什么是地震作用有哪些理論
地震作用指由地運(yùn)動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)作用，分水平地震作用和豎向地震作用。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)其超越概率，可視為可變作用或偶然作用。那么你對(duì)地震作用了解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于什么是地震作用的內(nèi)容，希望大家喜歡!
強(qiáng)震地面運(yùn)動(dòng)
強(qiáng)地震引起的地面運(yùn)動(dòng)，一般可用強(qiáng)震儀以加速度時(shí)程曲線(兩個(gè)水平向、一個(gè)豎向)的形式記錄,其中對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用的最重要特征是加速度最大值(也稱加速度峰值)、頻率成分和持續(xù)時(shí)間。從圖1 a、b可知，兩個(gè)記錄分別具有不同的頻率成分(波形A、波形B)，其各自的主要頻率也稱卓越頻率(其倒數(shù)為卓越周期);土愈軟則卓越周期愈長(zhǎng),并隨震中距而異。持續(xù)時(shí)間從幾秒至幾十秒，隨震級(jí)、震中距以及地表軟土覆蓋層厚度而變化。地震時(shí)，在結(jié)構(gòu)的某些部位裝上傳感器把信號(hào)記錄下來，可得到地震反應(yīng)的物理量：如加速度、速度、位移和應(yīng)變等，用以定量估計(jì)地震作用，以便在工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)用。
地震反應(yīng)分析
在地震的地面運(yùn)動(dòng)作用下，分析結(jié)構(gòu)反應(yīng)的過程稱地震反應(yīng)分析。分析時(shí)常把研究的結(jié)構(gòu)看成一個(gè)“系統(tǒng)”,把地面運(yùn)動(dòng)看成對(duì)該系統(tǒng)的輸入,系統(tǒng)的輸出便是地震反應(yīng)。以最簡(jiǎn)單的單自由度彈性體系作為該系統(tǒng)的一例，其質(zhì)點(diǎn)在地震動(dòng)作用下的運(yùn)動(dòng)方程式為m【塯(t)+塯g(t)】+c凧(t)+kyx(t)=0式中m為質(zhì)量;塯g為地面運(yùn)動(dòng)加速度(即輸入);塯、凧及x為質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于基底的加速度、 速度和位移(即反應(yīng));【塯(t)+塯g(t)】 為絕對(duì)加速度;c為阻尼系數(shù);ky為剛度。m【塯(t)+塯g(t)】為質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性力。 c凧(t)為阻尼力(阻尼愈大反應(yīng)愈小)。kyx(t)為恢復(fù)力;是質(zhì)點(diǎn)在地震作用下力圖恢復(fù)到原來位置的力。在無阻尼自由振動(dòng)中，質(zhì)量m和剛度ky決定體系的自振頻率(或周期)。在相同的地面運(yùn)動(dòng)下,不同自振頻率體系的質(zhì)點(diǎn)反應(yīng)不一樣;反之，把不同地面運(yùn)動(dòng)輸入同一體系的反應(yīng)也不一樣。因此，地震作用不同于重力等其他作用，它和地面運(yùn)動(dòng)特性以及結(jié)構(gòu)本身的動(dòng)力特性(頻率、阻尼)有關(guān)。在地震反應(yīng)分析中，如果把地面運(yùn)動(dòng)作為確定的過程進(jìn)行分析便是確定性的地震反應(yīng)分析。由于地面運(yùn)動(dòng)帶有隨機(jī)性質(zhì)，如果把地面運(yùn)動(dòng)作為隨機(jī)過程分析便是概率性的地震反應(yīng)分析。
地震作用理論
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗御地震災(zāi)害的能力，早在19世紀(jì)就有許多學(xué)者研究地震作用的理論。到目前為止，以規(guī)范形式肯定下來的先后有靜力理論和反應(yīng)譜理論，此外，在一些重要工程中，往往直接通過地震反應(yīng)時(shí)程分析來改進(jìn)結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)。
靜力理論
20世紀(jì)初，日本首先提出水平最大加速度是地震破壞的重要因素。把地面運(yùn)動(dòng)最大加速度(塯g)和重力加速度(g)的比值K定義為“水平烈度”，即當(dāng)房屋重量為G時(shí),水平地震力為KG;可理解為以房屋重量K倍的水平力破壞房屋的靜止?fàn)顟B(tài)。靜力理論曾被很多國(guó)家接受，直到現(xiàn)在個(gè)別國(guó)家還在某些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用。
動(dòng)力理論
考慮地面運(yùn)動(dòng)加速度和結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的計(jì)算理論。其中有反應(yīng)譜理論和地震反應(yīng)時(shí)程分析。
反應(yīng)譜理論
20世紀(jì)30年代初期,美國(guó)首先提出了反應(yīng)譜概念。1943年M.A.畢奧發(fā)表了以海倫娜等地地震為例的幾條加速度譜曲線，圖2是其中之一， 用扭擺模擬方法繪制，橫坐標(biāo)為單質(zhì)點(diǎn)體系的自振周期，縱坐標(biāo)為體系質(zhì)點(diǎn)的最大加速度值,這就是加速度反應(yīng)譜。顯然,輸入相同的地震記錄，最大加速度值隨體系自振周期的改變而變化。如果把數(shù)量足夠多的實(shí)際地面運(yùn)動(dòng)記錄作為輸入，可以得到多條類似的曲線，然后經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析可以確定一條或數(shù)條隨場(chǎng)地土質(zhì)條件變化的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜曲線以供設(shè)計(jì)應(yīng)用,這就是反應(yīng)譜理論。自50年代起,美國(guó)和蘇聯(lián)開始采用反應(yīng)譜理論，目前大多數(shù)國(guó)家的規(guī)范都采用了。中國(guó)自50年代中期開始在抗震設(shè)計(jì)中采用了反應(yīng)譜理論。70年代的譜曲線形狀如圖3所示，圖中α為地震影響系數(shù)，它是最大絕對(duì)加速度與重力加速度的比值，當(dāng)設(shè)計(jì)烈度為 7度、8度、9度時(shí)，α分別為0.23、0.45、0.90;Ⅰ類場(chǎng)地為堅(jiān)硬的土，Ⅲ類場(chǎng)地為較軟弱土，Ⅱ類場(chǎng)地土介于Ⅰ、Ⅲ之間。在抗震設(shè)計(jì)中，從靜力理論過渡到反應(yīng)譜理論是一個(gè)質(zhì)的變化。反應(yīng)譜曲線不僅可以直接提供單自由度體系的彈性地震力，對(duì)于多自由度體系，也可以通過振型分解把結(jié)構(gòu)化為若干個(gè)單自由度以便利用同一譜曲線。
地震反應(yīng)時(shí)程分析
在抗震設(shè)計(jì)中,有時(shí)還要直接進(jìn)行確定性的地震反應(yīng)時(shí)程分析。在進(jìn)行分析時(shí)，除需選擇合適的地震記錄外，還要確定結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的恢復(fù)力特性和計(jì)算方法。
在建筑結(jié)構(gòu)中，可以根據(jù)實(shí)際情況把結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為單自由度體系或多自由度體系等力學(xué)計(jì)算模型。結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的恢復(fù)力與位移關(guān)系主要通過試驗(yàn)獲得?；謴?fù)力和位移的關(guān)系可以分為彈性的和非彈性的。為了便于計(jì)算，非彈性的恢復(fù)力P和位移x關(guān)系可以簡(jiǎn)化成折線的彈塑性模型。按照彈性恢復(fù)力關(guān)系求得的反應(yīng)便是確定性的彈性地震反映;按照彈塑性模型求得的反應(yīng)，則是確定性的彈塑性地震反應(yīng)。由于地面運(yùn)動(dòng)加速度塯g(t)不能用數(shù)字式表達(dá),因而只能把加速度-時(shí)間曲線按很小的時(shí)段劃分,逐
段對(duì)運(yùn)動(dòng)方程式用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行直接積分，從而求得各個(gè)時(shí)刻的地震反應(yīng)。圖5為自振周期較短的某磚混房屋輸入不同波形的地面運(yùn)動(dòng)加速度記錄后的彈性反應(yīng)。很明顯，由于波形A的卓越周期長(zhǎng)于波形B，因而波形A的反應(yīng)小于波形B。顯然結(jié)構(gòu)自振周期愈接近地面運(yùn)動(dòng)卓越周期，其反應(yīng)也愈強(qiáng)烈。這樣，就需要輸入若干個(gè)與結(jié)構(gòu)物所在場(chǎng)地土條件相近的地表記錄求算最大反應(yīng)的包絡(luò)圖，找出結(jié)構(gòu)的薄弱之處，以便加強(qiáng)由于地震作用引起房屋損壞的部位。又如對(duì)于已經(jīng)產(chǎn)生震害的結(jié)構(gòu)，地震反應(yīng)時(shí)程分析的結(jié)果也能較好地揭示地震震害發(fā)生的位置和程度。此外，對(duì)于某些不滿足抗震鑒定要求的待加固結(jié)構(gòu)，可通過地震反應(yīng)時(shí)程分析作出進(jìn)一步鑒定和尋求最佳的加固方案。
在地震反應(yīng)時(shí)程分析中，對(duì)剛度中心與質(zhì)量中心不重合的結(jié)構(gòu)，要考慮水平地面運(yùn)動(dòng)輸入引起的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn);對(duì)某些高聳結(jié)構(gòu)，特別是質(zhì)量分布不均并位于震中區(qū)附近的高聳結(jié)構(gòu)，要考慮豎向地面運(yùn)動(dòng)的作用;對(duì)較長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)還要考慮沿結(jié)構(gòu)不同長(zhǎng)度處的地面影響。
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