地震作用

（浅源地震）地幔上部温度大于1000̊C，物质具有流动性。（按产生的原因）火山地震：由火山爆发所引起的地震。陷落地震：由于地下空洞突然塌陷而引起的地震。构造地震：由于地质构造运动而引起的地震。工程结构设计时，主要考虑构造地震的影响。地震强度低，影响范围小地震强度高，影响范围大地质运动的原因：地幔热对流，地球的自转和公转，月球和太阳的引力。构造地震的产生过程：地质运动—地壳岩层变形—岩层应力累积增大—岩层应力岩层断裂强度—岩层断裂，以振动的方式释放能量并产生地震波。地震类型(按震源深浅）：浅源地震：震源深度＜60km（发生最频繁，危害最大，约占世界地震总数85%）中源地震：60km≤震源深度≤300km深源地震：震源深度＞300km我国发生的地震绝大多数是震源深度为5-50km的浅源地震。汶川地震：发生在我国大陆内部，震源深度为10km，属于浅源地震。由于地震释放的能量在传播过程中大部分被损失掉，故不会造成地面震害。(占世界地震总数的75%)用板块构造理论解释世界地震带状分布现象：地幔热对流使得板块发生缓慢运动—两个板块相遇—一个板块俯冲至另一个板块下—板块交汇附近地壳岩层应力增加—岩层脆性断裂而发生地震。世界两大地震带，正是板块与板块之间由于挤压碰撞而在板块边缘上发生的地震。板边地震占世界地震总数的85%左右，而板中地震仅占15%左右。中国的地震活动区1、2、6区——板边地震3、4、5区——板内地震板内地震较多的原因：我国东面受到太平洋板块的挤压，南面受到印澳板块的挤压，因此板内应力较大。（地处两大地震带的交汇处，地震发生频繁）公式的适用范围：M6，且A值的量测符合标准条件。震级M增大一级，地面振动幅值增大10倍。M2:微震；4≥M≥2:有感地震；M5:破坏性地震；M7:大地震；M8:特大地震。例如：汶川地震—7.8级。（一次地震所释放的能量）地震能E的单位：尔格（1尔格=10-7J）震级增大一级，地震能量约增大32倍。一个7级地震，约相当于30万枚2万吨TNT的原子弹爆炸所释放的能量。(一次地震所释放的能量)定义：某一特定地区遭受一次地震影响的强弱程度。我国采用12级地震烈度划分方法，地震烈度值根据人的感觉、器物反应、地貌和建筑物的破坏等宏观现象综合评定。震中是一次地震烈度最大的地区，震级越大、震源深度越小，震中烈度越高。地震烈度随震中距按对数规律衰减。参数c与地貌和震级有关:震级越大，烈度衰减越快；平原地区比山区烈度衰减快。)1lg(32321hcIM烈度与震级的关系：说明：波速越快，其振动周期和振幅越小。（传播地震能量的波）（在地球内部传播的波）（在地面附近传播的波）注意：面波是体波经地层界面多次反射和折射所形成的次生波。P波可以在固体、流体(气体和液体)中传播S波只能在固体中传播)21)(1()1(pEp)1(2pEs质点在地平面内做与波行进方向相垂直的振动质点在与地面成垂直的平面内沿波的前进方向做椭圆运动观测点震中左右(地面上)上下(垂直于地面)前后(地面上)两个水平方向地面运动的强度大致相等；竖向地面运动的强度＝2/3水平地面运动的强度。一般，震中附近，体波成分较多，面波成分较少；随着震中距的增加，体波成分减少，面波成分增加，因此竖向与水平地面运动的比值在震中附近较大，而离震中越远，该比值越小。3.地震记录强度（最大振幅）：表征地面运动的强烈程度；频谱（振幅与频率的关系）：表征地面运动的频率成分；强震时间：表征地面运动对工程结构反复作用的次数。（位移、速度、加速度）721.252Ims影响地震烈度的因素包括：地面运动强度、频谱、地震持续时间等。总趋势：地面运动的强度越大，烈度越大。地震地面运动加速度的平均值与烈度间的平均关系为（根据表5-1）：式中：I—地震烈度；a—地面加速度幅值。)/(225.127smIS波的周期与场地的特征周期一致时，会发生共振反应，使S波产生的地面运动放大数倍甚至数十倍。（场地的特征周期）（地表土层的软硬程度和覆土厚度）注意：场地的特征周期也是地面运动的主要周期。（随震中距的增加，短周期成份减少，长周期成份增加）当结构处于弹性状态时，可将三维地面运动对结构的影响分解为三个一维地面运动对结构影响之和。一、（单向水平地面运动下）其中：m－质点质量c－体系阻尼系数k－体系刚度其中：ω－无阻尼体系自由振动圆频率ξ－体系阻尼比（实际阻尼/临界阻尼）ξ＝0.01－0.1ωD－有阻尼体系自由振动圆频率地震速度反应地震位移反应地震加速度反应二、说明：上式为静力方程，可按静力分析方法得到结构的最大地震位移反应及其相应的内力反应。在工程结构的抗震设计中，最为关心的是结构地震反应的最大值。三、（最大加速度反应）地震加速度反应谱结构阻尼比阻尼比越小，反应谱值越大。当阻尼比ξ一定时，Sa是体系自振周期T或自振频率ω的函数，即：Sa的物理意义：自振频率为ω，阻尼比为ξ的单质点体系在确定的地震地面运动下的最大加速度反应。地面运动（反应谱的峰值频率与地面运动的主要频率相对应）（地面运动幅值的影响）（地面运动频谱的影响）四、通常，地震反应谱可预先计算得到，若已确定地震反应谱，则单质点体系的地震作用为：四、工程结构抗震设计不能采用某一确定地震记录的反应谱，而应考虑地震地面运动的随机性，确定一条可供设计用的反应谱。(设计基准期内超越概率为10％的烈度水平)注意：考虑到设计安全度和传统习惯等因素，我国抗震设计规范采用的地震系数为上述公式计算值的85％。1.抗震设计原则：小震不坏、中震可修、大震不倒。(超越概率为63％的烈度水平)(超越概率为2－3％的烈度水平)2.(规则化的地震反应谱)—动力系数取最大值的周期下界：0.1s0TgT—动力系数取最大值的周期上界：0.2s~2.0s规则平滑后的平均动力系数谱我国抗震设计规范规定：参数b越大，动力系数随T减小的速度越快。b=0.65~1.025.2max设计反应谱特征周期结构刚度无限大gT场地越软、场地土越厚、震中距越大，特征周期越大。五、地震影响系数的曲线形状与动力系数相同。（地震作用与体系重力之比）例题分析：教材【5-1】当结构的质量不集中于一个确定位置时，应将结构处理成多质点体系进行地震反应分析。一、（有阻尼体系）特征方程：特征值方程：0])[]([2MK0][][2MK（振型参与系数）振型的重要性质：多质点体系的任意两个不同振型关于质量矩阵、刚度矩阵、瑞雷阻尼矩阵正交。(n维向量总可以表达为n个独立向量的代数和)(单质点体系单向振动运动方程)振型分解法：多自由度体系的地震反应可分解为相当于多个独立的单自由度体系的振型反应来计算。二、（振型最大地震惯性力）质点i的j振型地震惯性力：质点i的j振型地震作用（该振型的最大地震惯性力）：)]()([ttxmfjgjijiIjimaxmax)]()([ttxmfFjgjijiIjiji周期为Tj的单自由度体系的最大绝对加速度高阶振型对结构最大地震反应的贡献相对很小，一般可忽略。工程实用上，对于单向振动的多自由度体系，取前2-3阶振型反应估计结构最大地震反应，即可获得满意的计算精度。振型分解反应谱法（精确解法）的计算步骤：第一步，利用反应谱计算各振型地震作用；第二步，按静力分析法分别计算各振型地震作用下的结构反应最大值（变形、内力等）；第三步，进行振型组合，得到结构地震反应最大值。iicH1式中：c为常数。三、思路：将地震作用当作等效静力作用在结构上，以此计算结构的最大地震反应。首先计算地震产生的结构底部最大剪力，再将该剪力分配到结构的各质点上作为地震作用。（等效重力系数）12iijjjjiEHGHGHGFFiEGGδn是与结构形式和基本周期有关的系数，基本周期越大，δn值越大。（顶部附加集中力）顶部附加集中力（等效重力系数）底部剪力法（近似解法）的计算步骤：第一步，计算地震产生的结构底部最大剪力；第二步，将底部最大剪力分配到结构各质点上作为地震作用；第三步，按静力分析法计算结构在上述地震作用下的地震反应。例题分析：教材【5-3】