开发的控制力型主动控制装置主要有:主动质量阻尼系统、主动拉索系统、主动支撑系统、主动空气动力挡风板系统、气体脉冲发生器等。 半主动控制:半主动控制是利用控制机构来主动调节结构在地震过程中的参数来达到减震目的的，其对外部能源需求量很低，可以不用强电，而由弱电(能源存储器，如蓄电池等)来提供。目前较为典型的半主动控制装置有：可变刚度系统、可变阻尼系统、主动调节参数质量阻尼系统、可控液体阻尼器、可控摩擦式隔震系统等。 混合控制:混合控制是主动控制和被动控制的联合应用。