工程结构抗震复习资料

1、绪论 地震的基本概念1. 地震学与工程抗震学有何区别与联系？区别：* 从研究对象上看:地震学的首要任务是研究地震的活动性；通过地震宏观调查，根据地震时结构物的破坏程度及其他宏观现象，研究地震的强度及其分布规律，总结地震活动性的历史经验；并结合地质构造环境、地震仪器记录得到的地震震源特性和大、小，从而对未来的强地震作出预报。工程抗震学的主要目的是针对未来强震，从工程上着眼，力求在最经济的条件下使结构物具有足够的抗震性能，以保障人们的生命财产安全。* 从学科上看:地震学研究内容:（ 1 ） . 中、长期地震预报中的潜在震源区划分;（ 2） .潜在震源区地震活动性规律;（ 3） .地震动工程参数选择

2、及参数估计等。工程抗震学研究内容:（ 1 ） . 地基土的动力性能及地基抗震;（ 2） .结构振动特性及地震反应;（ 3） .结构的破坏机制与弹塑性分析以及结构可靠性理论;（ 4） .工程抗震设计理论等。* 联系：地震学与工程抗震学统归于地震工程学范畴。其主要内容涉及地震危险性分析与地震区划和工程结构抗震两大部分。在地震动这一环节上，两门学科是互相搭接的。地震学必须研究地震动，因为只有通过地震动的测量才能了解地震震源与地球介质的特性。工程抗震学也必须研究地震动，因为地震工程是以防止强震时工程破坏为目的，而工程破坏主要是由地震动引起的，所以必须了解地震动的规律，才能进行结构地震反应分析和设计。2

3、. 分别用地质构造学说与板块构造学说解释地震的成因。地质构造学说：地壳是由各种岩层构成的，在地球运动和发展过程中内部存在着大量的能量，地壳中的岩层在这些能量所产生的巨大的力的作用下发生变形，岩层中产生应力并日积月累。当岩层内应力积累超过某处岩层的强度极限时，岩层遭到破坏，产生断裂和错动（图1-3） ，将所积累的应变能转化为波动能，以地震波的形式向外传播，当这种振动传到地面时就会引起地面的振动，从而形成了地震。板块构造学说板块构造运动学说则认为地壳与上地幔顶部的岩石层可以分为若干个大大小小的板块，在地幔软流层之上异常缓慢而又持续不停地漂移，占所有地震99 的板块边缘地震是由板块运动引起的。有一些

4、地震并不发生在板块边缘附近，这些地震称为板内地震。3. 简述全球与我国的地震活动区及地震特点。* 地球上有四组主要地震带：环太平洋地震带；欧亚地震带；沿北冰洋、大西洋和印度洋中主要山脉的狭窄浅震活动带；地震相当活动的断裂谷，如东非洲和夏威夷群岛等。前两者是主世界上主要的地震带*我国大致可划分成6个地震活动区： 台湾及其附近海域； 喜马拉雅山脉活动区； 南北地震带； 天山地震活动区； 华北地震活动区； 东南沿海地震活动区。我国地震活动的主要特点：1 我国地震活动分布范围广。（ 2）地震的震源浅、强度大。（ 3）位于地震区的大、中城市多，建筑物抗震能力低。 （ 4）强震的重演周期长。4. （ P1

5、1） 画出地震波传播与运动形式示意图。解释体波与面波都包括哪些波形？各有何特点？* 地震波传播与运动形式示意图见P11* （1）体波包括纵波（小 波）和横波（S波） PPT上内容：？纵波一一压缩波一一P波? 横波 剪切波 S 波书上总结内容：（a） 纵波是由震源向外传递的压缩波，质点的振动方向与波的前进方向一致。周期短，振幅小。它在固体、液体里都能传播；在空气里纵波就是声波。 （b） 横波是由震源向外传播的剪切波，质点的振动方向与波的传播方向相垂直。 周期较长，振幅较大。它只能在固体里传播。（ 2）面波只限于沿着地球表面传播，一般可以说是体波经过地层界面多次反射形成的次生波。它包括瑞雷波（R

6、波）和洛夫波（L 波）两种。 a） 瑞雷波：传播时质点在波的传播方向和自由面（即地表面）法向组成的平面内 作椭圆运动，而与该平面垂直的水平方向没有振动，即在地面上呈滚动形式。竖向振幅大于 水平振幅。振幅沿竖向的衰减很快，在一个波长后即衰减到1/5 左右。 瑞雷波在震中附近并不存在，传播一段距离后才能出现。 b） b） 洛夫波首先在地震观测中发现的，后由洛夫在理论上证明了它的存在。它的存在条件是在半无限空间上存在一松软水平覆盖层。洛夫波只是在与传播方向相垂直的水平方向运动，即地 面水平运动，或者说在地面上呈蛇形运动形式。5. 画图解释地震波的反射与折射规律，并解释说明。* 反射与折射规律图见P1

7、8 图 1-13*当P波以a角向一自由面入射时，可以产生两个反射波，一个是 P波，在入射波的对称方向反射；另 一个是SV波，反射角为 0,且B <a。当P波垂直入射时：不会产生横波；只有当界面两侧介 质的阻抗p V相同时，才无反射，此时能量将全部折射；折射层阻抗越大，则折射系数越小，反射系数越大，当p 2Vp2-无穷大时，全部能量反射而无折射； 当p 2Vp2> p 1vp1时，反射波与入射波同相 位，反之相位相差±180°；折射波与入射波总是同相位。当入射波是SV 波时，反射、折射波也可能有上述 4 个特性；但当入射波为SH 波时，却只能产生SH 型的反射波与

8、折射波。当SH 波垂直入射时，情况与 P 波垂直入射时一样。6. 地震仪分哪几类？地震观测台网的布设方式及目的是什么？举出3 例以上予以说明。* 地震仪器可分为地震仪和强震仪。地震仪是研究震源和传播介质情况，以观测世界性的地震或弱震为主；强震仪是研究地面质点振动规律，以观测近震或强震为主。* 地震观测台网的布设方式有：地震动衰减台阵；区域地震动台阵；断层地震动台阵；结构地震动台阵；地震动差动台阵；地下地震动台阵。* 举例说明：（ 1）地震动衰减台阵。布设方式：线状布设在发震断层辐射线上。目的：地震动衰减规律、地震传播效应。实例是美国加州。（ 2）区域地震动台阵。布设方式：布设在某区域内（上百公

9、里）。目的：巨大地区的地震动资料、场地影响。实例：美国阿拉斯加（ 3）断层地震动台阵。布设方式：布设在潜在发震断层附近。目的：近场地震动、震源机制。实例：美国圣安德列斯断层台阵7. （PPT）强震观测记录在理论研究及工程中有何作用？（ 1 ）是工程抗震学赖以发展的数据基础（ 2）是研究地震动特性的数据基础（ 3）是推动地震力理论发展的重要因素（ 4）是结构地震反应分析的输入形式（ 5）是推动结构抗震理论进入反应谱阶段和向动力阶段过渡的重要因素8. 影响地震烈度的因素及规律有哪些？影响地震烈度的因素有震源M,传播途径与震中距 R,场地条件S等由于随震中距的增加，地震波的能量逐渐被吸收，因而标志破

10、坏强弱程度的地震烈度也必然随震中距的增大而衰减。距震中越远，地震影响越小，烈度越低；反之，越靠近震中，烈度越高。震级的经验公式：I。=f（M,h） ， M=0.58I 。 +1.5；烈度衰减关系I=f（I 。 ,R， S） .课题讲座思考题：结构地震反应分析概述1. 结构地震反应分析都有那些方法？各有何优缺点？（ 1 ） 静力理论优点：概念简单，使用方便，而且有某种程度的合理性和可靠性。缺点：没有考虑结构动力特性对地震反应的影响，在理论上已属于过时的方法。（ 2）反应谱理论优点：计算简单，概念合理缺点： 并不能很好的反应地震持续时间的影响。而地震的破坏程度表明，持续时间也是影响结构破坏程度的重

11、要程度;只是弹性范围内的概念，不能很好地反应结构的非线性性质。（ 3）时程分析法优点： 概念合理，方法可靠。可以了解结构在地震过程中从弹性到塑性逐步开裂、损坏直到倒塌的全过程，从而可控制结构的破坏，保证结构物的安全。缺点： 计算工作量大，需要在计算机上进行。要适当的选用一定数量的地震波。而恢复力模型及地震波的选取非常重要。（ 4）能量理论优点：概念清楚、分析合理。从理论上讲，地震时结构体系处于地震的能量场之中，因此从能量的观点来研究结构在强震中的性能是十分合理的，并且能量关系可以为评定具有广泛差别的非弹性特性结构的动力反映提供一个共同的基础。缺点： 结构的塑性变形与损伤有关，结构的损伤检测及损

12、伤理论研究就显得尤为重要。此法发展尚未成熟，仍处于研究之中。（ 5）随机地震反应分析优点： 较好地处理了反应谱分析法中的振型组合问题。使抗震设计从安全系数法向概率理论过渡。缺点：地震动输入的概率分布或概率数字特征的选择，以及反应量的概率分布特征的确定，都需要大量的地震动加速度过程a（t）的观测记录积累及丰富的数学基础知识。2. 结构的剪切模型、弯曲模型及弯剪计算模型各适合于什么样的结构形式？画图说明它们的主要特点。剪切模型假定楼板为绝对刚性，柱和墙本身用一无重量的弹性直杆代替。弯曲模型变形以弯曲为主，质点除平移外还将发生转动。对弹性结构可采用此模型（如高耸塔桅结构、剪力墙结构、横梁刚度远比柱大

13、的框架结构）。剪弯模型 介于以上两者之间。它适用于中等刚度的结构（如框 剪结构、横梁与柱刚度相近的框架结构）图在 2 讲座的第22 张 PPT 上3. 为什么在地震反应分析时，假定地基是刚性的？结构地基实际上为弹性体，当地震能量通过地基输入结构并引起结构振动以后，上部结构的振动将反馈给地基，从而改变了地基的振动特性；同时由于地基的弹性，它将与结构物一起组成一个统一的弹性体系，在地震作用下与结构一起振动。当考虑上述影响时，将使结构的地震反应分析过分复杂，但因这种影响实际上不大，为了简化计算，一般可以忽略，即假定地基是刚性的。4. 简述地震动特性的三要素的表示方式以及各自描述地震动特性的基本思想。

14、举例说明其在工程应用中的重要性。地震动的特性可以通过其幅值、频谱和持时三要素来描述。（ 1 ）地震动的振幅可以是指地震动的加速度、速度及位移三者之一的最大值、峰值或某种意义的有效值。可以避免地震波数值化处理时和强震仪高频失真带来的一些误差。幅值常用的表示方式有（ 1） 美国应用技术委员会ATC-3 有效峰值加速度EPA 和有效峰值速度EPV; （2）等反应谱有效加速度；（3）持续加速度as和持续速度vs； （4）概率的有效峰值； （ 5）静力等效加速度；（ 6）平均振幅；（ 7）谱烈度；（ 8）平方根加速度（ 2）频谱表示一次地震动中振幅与频率之间的关系曲线。5. 影响地震动特性的主要因素有那

15、些？并予以分析说明。* 影响幅值的因素主要有震源、传播介质与距离、场地， 这三类因素对振幅有重要影响。它们的影响可以反映在如下地震动衰减规律之中：lny=A+f （M） +f' （R） +f （G）,其中 A 是常数，M 是震级，R 是距离（km） ， G 场地条件。场地条件的影响，通常有以下三种处理方法： 忽略场地条件的影响； 以f （G）=常数表示； 不同场地采用不同的经验公式。* 影响频谱的主要因素有局部场地条件，地震的大小和距离。许多地震震害与地震记录证明同一地震，同一震中距情况下的不同场地，其频谱形状受场地条件的影响是非常明显的。大地震的震源谱有更多的长周期成分。而且随距离增

16、加，高频成分衰减较大。谱的长周期部分会相对较大。因此，地震大、距离远的地震动频谱形状会加强长周期部分。为此，我国抗震规范用特* 影响持时的主要因素是震级。因为地震持时主要决定于整个断裂面断裂所需的时间，即断裂释放出能量的时间。即震级越大，持时越长。6. 如何估计地震动？它的目的是什么？地震动估计的目的：为抗震设计提供定量的设防标准。三种途径：通过地震烈度估计。根据衰减规律估计。通过震源机制理论分析估计。7. （ P94） 举例说明采用数值法进行人造地震动模拟的具体思想及方法步骤。数值法又可分为三种，即三角级数法、随机脉冲法与自回归法。数值法是根据地震动衰减规律， 人们可以从地震危险性估计导出地

17、震动的重要参数。例如根据某一特定场地的周围地震活动情况，确定待求地震动a （t）的反应谱 Sa （T）、持续时间Td和振幅非平稳性函f (t),制造出一组满足这些条件的地震动过程a (t)。方法：第一步是先根据需要与可能确定需在控制的反应谱Sa (t) (T=T1,，TM)的坐标点数M和反应谱控制容许的误差 £ 0,三角级数的项数 N由频率增量 A 3的选择控 制。第二步是选择一个初始 a0 (t)函数，第三步是用迭代法修正傅里叶谱 A0 ()=A0k。 线性内插。第三步的结果是修正后的地震动过程al (t)。根据第二步中到的初始函数 a0 (t)计算反应谱Sa0 O)。对比计算的反

18、应谱与给出的目标反应谱 Sa O)修改A (co) =Ak。 第四步是重复上述迭代，直到反应谱在控制点处的最大误差小于或等于给定的误差£ 为止。弟早1 .试比较不同规范规定的性能目标与抗震设防等级的不同和相同之处。建筑结构抗震，公路桥梁抗震，城市结构抗震，铁路工程抗震，城市轨道交通结构抗震 而言，性能目标按照震后使用要求、损伤状态基本分为三类，即，1、地震后不破坏或轻微破坏，能保持其正常使用功能，结构处于弹性阶段；2、地震后可能破坏，经修补，短期内能回复其正常使用功能，结构局部进入弹塑性阶段；3、地震后可能产生较大破坏，但不整体破坏。而具体破坏程度的划分，不同规范的规定不同。在抗震设

19、防等级上，建筑结构安建筑物的重要程度分四类， 甲乙丙丁 ；公路桥梁按桥梁重要性和修复的难易程度将桥梁抗震设 防类别划分为 ABCD四类；城市针对震后使用要求、损伤状态等性能指标讲桥梁分为甲乙 丙丁四类；而城市城市轨道交通结构抗震设防类别分为特殊设防类，重点设防类，标准设防类三类。2 .建筑抗震设计规范中众值烈度、基本烈度及罕遇烈度是怎么定义的，其相互之间的关系 是什么？基本烈度：指某地区今后一定期限内，在一般场地条件下可能普遍遭受的最大烈度，也就是预报未来一定时间里某一地区可能遭受的最大地震影响程度。众值烈度：常遇烈度或多遇烈度，是该地区出现频度最高的烈度 ，相当于概率密度曲线上峰值 时的烈度

20、，故称众值烈度。具有超越概率为63.2%的保证率。多遇烈度(众值烈度)比基本烈度低1.55。罕遇烈度：在设计基准期内，遭遇大于基本烈度的大烈度震害的小概率事件还是可能发生的。 随着基本烈度的提高，大震烈度增加的幅度有所减少 ，不同基本烈度对应的大震烈度的定量 标准也不应相同。罕遇烈度比众值烈度大1。3 .试比较建筑结构和公路桥梁的抗震设计反应谱，讨论其差异性。建筑结构抗震设计反应谱分为四段，直线上升段、平台段、曲线下降段、直线下降段，最长 周期为6秒，计算的公式复杂；公路桥梁抗震设计反应谱分为三段，直线上升段、平台段、 曲线下降段，最长周期为10秒，计算的公式简单，但引入了系数，如抗震重要性系

21、数，场地 系数阻尼比调整系数。第三章1 .什么是反应谱？反应谱分析方法的基本原理？反应谱：在给定的地面运动下，单质点体系的最大位移反应、速度反应和加速度反应随质点自振周期变化的曲线。基本原理：利用振型分解法的概念，把多自由度体系分解成若干个单自由度体系振动的组合，并利用单自由度体系的反应谱理论计算各个振型振动的地震作用，最后将各个振型计算出的地震效应按一定的规则组合起来，求出总的地震响应。反应谱分析的步骤如下：(1)将多自由度体系转换为单自由度体系 (2)计算各单自由度体系的最大位移、速度、加速度(3)将各振型的最大响应值组合获得最终响应2 .振型分解反应谱法的基本假定及适用范围？(1)基本假

22、定：结构物的反应是线弹性的，可以采用叠加原理进行振型组合；结构物所有支撑处的地震动完全相同，不考虑基础与土壤无相互作用；结构物最不利的地震反应为最大的地震反应；地震动过程为平稳随机过程；所采用的反应谱曲线为标准设计反应谱二(2)适用范围：只能是在结构弹性范围内计算.缺点：未考虑结构的塑性状态，并且该方法也没有考虑时间因素，只是计算了过程中最大的 加速度作为控制因素。3 .比较两种组合方法：SRS趺(Square Root of the Sum of the quares,平方和开平方)和CQ酶(Complete Quadratic Combination Method ,完全二次方)。SRSS

23、fe,它是基于假定输入地震为平稳随机过程，各振型反应之间相互独立而推导得到的，多用于平面振动的多质点弹性体系；对于考虑平一扭耦连的多质点弹性体系，采用CQCI,它与SRS战的主要区别在于：平面振动时假定各振型相互独立，并且各振型的贡献随着频率的增高而降低；而平一扭耦连时各振型频率间距很小，相邻较高振型的频率可能非常接近这就要考虑不同振型间的相关性，还有扭转分量的影响并不一定随着频率增高而降低，有时较高振型的影响可能大于较低振型的影响，相比SRSS寸就要考虑更多振型的影响。CQC ,即完全二次项组合方法， 其不光考虑到各个主振型的平方项，而且还考虑到耦合项，对于比较复杂的结构比如考虑平扭耦连的结

24、构使用完全二次项组合的结果比较精确。4 .试建立多点激励下结构运动方程。一个向山度为H的线弹性禽散单元体系在加个地面支点输入的作用卜一,其运动微分方程可写成如卜 形式以其中.X= 2 y"表示结构非约束自由度的“推位移列向量二U= I4一一表示支点约束自由度的 制维位移列向量二和N分别为结构约束门由度的h维质量、阻尼和刚度矩年财门仁和氏.分别为 支点约束自由度的中X用维质量,阻尼和刚度矩阵设、£；和耳.分别表示上述2组自由度之间的”加维 耦介质量、阻尼和刚度矩阵:F为支点约束自由度处的附维反力列向量、补充：4种地震作用的方法1、底部剪力法适用条件：对于重量和刚度沿高度分布比

25、较均匀、高度不超过40m,并以剪切变形为主(房屋高宽比小于4时)的结构，振动时具有以下特点；(1)位移反应以基本振型为主；(2)基本 振型接近直线。基本原理：在振型分解反应谱法的基础上，针对某些建筑物的特定条件做进一步简化，而得到的一种近似计算水平地震作用的方法：将多自由度体系简化成单自由度体系，计算出结构总的地震作用(即结构底部剪力)，再将其按倒三角形原则分配到各个楼层，计算结构内 力。2、振型分解反应谱法适用范围：除上述底部剪力法外的建筑结构。基本原理：利用振型分解法的概念，把多自由度体系分解成若干个单自由度体系振动的组合，并利用单自由度体系的反应谱理论计算各个振型振动的地震作用，最后将各

26、个振型计算出的地震效应按一定的规则组合起来，求出总的地震响应。|3、时程分析法适用范围：抗震规范规定，重要的工程结构，例如：大跨桥梁，特别不规则建筑、甲类 建筑，高度超出规定范围的高层建筑应采用时程分析法进行补充计算。基本原理：时程分析法是对结构物的运动微分方程直接进行逐步积分求解的一种动力分析方法。由时程分析可得到各质点随时间变化的位移、速度和加速度动力反应， 并进而可计算出构件内力的时程变化关系。第四章1结构的离散化有哪些方法？各自特点是什么？答案：课本106页集中质量法：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，反过来结构的运动乂受惯性力大小的影响.若要确

27、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禽散化单元，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，为了限制门由度.可取假定的结构变形形 状用一系列规定的位移曲线的和米衣达，这些曲线则构成结构的位移坐标，也称广义坐标. 常选取三角锻数、多项式等，2线性加速度法、纽马克3法、

28、威尔逊。法求解的原理和步骤有何异同？ (page117118)(1)假定在时间t, t +?t 内，加速度按线性变化。(2)结构体系的特征在时间t , t+ ?t内保持为常量。纽马克3法是一种将线性加速度发普遍化的方法线性加速度法为纽马克3法在a=1/2、3 =1/6 时的特例。威尔逊0法也是线性加速度方法的变形。为了改进线性加速度法有条件才能稳定计算的缺陷，得到无条件稳定的线性加速度法,w ilson 提出了一个简单而有效的 w ilso n- H法。该方法假定在时段。？t内加速度随时间呈线性变化，其中H> 1。与线性加速度法的区 别在于，线性加速度法在时刻 t+ $t使用动力平衡方程

29、，而w ilson- H 法则将动力平衡方 程应用于更后一点的时刻t+ 0 ?to3试结合公式推导，描述线性加速度法的具体步骤。(小作业写过这道题，考试应该不会考这道题Page117 )(1)生成质量阵、刚度阵、阻尼阵；(2)计算拟静力刚度矩阵；(3)从初始条件开始计算拟静力荷载向量；(4)求解拟静力增量方程(式5-69),得到相对位移增量；(5)(式5-70)计算相对速度增量，分别迭加相对位移增量和相对速度增量，得到本步末的计 算位移和计算速度；(6)(式5-70)计算本步加速度增量，迭加加速度增量得到本步末的加速度计算值；(7)以求得的速度和加速度作为初始状态，从第3步开始循环下一时段的计

30、算。4什么是频域分析法？频域分析是借助傅里叶级数将频域离散化，针对每个小频率段内的动力问题运用频域传递函数概念求解，然后迭加达到总体反应。5工程结构扭转响应的根本原因是什么？试列出单层偏心结构的振动方程。结构本身存在偏心，质量中心与刚度中心不重合。地面运动转动分量，或地震时地面各点存 在的相位差。振动方程：式中加一集中于屋盖的总质值*J一屋盖绕Z轴的转动惯盘；凡r 三七一屋盖在X方向的平动刚度IE心二石。一屋盖在Y方向的平动刚度;*% 工 £乙乂£心工会 屋盖的抗扭刚度:<i% = k2 =；i&界= 不 £如吃.i6 哪类工程结构需要考虑竖向地震作

31、用？如何考虑？我国抗震设计规范里中也规定位于高烈度区8度和9度时的大跨结构、长悬臂结构、烟囱和类似的高耸结构，9度时的高层建筑，应考虑竖向地震作用。规范里计算时候取竖向地震作用为水平地震作用的65%。一般有限元采用聚集质量法，即将杆件单元的质量集中到杆端节点上，地震作用是惯性力，如框架梁中无质量，则计算中无法模拟实际的地震竖向作用。竖向地震跟水平地震类似， 惯性力是与整个结构的质量相关，至于在其内部的分部应与其单个构件的质量没太大的联系。9度抗震设计时，整体结构的竖向地震作用可按混凝土高规第 3.3.14 条的方法计算；8、 9度时，大跨度、长悬臂结构构件的竖向地震作用可按混凝土高规第3.3.

32、15 条的规定近似考虑，对于8度 0.3g 的情况，竖向地震作用标准值可取结构或结构构件重力荷载代表值的 15%.当然， 有条件时或设计需要时，采用竖向加速度反映谱方法或动力时程分析方法计算结构竖向地震作用时更合适的方法。无论采用何种方法计算竖向地震作用，均应按混凝土高规第5.6.3 条的规定进行地震作用效应的组合，即把竖向地震作用效应作为一个组合工况考虑。第五章 1 静力弹塑性分析1. 工程抗震设计中，正确估计地震动输入主要体现在那几个工程参数，为什么？答:反映地面运动对结构破坏作用的工程参数(地震动三要素) 反映地震强弱的加速度峰值或速度峰值 反映场地类别和震中距不同的频谱特性(特征周期T

33、g) 反映强震持续时间和大小的加速度脉冲的数量，这是弹性反应谱不能直接体现的(振幅、频谱、持时)2. 采用强震记录或人工模拟地震波应注意那些方面的问题？强震记录的利用?答： 加速度峰值要调整到相当于设防烈度的规定值，小震设计取多遇地震数值，大震设计取罕遇地震数值。 强震记录计算的反应谱特征周期要接近于同一场地和按规范对特征周期分区的周期Tg人工模拟地震波的选用：(1) 采用人工模拟地震波时，如用拟合规范反应谱的人工波，则强度和谱特征均与规范协调一致；(2) 如按地震危险性分析和抗震设防区划的结果拟合人工波，则要取满足预期的某个超越概率的加速度峰值和符合该建设场地预期的谱特性和持续时间的统计参数

34、；(3) 输入地震波的数量，通常不少于3条，每一条的特征之间宜有所差别，以适当反映实际场地对未来地震的可能估计。3简述钢筋砼、砌体及钢结构构件恢复力曲线的形式与特征。钢筋混凝土？答：A. 钢筋混凝土结构（ 1 ）受弯构件在开始加荷阶段，当 暇小时，构件处于弹性阶段；随着 P值的增加出现裂缝，刚度下降，曲 线斜率减小；当P值再增加时受拉区钢筋屈服，曲线趋于水平。特点：1）加载2）卸载3）反向加载4） “ 捏拢 ” 现象由滞回环线可以看出，当构件在屈服阶段卸荷时，卸荷至零，出现残余变形；当荷载接着反向施加时，曲线指向上一循环中滞回环的最高点，曲线斜率较上一循环明显降低，即出现刚度退化现象。构件所经

35、历的塑性变形越大，这种现象越显著。从图中可以看出，滞回曲线中部 “ 捏拢 ” ， 这是由于斜裂缝的张合引起的。因为在斜裂缝闭合过程中，构件刚度很小，一旦闭合，刚度立即上升，构件剪切变形越大，这种现象越明显.（ 2）压弯构件特点：1）加载2）卸载3）反向加载4） “ 捏拢 ” 现象由于轴力的存在，在构件屈服后，表现出显著的刚度退化和强度退化现象，且捏拢现象明显。位移幅值越大，这种刚度与强度退化现象越剧烈。（ 3）纯扭和压扭构件特点：1）加载2）卸载3）反向加载4） “ 捏拢 ” 现象梁、柱都可能受扭矩作用。纯扭和压扭构件中的循环往复荷载实验很少进行。试验表明，扭矩循环往复作用梁的斜裂缝开展趋势与

36、扭矩单调加载梁相似，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，使钢筋粘结更易遭受破坏，强度与刚度退化现象显著（图8.2.4 ）。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。（4） 梁柱节点特点：1）加载2 ）卸载 3 ）反向加载4 ）“捏拢”现象特性曲线从图中可以看出，梁、 柱节点的滞回曲线变化过程是从初始阶段的梭形曲线迅速过渡为反S形曲线。这种现象是由于节点区的钢筋粘结破坏和混凝土的剪切变形的影响造成的。因此，节点区的耗能能力及延性较差。（ 5）剪力墙钢筋混凝土剪力墙的滞回曲线与一般钢筋混凝土柱的滞回曲线相类似，在加荷初期为梭形，继而出现

37、明显捏拢现象，最后终形成弓形滞回曲线。1）变形特点：弯曲f 剪切f 剪切滑移2）滞回特性：棱形-反S形-弓形-Z形B. 砌体结构受力特点：在竖向荷载及水平荷载共同作用下处于双向受力状态。破坏特点：循环往复荷载使墙体损伤逐渐积累，墙体沿裂缝面的滑移，破坏形态主要受剪切摩擦机制的影响控制。变形机制：开裂前变形模式呈剪切形开裂后变形模式呈剪弯形采用外加或内浇构造柱一圈梁体系可以大大改善砌体的抗震性能。加柱墙体的后期变形能力和耗能能力都远高于素墙体。我国大量实验结果表明，加柱墙体与素墙体相比较，极限剪切强度可提高10%20%，而变形能力则可提高50%100%。墙体滞回曲线形状与破坏模式有某种关系，一般

38、说来，对以弯曲变形为主的破坏模式，滞回曲线多呈梭形，而对以剪切变形为主的破坏模式，滞回曲线多由梭形逐渐向反S形演进（图5.2.7 ）。试验表明，带构造柱砌体墙片的承载力与耗能能力都与破坏模式有关。C. 钢结构构件破坏特征：1）整体或局部失稳2）低周疲劳断裂滞回特性：1）滞回曲线较饱满2）局部屈曲导致了强度大幅度退化3） PA效应引起负刚度影响4）梁柱节点采用螺栓连接时，可能会因螺栓滑动使滞回环呈滑移型5）单杆支撑由于拉压受力性能改变而使得滞回环不对称6）支撑形式不同对滞回环特性的影响很大4确定恢复力曲线的方法有那几种？简述实验拟合法的基本思想、方法步骤?恢复力特性曲线模型包括内容：1）骨架曲线

39、2）滞回特性3）刚度退化规律确定恢复力模型的方法：1）实验拟合法（目前采用的主要方法）2）系统识别法3）理论计算法实验拟合法根据实验散点图， 采用一定的数学模型，定量地确定出骨架曲线和不同控制下的标准滞回环；然后将骨架曲线和各标准滞回环结合起来组成恢复力曲线。并利用不同控制变形下的标准滞回环相比较确定反复加载时的刚度退化规律。5简述克拉夫模型的滞回规律及模型特点?（1） 退化双曲线模型适用：钢筋混凝土受弯构件退化模型：a 刚度退化指数特点：较好地反映了钢筋混凝土构件构件性能的影响次滞回规则和主滞回规则相同骨架曲线可根据实际需要取为平顶和坡顶两种，对坡顶屈服后刚度常取屈服前刚度5%10%（2）

40、退化三曲线模型主要适用以剪切变形为主的结构，如框架等。以结构或构件开裂、屈服将骨架曲线分为三折线。其卸载曲线可用指数曲线表示。1）适用：以弯曲破坏为主的结构或构件2）三线性模型分解3）特点：（与克拉夫相比）考虑开裂所引起的构件刚度降低，骨架曲线取为三折线卸载退化刚度规律与克拉夫模型近似采用了较为复杂的主次滞回规律a值的影响不象克拉夫模型显著6简述双轴弯曲条件下塑性流动法则和本构关系?基本概念：采用比拟法 利用塑性力学构造双向恢复力关系，即内力空间（Mx、 My、 P）来代替应力空间（8 X、8 y、8 t ）,相应地，以截面曲率来代替应变。1）加载曲面（如图5.2.25 所示）受力阶段-弹性阶

41、段-开裂阶段-屈服阶段-软化阶段（钢结构不考虑开裂阶段）弯矩空间-截面可能承受的双轴弯矩值的所有组合。其中任一点代表截面的一种受力状态初始开裂曲面-弯矩空间中，弹性阶段与开裂阶段的分界曲面。同向强化的Ml（）关系。这种模型的特点：一方向上的强化引起的卸载线性部分的增加在反方向上也得到同样的承认，即其卸荷弹性范围在正、负两个受力方向同等均匀增长。在双向内力空间中，这种特性表现为加载曲面均匀地膨胀增大。一般说来，等向强化模型难以反映大部分材料承受循环往复荷载时的包兴格效应， 面随动强化模型则可以反映这一特性。设初始线弹性界限为，则在经历了一个方向上的变形强化历程之后卸载并在反向加载时，总的线弹性范

42、围仍保持不变，这就相当于M-。曲线的原点O1着强化曲线的平行线移动到，即弹性范围的中点移动而弹性范围大小不变。在双向内力空间中，这种特性表现为加载曲面无旋转地移动，而其形状和大小都不发生变化。Prager 强化规则： 加载面的移动方向与塑性变形增量方向一致，在垂直性法则成立的条件下，该方向即与该瞬时加载点处加载面的法向一致。Ziegler 强化规则：假定加载面中心的移动方向位于从加载面的瞬时中心到屈服加载点的射线上。Mroz强化规则：采用多重屈服面概念，在两个不同的屈服面之间，切成刚度是一定值，在加载过程中，加载面中心的移动方向按平行规则移动。第五章 2 动力弹塑性分析1. 何为直接动力法？规

43、范规定在什么情况下采用此方法？求解地震反应时涉及到那些主 要内容。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结构的位移、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以及构件开裂、损坏直到结构倒塌的全过程。这种方法又叫直接动力法或时程分析法。我国建筑抗震设计规范中建议，对于特别不规则的建筑，甲类建筑，8度区I,II 类场地和7度区高度超过100M勺高层建筑，8度区III,IV 类场地高度大鱼80m勺高层建筑和9度区的高 度超过60m勺建筑，采用时程分析法对其在多遇地震下的抗震承载力和变形进行补充计算。同时建议

44、用时程分析法对甲类建筑和某些高大的及特别不规则的建筑计算在罕遇地震下结构薄弱层的弹塑性变形。主要内容：（ 1）建立结构的弹塑性几何分析模型；（ 2）定义材料的本构关系、截面类型、单元类型，确定结构的质量、刚度和阻尼矩阵；（ 3）定义边界条件；（ 4）选择动力方程的数值分析方法；（ 5）选择、输入适合本场地的地震波并开始计算；（ 6）对结果数据进行处理，对结构的整体抗震性能做出评估、分析。2. 在弹塑性动力分析中，如何确定框架结构的层间屈服剪力？ （P162页）分为三类：弱柱型，弱梁型，混合型。书上 162页，有详细的图和计算公式。3. 比较层间剪切模型与层间弯剪模型在动力方程、修正刚度的算法、

45、骨架曲线及恢复力模型的选取上有何不同？动力方程：层间剪切模型不考虑转动，因而刚度没有弯曲刚度，位移没有转角位移，层间弯剪模型考虑了转动，因为有弯曲刚度有转角位移。修正刚度的算法：剪切模型修正刚度的方法是根据V- 关系直接修正层间刚度K， 而弯剪模型则分别修正抗弯刚度和抗剪刚度。修正抗弯刚度使用弯矩- 曲率关系，修正抗剪刚度则使用剪力-位移关系。骨架曲线: 均可利用静力非线性全过程分析计算给出。滞回曲线：对一般的结构，可选为相同的退化型，对结构有更充分的试验了解时，也可分别选用不同的模型。4. 平面框架典型的构件模型都有那几种？简述这些模型的基本思想及不同点。三种：杆端弹塑性弹簧模型、分割梁模型

46、、半刚架模型。杆端弹塑性弹簧模型：基本思想：把杆件中的塑性变形全部集中于杆端，并以杆端等效的弹塑性回转弹簧等价地表示。而在弹簧之间的杆件仅发生了弹性变形。分割梁模型：是把构件分割成若干个沿杆件轴线并列的假想并列杆件，各杆件仅在杆端相连接，而沿杆轴各点上则具有不同的变形。依据采用的恢复力骨架曲线的不同，分割梁模型又有双分量模型、三分量模型等类型。半刚架模型：将各构件特性集成或将各构件特性平均。区别： 杆端弹簧模型把沿杆件分布的损伤分别集中于杆端，并假定杆端塑性转角增量仅与本端弯矩增量有关。这些假定在反弯点位置偏离构件中点很远的场合是不合适的，分割梁模型则部分的弥补这一不足。采用杆系结构进行谈徐姓动力分析中，一个比较突出的问题就是结构的计算自由度多，工作量大。而半刚架模型能很好的克服这一问题。5. 简述塑性理论法及柱端并联弹簧模型的基本思想和方法。塑性理论法：基本概念：采用比拟法 利用塑性力学构造双向恢复力关系，即内力空间（Mx My P）来代替应力空间（8 x、8 y、8 t ），相应地，以截面曲率来代替应变。（PPT-5.2.5 ） 柱端并联弹簧模型：基本概念：这一模型用四个角部弹簧来模拟钢筋和混凝土的刚度，用一核心弹簧来模拟柱核心受压钢筋混凝土的刚度，并在平截面假定的