结构防灾技术考前复习

1、结构防灾技术考前复习1 . 土木工程抗灾减灾与各种灾害之间的关系地震：提高烈度，隔震减震等措施洪水：防洪，泄洪滑坡，泥石流：锚索加固，挡土结构核泄霜：安全壳战争：人防工程火灾，爆炸：建筑结构防火，防爆墙旱灾：渠灌引水（南水北调，东水西调工程，渡槽，渠道等）海啸飓风：防波坝等，结构抗风2 .结构减震控制的分类被动控制一一不需要外部能源输入基础隔震耗能减震主动控制一一需要外部能源输入提供控制力控制系统由传感器、运算器和作动器组成缺点：造价昂贵，所需巨大能源在地震时无法保证半主动控制一一可调参数的被动控制装置不需要很大外部能源输入由最优控制策略调整参数智能控制一一采用智能控制算法和智能驱动或智能阻尼

2、装置为标志的控制方式混合控制一一不同控制方式相结合的控制方法3 .结构隔震原理及基本特性设置隔震系统形成隔震层，延长结构的周期，增加结构阻尼，使结构的加速度反应减小，位移集中于隔震层，上部结构的振动接近于刚体，相对位移较小，结构基本处于弹性工作状态，不产牛破坏或倒塌。4 .隔震结构的基本特性承载特性具有足够的竖向刚度和强度以支撑上部结构的重量。隔震特性具有足够的水平初始刚度，在风载和小震作用下，体系的水平位移极小，不影响使用要求;而中强地震时，其水平刚度较小，结构为柔性隔震结构体系。复位特性地震后，上部结构能向复到初始状态，满足正常使用要求。耗能特性隔震系统本身具有较大的阻尼，地震时能耗散足够

3、的能量，从而降低上部结构吸收的地 量。(»)(b)5 .试给出单质点基础隔震体系的计算简图，并写出动力分析模型6 .隔震结构动力分析模型，要求能够写出单质点及多质点基础隔震体系结构的动力方程?加速度反应分析动力方程Mx. + Cx. + Kx. = Cx. + Kx aXs + 2的兀+切兀=2Ccoxg +亦叫（2-1）求结构体系的加速度反应&,可采用转变函数的方法。设结构体系的动力反应转换函数为H (3);地震地面的场地特征 频率为3 ;地面地震加速度4=严，则隔震结构地震加 速度反 应=Hco) eiat把&及和代入式(2-1),经过整理归纳，可得到隔震 结构体

4、系的 动力反应转换函数为：_ 1 + （2 绍？）2一（2-2 ）1 0/? ） ''+ （2 勿/?）'多质点平动体系基础隔震结构地震反应方程?w xj + c X5 + A： X5 = -（Xg+Xb） nj（2-9）设结构频率特征值矩阵：u） =diagu）i2 , u）22, 32, ?-u）n2其相对应的振型特征向量矩阵为，并引入广义坐标q,则 结构位移反应为：Xj 二q（2-10）将式（2-10）代入式（2-9），并于方程两边乘以T，贝lj 歼嗣可+钉C+钾口=Tq+町何公式可化为：*? +cJq + ojq=-（勺 + 血）7 M7 .隔震结构加速度反应衰

5、减比 R的物理意义，对隔震结构的减震效果有何影响？1）隔震结构的加速度反应衰减比呛随着 3/on值的增大而降低，即隔震结构的水平刚度K越小，3门越低，隔震效果越显著。2）隔震结构的加速度反应衰减比 Ra随着隔震结构阻尼比匚的增大而增大，即隔震结构阻尼比匚太大，对隔震效果反而不利。3）隔震结构的位移反应放大比 Rd随着阻尼比匚的增大而降低，即提高隔震结构的阻尼比匚，能有效的减少隔震体系上部结构与基础间的相对位移，即有效地减少隔震装置的水平剪切变位值。4）综上所述，合理选取隔震结构的刚度和阻尼，即合理选取隔震装置的水平剪切刚度K和阻尼比匚，是对隔震结构进行合理减震控制的关键。8 .隔震结构位移反应

6、放大比出的物理意义，对隔震结构的减震效果有何影响？Rd:表征隔震装置位移放大效应的指标。当场地特性 （3）与隔震装置的刚度特性（K或3"已定 时，可通过增大隔震装置的阻尼比匚来减少隔震装置的水平变位。9 .基础隔震体系减震效果的控制参数有哪些，影响减震效果的主要因素有哪些？?控制参数：隔震结构加速度反应衰减比xR =- x1 + (2?/? ) ?1 一（初 9） 丁+ (2 创/?):（2）隔震结构阻尼比一 1 小町1-（初"2（ ?g）q JE-1Rd =一二一Jl-9/色） +（2 血s；/? ） 2隔震结构位移反应放大比10?简述隔震结构设计的基本步骤，并对每一步骤

7、加以解释确定水平向减震系数上部结构设计隔震层设计下部结构设计基础设计11 .水平向减震系数和什么因素有关，如何确定？叠层橡胶隔震支座只具有隔离或耗散水平地震的功能，对竖向地震隔震效果不明显，为 了 反应隔震建筑隔震层以上结构水平地震反应减小这一情况，引入“水平向减震系数" O由 于隔震层对竖向隔震效果不明显，故当设防烈度为9度和8度且水平向减震系数为0. 25时，隔震层以上的结构应进行竖向地震作用的计算；当设防烈度为8度H水平向减震系 数小于0.5时，宜进行竖向地震作用的计算。确定水平向减震系数的比值划分层间剪力比值0.530.350.260.18水平向减震系数0.750.500.3

8、80.2512 .隔震层的层水平动刚度及等效粘滞阻尼比如何计算？隔震支座由试验确定设计参数时，竖向荷载应保持规范的平均压应力限值。对多遇地震验算，宜采用水平加载频率为0. 3HZ且隔震支座剪切变形为50%的水平刚度和等效粘滞阻尼比；对罕遇地震验算，直径小于 600mm的隔震支座宜采用水平加载频率为0. 1HZ且隔震支座剪切变形不小于250%时的水平动刚度和等效粘滞阻尼比；直径不小于600mm的隔震支座可采用水平加载频率为 0. 2IIZ且隔震支座剪切变形为100% 时的水平刚度和等效粘滞阻尼比。13 .隔震结构的主要缺陷是什么？在进行隔震设计时如何避免?14 .消能减震结构体系的设计原则结构消

9、能减震的实质是，在结构内设置消能构件（或消能装置），它们能为结构提供较大的阻尼，在地震时大量消耗输入结构的振动能量，衰减结构的地震反应。15 .试从能量角度解释结构消能减震的原理16 .试从动力学角度解释结构消能减震机理M为结构动力作用放大系数。即质点的振动反应x等于静力反应（FO/K）乘以结构动力作用 放大系数Mo M值是决定结构体系振动反应的关键函数。如果M>1,则结构强迫振动为“放大”效应。M<1,则结构强迫振动为“衰减”效应，其分界线为M=1M :结构动力作用放大系数（1）在（3/ 3n） W1.5的范围内，若结构体系阻尼匚越小，则 M值越大，结构振动为“放大”效应。若结构

10、体系阻尼比匚越大，则 M值越小，结构振动为“衰减”效应。所 以，在结构体系中设置消能构件（或消能装置），提供较大的阻尼，能有效地衰减结构的振动反应。（2） 当结构体系阻尼比匚20.7时，在（3/ 3"的所有数值范围内，“结构动力作用放大系数” M永远小于1。这意味着，若在结构体系中装设消能构件（或装置），使其阻 尼 比达到一定数值，则在任何外力（地震、风等）冲击下，都能确保有效地衰减结构的振动反应。17 . “循环设计法”的基本假定1）装设有消能构件（或消能装置）的结构，在设定的强地震中处于弹性状态。（2） 消能构件（或消能装置）的刚度（肋）和阻尼比（匚 3）必须通过消能构件（或消能

11、 装置）的足尺试验测定。（3） 消能减震结构的层间刚度（k）等于主体结构的层间弹性刚度（ks）与实际布置在该层的消能构件（或消能装置）在相应层间位移状态下的刚度（ka）之和。（4） 消能减震结构的等效阻尼比 （匚）等于消能构件（或消能装置）在相应层间位移状态下的阻尼比（C a） , C i=Caio18 .结构被动调谐减震控制的基本概念结构被动调谐减震控制体系，由结构和附加在主结构上的子结构组成。附加的子结构具 有 质量、刚度和阻尼，因而可以调整子结构的自振频率，使其尽量接近主结构的基本频 率或 激振频率。这样，当主结构受激励而振动时，子结构就会产生一个与结构振动方向 相反的 惯性力作用在主结

12、构上，使主结构的振动反应衰减并受到控制。由于这种减震控 制不是通 过提供外部能量，只是通过调整结构的频率特性来实现的，故称为“被动调谐 减震控 制”。也称“动力消震”。20 .简谐激励下的单质点体系的调谐减震控制的动力方程“丸 + Cd 3 -卷)+ (K + Kd)西一KdXd = P 加点d+G3/-和+筠(£西)=o21 .基底受地震激励的单质点体系的调谐减震控制的动力方程22 .在进行结构的调谐减震控制时，哪些参数影响结构的减震控制效果？23 .结构主动减震控制的基本概念结构主动控制是利用外部能源(计算机控制系统或智能材料)，在结构物受激励振动过程中，瞬时施加控制力或瞬时改变

13、结构的动力特性，以迅速衰减和控制结构动力响应的一种减震(振)技术。24 .结构主动控制的减震机理有n个自由度的线性结构，采用主动减震控制结构体系。在地震激励下，结构体系的运动方程为：Afx+Cx + Kx = Fx g + EU地震力激励下主动控制结构体系的运动方程为 ：皿 + (C - EC)x + (K - EK)x = (F - Fb)xs主动控制结构体系，由于主动控制力的施加，改变了结构体系的阻尼、刚度和激励荷载。如果选用合理的控制算法，确定最优的控制力，则可以达到衰减和控制结构地震反应的目的。25 ?什么是构件的耐火极限？耐火极限：对任一建筑构件按照标准时间 -温度曲线进行耐火试验，

14、从受到火起作用时起，到失去稳定性或完整性被破坏或失去隔火作用时为止的时间耐火极限判定条件非承重结构丧失完整性；失去绝热性承重结构是否失去承载能力和抗变形能力 墙：发生坍塌，失去承载能力梁或板：坍塌，失去承载能力，最大挠度超过L/20cm,失去抗变形能力柱：坍塌，失去承载能力，轴向收缩变形速度超过3IIrrnn/mim失去抗变形能力，II为受火4 L4身度26 .结构抗火设计的流程设计受火状况表面热传导条件勺温度场材料的热工性能混凝土和锅筋的高温性能没计承载力考虑火灾影响的设计荷载S结构抗火设计流程27 ?爆炸对结构的作用冲击波的破坏作用冲击波的破坏作用主要是由冲击波的超压引起的。在爆炸中心附近

15、，空气冲击波的超压可达儿个甚至十儿个大气压，在这样的超高压作用下，建筑物将被摧毁，机械设备、管道等也会受到严重破坏。一主要荷载振动破坏作用冲击波将肓接或通过地基间接引起周围结构振动，进而造成结构损伤或破坏。一一次要荷载碎片冲击作用结构破坏产生碎片飞出，碎片在一定范围内飞散伤人。爆炸引起的火灾28 .受爆炸冲击时结构的受力特点在爆变化荷载为偶然性的瞬间作用，荷载值特别大，不确定，设计时可以降低安全度，允许结构 达到设计荷载时进入塑性状态，出现大变形甚至局部破坏，但防止倒塌。冲击波作用在结构上的压力一时间曲线为次脉冲动力荷载。需要进行动力响应分析。 炸作用下构件的应变速率比常规荷载作用下的材料应变

16、速率大得多，应考虑应变速度 对材料力学性能的影响。29 .大气边界层，梯度风速，梯度风高度的定义30 .平均风的空间特征是什么，平均风剖面的定义，如何描述 ？空间特征 风速的平均值随高度的变化规律 描述这种变化规律的函数和图线称为风速廓线或风剖面 平均风剖面通常采用指数律或对数律来表达 通常忽略风向的改变载效31 .风对结构的作用有哪些？如何计算不同风力对结构的作用，如何计算结构的总风荷 应？（1） 顺风向力与风向一致的风力作用（2）横风向力一一结构物背后的旋涡引起结构物的横风向（与风向垂直）力（3）风力扭矩 由横风向力、顺风向力引起 结构的风效应，由风力产生的结构位移、速度、加速度响应、扭转响应考虑顺风向动力作用效应（脉动效应）与横风向动力作用效应（风振效应）的最大值不定在同一时刻发生采用平方和开方近似估算总的风动力效应（结构顺风向静力效应结构总风效应f S= Ss+ Js M+ S缶结构横风向风振效应结构顺风向脉动效应t32 .风载体型系数，风压高度变化系数的定义风载体型系数，即风作用于建筑物上所引起的实际压力（或吸力）与来流风的速度压的比值，在大气边界层内，风速随离地面高度而增大当气压场随高度不变时，风速随高度增大的规律，主要取决于地面粗糙度和温度垂直梯度通常认为在离地面高度为 30