浅谈地震工程

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1、霉’主’?j．耱。。结，j辆’霉浅谈地震工程谭苏，龚杰(中国建筑西南设计研究院，四川成都610081)【摘要】概述地震工程对于现代结构设计理论的重要性、结构地震响应分析的方法、地震作用下土与结构的相互作用及结构振动的控制方法。【关键词】地震响应；分析方法；土动力性能；沙土液化；振动控制【中图分类号】TU352．1地震是危及人民生命财产的突发式自然灾害，除了人身伤亡之外，地震所带来的损失还有房屋破坏、交通生产中断，水、火、疾病等次生灾害和社会与政治影响。我国地震区域广阔而分散，地震频繁而强烈，为了减轻地震灾害，必须大力进行地震预报与地震工程两方面的工作。本文初步阐述了地震工程学的部分内容，其中

2、包括结构地震响应分析的方法、地震作用下土与结构的相互作用及结构振动的控制方法及手段，并在此基础上提出了笔者个人观点和体会。1结构地震响应分析1．1频阈分析方法和时阈分析方法在频率阈内进行分析的方法称为频阈分析方法。频阈方法一般是将输入输出数据变换为频率阈内的频响函数(或传递函数)数据，然后用频阈数据进行识别。由于运动方程在时阈内是微分方程形式，而在频阈内为代数方程形式，因此在频阈内识别有其方便之处。‘7在时间阈内进行分析的方法称为时阈分析方法。时阈方法直接利用输入、输出的时间历程数据(或仅用响应数据)进行识别，不必将时阈数据转换为频阈数据。时阈方法还可以不要求输入数据，直接利用运行测试数据或

3、环境激振响应数据进行识别。1．2确定性分析与随机分析从概率论的观点出发，物理量可以分为两大类，即确定量与随机量。在同一取样条件下对某一物理母进行多次量测，假若每次测得的结果在测量误差范围内都是一样的，则称此量为确定量；假若每次测得的结果并不一样，差别超过误差范围，则称此量为随机量。虽然随机量的个别具体情况不可预估，但随机量并不是随意变动、毫无规律的量，这是因为无穷多个影响因素中还有一些主要部分是有明显变化规律可寻的。在地震动中，地震断层的破裂面积、岩石的平均强度与刚度、震中距离的远近等也是可以估计的量，所以地震动的平均特性也是可以估计的。这就是说，有两类因素在影响着一个物理现象，一组由无穷多

4、个无法控制的未知因素所组成，它【文献标识码】A们决定了此量的随机性：另一组由有限个可控制的已知因素所组成，它们决定着此量的确定性变化。1．3非一致激励地震响应分析对于地面运动随时间和空间变化的大型桥梁，可采用的地震反应分析方法有：时程分析法、反应谱方法和随机振动法。其中时程法和反应谱法都是属于确定性的方法。相对来说，目前时程法发展得较为成熟，在计算上不仪能很好地解决多点输入，而且可近似地考虑桩一土一结构相互作用、非线性、非比例阻尼等。反应谱方法则是当前各国规范首推的抗震设计方法，但由于大跨度结构较强的空间振型耦合效应特性以及目前长周期反应谱方面存在的问题，加上地面运动的时空变化特征难以模拟等

5、因素，反应谱法有时会产生很大的误差。尽管如此，因为它所具有的直观简便、结果概率意义强等优点，故仍在结构选型时及初步设计中广泛应用。随机振动法是近年来研究较多的方法之一，并已被认作与时程法、反应谱法并行的一种分析方法列入欧洲规范EC8／2。较反应谱法而言，该法不仅能轻易地考虑多点输入时地震动转动分量的影响，理论上亦可精确地处理非比例阻尼问题等，因此具有较好的应用前景。2地震作用下土与结构的相互作用2．1土的动力性能土动力学是研究土在动荷载作用下的动力响应。动力学问题的特点是土体受动荷载作用下发生运动时的惯性力和其他相关的作用不能忽略。因而问题变得复杂起来，特别是土的种类很多，动力学问题便会出现

6、各种特殊的理论问题和工程实际问题。在静力学问题中土的应变水平在10‘6左右时，将不致引起明显的沉陷或其他形式的破坏。而在动力学问题中，若应变水平在10“就要引起高度的重视。因为，尽管应变水平不高，但由于惯性力的作用可导致土体的动力急剧增大，以致实际工程结构难以承受。[收稿日期]2008—05-05[作者简介]谭苏，男，硕士，从事建筑结构设计工作。四川建筑第28卷2008．09227争、I：1程‘‘j1结■‘栖。鬟动载荷的加裁速度对土的变形影响很大。动载荷的特征攫其载礴捧用的持续时闫t，载薷重复捧用的次数，或称循环次数及加载速度，或称应变率6簿来表征。图l给出了热载时阉与振动次数套关的动力闽题

7、。瓣l加栽跨溺奄振动次数有荧酶动力阏题动力现象的产生是幽于各式各样的随对问变化的外力对土体的作用。各种不同类型的动荷载觅图2。例如：(1)冲击载荷。冲击载荷产生的短时强载荷是一种撞击作用，行如一个单脉冲，箕载荷持续对黼约为lD一一10“S“(图2a)。(2)爆炸渡载荷。这种载旖可在2—4船之阀舞至蜂值，之后很快衰减，并将出现负压段(图2b)。(3)振动载衙。是一种由缀动祝微产垒的循环往复酶载荷，一般情况的振动