什么是地震作用有哪些理論
地震作用指由地運動引起的結(jié)構(gòu)動態(tài)作用，分水平地震作用和豎向地震作用。設(shè)計時根據(jù)其超越概率，可視為可變作用或偶然作用。那么你對地震作用了解多少呢?以下是由學(xué)習啦小編整理關(guān)于什么是地震作用的內(nèi)容，希望大家喜歡!
強震地面運動
強地震引起的地面運動，一般可用強震儀以加速度時程曲線(兩個水平向、一個豎向)的形式記錄,其中對結(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)時間。從圖1 a、b可知，兩個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,并隨震中距而異。持續(xù)時間從幾秒至幾十秒，隨震級、震中距以及地表軟土覆蓋層厚度而變化。地震時，在結(jié)構(gòu)的某些部位裝上傳感器把信號記錄下來，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，用以定量估計地震作用，以便在工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中應(yīng)用。
地震反應(yīng)分析
在地震的地面運動作用下，分析結(jié)構(gòu)反應(yīng)的過程稱地震反應(yīng)分析。分析時常把研究的結(jié)構(gòu)看成一個“系統(tǒng)”,把地面運動看成對該系統(tǒng)的輸入,系統(tǒng)的輸出便是地震反應(yīng)。以最簡單的單自由度彈性體系作為該系統(tǒng)的一例，其質(zhì)點在地震動作用下的運動方程式為m【塯(t)+塯g(t)】+c凧(t)+kyx(t)=0式中m為質(zhì)量;塯g為地面運動加速度(即輸入);塯、凧及x為質(zhì)點相對于基底的加速度、 速度和位移(即反應(yīng));【塯(t)+塯g(t)】 為絕對加速度;c為阻尼系數(shù);ky為剛度。m【塯(t)+塯g(t)】為質(zhì)點運動的慣性力。 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)。在相同的地面運動下,不同自振頻率體系的質(zhì)點反應(yīng)不一樣;反之，把不同地面運動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，它和地面運動特性以及結(jié)構(gòu)本身的動力特性(頻率、阻尼)有關(guān)。在地震反應(yīng)分析中，如果把地面運動作為確定的過程進行分析便是確定性的地震反應(yīng)分析。由于地面運動帶有隨機性質(zhì)，如果把地面運動作為隨機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)計中，為了增強結(jié)構(gòu)抗御地震災(zāi)害的能力，早在19世紀就有許多學(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)時程分析來改進結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計。
靜力理論
20世紀初，日本首先提出水平最大加速度是地震破壞的重要因素。把地面運動最大加速度(塯g)和重力加速度(g)的比值K定義為“水平烈度”，即當房屋重量為G時,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狀態(tài)。靜力理論曾被很多國家接受，直到現(xiàn)在個別國家還在某些結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用。
動力理論
考慮地面運動加速度和結(jié)構(gòu)動力特性的計算理論。其中有反應(yīng)譜理論和地震反應(yīng)時程分析。
反應(yīng)譜理論
20世紀30年代初期,美國首先提出了反應(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，橫坐標為單質(zhì)點體系的自振周期，縱坐標為體系質(zhì)點的最大加速度值,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)量足夠多的實際地面運動記錄作為輸入，可以得到多條類似的曲線，然后經(jīng)過統(tǒng)計分析可以確定一條或數(shù)條隨場地土質(zhì)條件變化的標準反應(yīng)譜曲線以供設(shè)計應(yīng)用,這就是反應(yīng)譜理論。自50年代起,美國和蘇聯(lián)開始采用反應(yīng)譜理論，目前大多數(shù)國家的規(guī)范都采用了。中國自50年代中期開始在抗震設(shè)計中采用了反應(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)，它是最大絕對加速度與重力加速度的比值，當設(shè)計烈度為 7度、8度、9度時，α分別為0.23、0.45、0.90;Ⅰ類場地為堅硬的土，Ⅲ類場地為較軟弱土，Ⅱ類場地土介于Ⅰ、Ⅲ之間。在抗震設(shè)計中，從靜力理論過渡到反應(yīng)譜理論是一個質(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)化為若干個單自由度以便利用同一譜曲線。
地震反應(yīng)時程分析
在抗震設(shè)計中,有時還要直接進行確定性的地震反應(yīng)時程分析。在進行分析時，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)力特性和計算方法。
在建筑結(jié)構(gòu)中，可以根據(jù)實際情況把結(jié)構(gòu)簡化為單自由度體系或多自由度體系等力學(xué)計算模型。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。為了便于計算，非彈性的恢復(fù)力P和位移x關(guān)系可以簡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)。由于地面運動加速度塯g(t)不能用數(shù)字式表達,因而只能把加速度-時間曲線按很小的時段劃分,逐
段對運動方程式用電子計算機進行直接積分，從而求得各個時刻的地震反應(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動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動卓越周期，其反應(yīng)也愈強烈。這樣，就需要輸入若干個與結(jié)構(gòu)物所在場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，以便加強由于地震作用引起房屋損壞的部位。又如對于已經(jīng)產(chǎn)生震害的結(jié)構(gòu)，地震反應(yīng)時程分析的結(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)時程分析作出進一步鑒定和尋求最佳的加固方案。
在地震反應(yīng)時程分析中，對剛度中心與質(zhì)量中心不重合的結(jié)構(gòu)，要考慮水平地面運動輸入引起的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn);對某些高聳結(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)，要考慮豎向地面運動的作用;對較長的結(jié)構(gòu)還要考慮沿結(jié)構(gòu)不同長度處的地面影響。
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