振动课程总结

脉动：地球像有脉搏那样的连续不断地振动。 地震：地球表面突然发生的快速颤动，是地质运动的一种表现。（地震往往发生在地应力比较集中、构造比较脆弱的地段，既原有断层的端点和转折处、不同断层的交汇处） 地震按其成因可分为：火山地震，陷落地震、诱发地震、构造地震 构造地震：是由于岩层断裂，发生变位错动，在地质构造上发生巨大变化而产生的地震，所以叫做构造地震，也叫断裂地震。 火山地震：是由火山爆发时所引起的能量冲击，而产生的地壳振动。火山地震有时也相当强烈。但这种地震所波及的地区通常只限于火山附近的几十公里远的范围内，而且发生次数也较少，只占地震次数的7%左右，所造成的危害较轻。 陷落地震：由于地层陷落引起的地震。这种地震发生的次数更少，只占地震总次数的3%左右，震级很小，影响范围有限，破坏也较小。 诱发地震：地下核爆炸、水库蓄水、油田抽水和注水、矿上开采的活动引起的地震一般都不太强烈仅有个别情况（如水库蓄水）会造成较大的破坏。 底层构造运动中，在断层形成的地方大量释放能量，产生剧烈振动，此处就叫震源。震源正上方的地面位置叫震中。震中与震源之间的距离叫做震源深度。建筑物与震中的距离叫做震中距。建筑物与震源的距离叫震源距。 地震按震源的深浅分为：浅源地震＜60、中源地震60~300、深源地震＞300，按震中距分：地方震＜100、近震100~1000、和远震＞1000 地震的震级是衡量一次地震大小的等级，用符号M表示 =lgA，地震释放能量E：lgE=11.8+1.5M 按M:微震＜2、有感地震2~5、中强地震5~7、强震＞7. 地震烈度是用来衡量地震破坏作用大小的一个指标，表示某一地区的地面和各类建筑物遭受某一次地震影响的强弱程度。 抗震设防一般采用基本烈度指该地区今后一个时期内，在一般场地条件下可能遭遇到的最大地震烈度。 震中烈度 ：M=1.5+0.58 。 当震源岩层发生断裂错动时，岩层所积聚的变形能突然释放，引起剧烈的振动，振动以弹性波的形式从震源向各个方向传播并释放能量，这种波就称为地震波。按其在地壳传播的未知的不同分为体波和面波。 体波在地球内部传播，体波分为纵波横波。面波在地球表面传播。 地震动：也称地面运动，是指由震源释放出来的地震波引起的地表附近土层的振动。地震动是地震和结构抗震之间的桥梁，有事结构抗震设防的依据。 地震动与荷载的差别：1、常用荷载以力的形式出现，而、地震动则以运动方式出现。2、常用荷载一般为短期内大小不变的静力，而地震动则是迅速变化的随机振动。3、常用荷载大多是竖向的，而地震动则是水平竖向甚至扭转同时作用。 影响地震动特性因素：震源、传播介质和途径、局部场地条件。 地震直接灾害：地表破坏（地裂缝、滑坡、砂土液化软土震陷）、建筑物破坏、生命线工程破坏 次生灾害：地震引发的火灾、水灾、有毒物质泄漏和疫病流行等灾害。 从结构抗震设计的角度出发，可以将桥梁震害归为两大类，即地基失效引起的破坏（地基失效指的是由地震引起的地基丧失承载能力的现象。强烈地震时地裂缝、滑坡、砂土液化、软土震陷等，都会使地基产生开裂滑动不均匀沉降等，进而丧失稳定性和承载力，使建造在上面的桥梁结构受到破坏。一般来说这类破坏现象是人为工程难以抵御的，因此应尽量通过场地选择避免）和结构强烈振动引起的破坏（地震时，地面运动引起桥梁结构的振动，使结构的内力和变形大幅度地增加，从而导致结构破坏甚至倒塌。这类破坏主要源于两方面的原因：1、结构遭遇的地震动强度远远超过设计预期的强度，结构无法抵御而破坏，这是导致结构破坏的外因；2、在结构设计和细部构造以及施工方法上存在缺陷，这是导致结构破坏的内因。由于地震动的不确定性和复杂性，人们目前还无法准确预测桥址未来可能发生的地震动，所以，设计对地震动特性不敏感结构就显得特别重要） 桥梁上部机构的震害，按照震害产生的原因的不同，可分为上部结构本身的震害（少，钢结构的局部屈曲），上部结构的位移震害（常见，桥梁上部结构的纵向移位、横向移位一级扭转移位）以及上部结构的碰撞震害（相邻结构间距过小）。 支座的震害：支座的破坏形式主要表现为支座移位、锚固螺栓拔出、剪断活动支座脱落以及支座本身构造上的破坏等。 下部结构和基础的震害：桥梁墩柱的震害（墩柱的弯曲破坏、墩柱的剪切破坏、墩柱的基脚破坏）、框架墩的震害（表现为盖梁的破坏剪切弯曲锚固长度不够、墩柱的破坏、节点的破坏剪切）、桥台的震害、基础的震害（地基失效如土体滑移和砂土液化是桥梁基础产生震害的主要原因） 桥梁震害的评价：1、对通行能力的影响2、对结构安全的影响3、结构损伤修复的难易程度 桥梁震害产生的因素：内因：结构设计缺陷和构造缺陷 外因：强烈地震地面运动 施工原因：没有遵循施工规范 确定抗震设防标准考虑的三方面因素：1、根据桥梁的重要性程度确定该结构的设计基准期；2、地震破坏后桥梁的结构功能丧失可能引起次生灾害的损失；3、建设单位所能承担抗震防灾的最大经济能力。 多级设防的抗震设计思想：小震不坏，中震可修，大震不倒 地震超越概率：指在一定场地在未来一定时间内遭遇到大于或者等于给定地震的概率，常以年超越概率或设计基准期超越概率表示。而地震重现期是指一定场地重复出现大于或等于给定地震的平均时间间隔。重现期T，设计基准期T0，超越概率P 1、《中华人民共和国防震减灾法》的主要内容是什么？答：主要内容包括：1.《防震减灾法》的立法目的 2.《防震减灾法》的调整对象及适用范围3.防震减灾工作方针 4.对各级人民政府的基本要求。5.政府各部门在防震减灾工作中的职责 6.单位和个人的义务 7.群测群防工作 8.依靠科学进步提高防震减灾工作水平 9.提高政府领导防震减灾工作能力 10.提升地震监测能力和社会服务职能 11.提高建设工程的抗震设防水平 12.提高社会的非工程性地震预防能力 13.及时完善地震应急救援等相关规定。 2、工程结构主要有哪些震害现象？ 答：建筑结构软弱层机制破坏、钢筋混凝土柱压弯破坏和剪切破坏、梁柱节点破坏、框架填充墙剪切破坏、桥梁结构落梁、整体或部分倒塌、钢筋混凝土桥墩压弯破坏和剪切破坏、桥梁碰撞、节点破坏、现代斜拉桥震害现象等。 3、近年来结构震害的主要经验教训是什么？答：⑴结构抗震设防应采用性能设计原则。即在综合考虑工程造价、结构遭遇地震作用水平、结构的重要性、耐久性和修复费用等因素下，定义结构允许的损坏程度（性能）。⑵结构抗震设计应同时考虑强度和延性，尤其注重提高结构整体及延性构件的延性能力。⑶重视采用减隔震的设计技术，以提高结构的抗震性能。⑷对体系复杂的结构，强调进行空间非线性动力时程分析的必要性。⑸对桥梁结构，应重视支座的作用及其设计，同时开发更有效的防落梁装置。⑹充分认识到按早期规范设计的旧结构的地震易损性，认识到对重要的旧结构进行抗震加固的紧迫性和必要性。 ⑺充分认识到城市生命线工程遭受地震破坏可能导致的严重社会后果，认识到保证城市生命线工程抗震安全性的意义。⑻充分认识到，地震区的一切新建工程都都必须严格按照国家颁布的抗震设计规范进行设防，为此而增加一些基建投资是值得的和必要的。 4、什么是地震动的特性及其三要素？答：特性：地震动是以运动方式出现。地震动是迅速变化的随机振动，地震动的这一特点，导致了抗震设计对地震作用峰值的关注。地震动对结构的作用效应与结构的动力特性和变形反应有关。地震动具有更大的不确定性，这使得抗震设计不能完全依靠强度安全储备。 三要素：地震动的幅值（最大振幅或叫峰值）、频谱（波形）和持续时间（简称持时）。 5、什么是地震安全性评价？ 答：地震安全性评价是指对具体建设工程场址及其周围地区的地震地质条件、地球物理环境、地震活动规律、现代地形变及应力场等方面进行研究的基础上，采用地震危险性分析方法，科学地给出相应的工程规划或设计所需要的有关抗震设防要求的地震动参数和基础资料。其主要内容包括地震烈度复核、地震危险性分析、设计地震动参数确定、地震小区划、场地及其周围的地震地质稳定性评价和震害预测等。 6、桥梁结构的抗震设防标准是什么？ 答：抗震设防标准是科学性和政策性（或社会性）的结合。科学性就是要严格按照现行的有关规范要求进行工程场地地震安全性评价工作，使得评价结果较好地符合实际，具有较好的可重复性。政策性则要考虑到工程类型、重要程度、投资强度风险程度等。我国还属于发展中国家，财力物力有限，国家总的防灾政策决定了抗震设防标准不宜过高。随着科学技术的进步和国民经济的发展，以及人们防灾意识的加强，抗震设防标准也在逐渐提高。 7、桥梁抗震设防的原则是什么？ 答：1.预防为主的指导方针 2.抗震设防标准 3.多级抗震设防思想 8、桥梁抗震设计的基本原则是什么？ 答：1.场地选择 2.体系的整体性和规则性 3.结构和构件的强度与延性的均衡4.能力设计原则 5.多道抗震防线 9、什么是反应谱？ 答：单自由度弹性体系在给定地震作用下某种反应量的最大值与体系自振周期之间的关系曲线，就叫做地震反应谱。 10、结构抗震规范反应谱是如何得到的？ 答：我国现行的《建筑抗震设计规范》采用的规范反应谱，乃是根据大量国内外强震记录，在研究了场地条件和震中距影响因素后，进行统计分析并结合经验判断确定的。为了便于使用，规范反应谱对经统计平均得到的标准反应谱进行了光滑化处理，并用数学函数形式表示出来。 10、什么是抗震设计中的延性概念？ 答：材料、构件或结构的延性，通常定义为在初始强度没有明显退化情况下的非弹性变形的能力。它包括两个方面的能力：（1）承受较大的非弹性变形，同时强度没有明显下降的能力；（2）利用滞回特性吸收能量的能力。 11、衡量结构延性的设计指标是什么？它们如何定义？ 答：衡量延性的量化设计指标，最常用的为曲率延性系数（也称为曲率延性比）和位移延性系数（也称为位移延性比或延伸率）。曲率延性系数定义为截面屈服后的曲率与初始屈服曲率之比，它通常用于反应延性构件临界截面（塑性铰区截面）的相对延性。设计通常关心的是最大曲率延性系数，它定义为： 位移延性系数定义为构件屈服后的位移与初始屈服位移之比。同样，设计通常关心的是最大位移延性系数，它定义为： 12、如何从能量的观点出发解释桥梁延性抗震设计的概念？ 答：对可以理想化为多自由度振动系统的结构，在某一水平方向地震动作用下，系统的运动平衡方程可以写成：对上式，如果两边同时左乘以，并对振动时程积分，则可得;在结构不发生倒塌破坏（即丧失动力平衡）的情况下，以上公式所表示的能量守衡关系始终是存在的。因此，如果结构能够以动能和弹性应变能的形式来储存地震动输入结构的能量，则不论其有无耗能能力，结构始终都不会损坏；另一方面，如果结构能及时地将地震动输入结构的能量耗散掉，则尽管结构已经损坏，但它始终都不会倒塌。 13、桥梁结构减隔震设计的基本原理是什么？ 答：通过延长结构的基本周期（主要是水平方向振动的基本周期），避开地震能量集中的范围，从而降低结构的地震力。 14、什么是结构的振动控制概念？ 答：振动控制的定义: 设置隔震垫（K，T）或改造某些构件、支撑、剪力墙等（C），或改变质量（M），或施加外力（P），或调整结构的动力特性，使结构在地震、风等作用下，控制结构的振动反应，达到确保结构及内部人、物的安全及正常使用环境的目的。 15、结构振动控制的方法有哪几类？各自的基本设计概念是什么？答：（1）被动控制方法：被动控制方法是指考虑外干扰的一般特性，为隔离或减少（消耗）输入结构物内的振动能量，事先在结构物内安装经过调整的弹簧、阻尼器等装置，使结构难以发生