抗震期末复习答案

抗减震期末复习答案 地震震源：地震开始发生的地方，是指地壳深处发生岩层断裂、错动的地方。 地震震级：是衡量一次地震大小的尺度，用符号M 表示。地震烈度：某一地区地面和各类建筑物遭遇一次地震影响的强弱程度。震中距：地震（震中、源）到观测点或建筑物之间的距离。极震区：在震中附近，震动最剧烈，破坏最严重的地区。正断层：纵向断层中，上盘下移，下盘上移，即受拉状态的断层。地震命名：地震按照发生的年号+主要得地域命名。

1、地震反应谱的概念：单自由度弹性体系在给定的地震作用下，其某个组大反应量（a s v s d s ）与结

构体系自振周期的关系曲线。()t u s d =、()t u s v '=、()()....t x t u s g a += 三者的关系是d v a s w ws s 2≈≈ T

w π2= 2、地震成因：由于地层内部（0~700km ）中活断层的剧烈运动产生地震，称为地震说。除此还有几种学说来描述地震成因：A 构造地震-由于地壳的构造运动使得地壳得岩层在其薄弱部位突然发生断裂、错动而引起的地震B 火山性地震- 火山喷发时，岩浆从地下深部涌出，地层振动引起地震C 塌陷地震-地层内部空洞的塌落引起地震D 人工自然灾害引起的地震E 激发地震-由建造水库，向地下注液或抽液，大型的采矿运动，工程爆破等足以破坏地应力平衡的人为干扰引起。

3、地下结构震害类型及产生原因：类型：1软硬岩交界处产生的破坏2由断层引起的，造成地层的位移和错动结构引起的破坏3填挖土交界处引起的破坏4沙土液化、软化震陷等不稳定因素造成的破坏5盾构隧道纵向接头螺栓剪断引起的破坏6横断面小隧道长轴向受损拉亚伸缩弯曲成S 形7横断面大隧道短断面易损。原因：1地质条件得明显变化2地形条件的明显变化3结构体系得刚度发生了明显变化4大地的构造性运动，砂土液化等5不均匀沉降。

4、地下结构振动特性：（1）a 地下结构的视比重较小，作用在结构物上的惯性力小，起振小b 地下结构受周围地层约束，难以起振，即使起振能量很快被消耗c 地下结构在地层的约束支配下，随地层的振动而振动、位移而位移。（2）地下结构对表面波敏感，对实体波不敏感，但对地下结构产生破坏就的往往是实体波，特别是近距离大规模的实体波。地下结构位移与加速度没有直接关系。

5、分析在不同震中距时，各类地震波对地下结构的作用形态：1表面波会对地层加速度有很大控制，但对地下结构不会产生附加内力2近距离发生的剧烈实体波对地下结构物有影响3震源正上方处p 波使物体上下振动，s 波使物体左右振动4离震源较远处得地表物体，p 波使其左右振动，s 波使其上下振动。

6、盾构隧道横截面内力增加的特点：1只有一次衬砌时，盾构隧道轴受压时，管片承受压力，环与环接头变形很小；轴向受压时，管片被拉伸，纵向接头有变形，管片也有变形；在弯曲时，拉伸区域管片被拉伸，接头产生拉伸变形，环向结合而张开，纵向接头容易拉坏；压缩区域，管片承受压力，接头基本无变化。2对水平方向的地震来说，弯矩产生的应力占主要部分：a 地层越柔软，位移和剪应变越大，因此弯矩和剪应力大b 隧道如果跨越了软硬地层，在地层交接处，弯矩和剪力急剧增大。3对于竖向地震，轴力占主要部分，但跟相同规模的水平地震，产生的弯矩和剪力小，因此，抗震设计以水平方向为主。4地层是砂土时，采用水土分算，此时横截面上下荷载和左右两侧荷载相当，地震荷载是由轴力引起的。5地层是粘土时，采用水土合算，常时荷载作用下，内力比较小6相邻隧道的影响，不可以采用反应位移法，一般采用动力有限元法，当净距小于二分之一隧道直径时，影响非常大。

7、横断面方向反应位移法的基本原理、计算分析流：地下结构——地层体系受震后产生的变形（如图一所示）。在结构物和地层的接触面产生了I F 作用力。在结构内侧也产生了与其方向相反的相互作

用力I F -，产生的变形为I μ。 将地下结构——地层体系分成两部分。（如图二所示）。一部分是取地下结构物后形成的空洞地层，即地层震动系。另一部分是结构物相互作用力I F -，即结构振动体系，他们的变形均为I μ。 再将地层振动系分解为地层λ射系和地层加振系（如图三所示）两部分。地层λ射系的变形位移为1

I μ是由基岩地震动g u ''产生的（图3a ），而另一部分的地层加振系的变形位移2

I μ是由相互作用力产生的（图3b ）。 （图四）为反应位移法的基本原理图，表示空洞地层的位移对结构物的作用c δ。求c δ 天然地层受地震后产生的位移为F δ。在结构物的外侧产生了?方向的剪切力，在内侧产生了←方向的相反作用力。将结构物取出后，相当于撤掉了作用在结构物内侧的剪切力，那上在空洞地层将令产生上下的位移差c δ，显然这里F δ≠c δ，而c δ就是前面提到的I μ，（如图5所示）。 结构物最终所受荷载的模型（如图6所示）。它包括天然地层的位移、剪切力以及惯性力三部分的作用。起着重要的作用的是前面两部分占90%，而惯性力几乎没有影响。 地下结构纵向广义反应位移法的基本原理：线状地下结构沿着纵向应用反应位移法，是分别应用反应位移法分析线状地下结构垂直于轴线方向的运动，以求得线状地下结构在地震时所受的弯矩，应用反应位移法分析线状地下结构沿着轴线方向的运动，以求得线状地下结构物在地震时所受的轴力。计算思路：不计惯性力影响，将地层与结构的相互作用力用地层弹簧表示，将地层位移施加在结构上，列出结构垂直于轴线方向或沿轴线方向的运动微分方程，假设地震波沿轴线成正弦分布，求解运动微分

方程，结合边界条件得出线性地下结构沿垂直于轴向或沿轴向的位移表达式v(x)、u(x),由22)(dx

x v d EI M -= dx

x du EA N )(=计算出弯矩M 和轴力N 。 8、地震动的持续时间：①加速度的值超过某一指定值之后所持续的时间（未考虑加速度峰值）②取用max αα、来表示加速度持续时间，称为地震动持续时间。（考虑加速度峰值）

9、地层振动解析（均质半无限体）①任意Z 处的最大变形max 22()()2V S z Z S T COS H

πμπ=②地震时所用的模型，常用粘弹性模型。③基准面选定的标准：贯入度：粘土N>25; 砂土N>50 剪切弹性波速度300/S V m s >④222(,)cos()sin()2V S z x x z S T H L

ππμπ= 假定均质半无限体沿轴线方向地层位移呈正弦分布⑤天然地层位移/地层振动波长L ：12122L L L L L =+（1L 表层波波长，2L 底层波波长）

10、反应位移法：⑴适用条件：适用于地下结构物随地层的位移变形而发生位移的情况{I F }={k}{I u }⑵结构物与地层的相对位移：地震力可以用结构物与地层间的地层弹簧表示⑶由于空洞位移C f 计算困难，所以用剪切力来代替空洞位移C δ，并改用容易计算的天然地层位移F δ进行施加⑷地层位移产生的荷载与周边剪切力产生的作用各占一半，惯性力的影响较小，可以忽略不计。⑸反应位移法的计算

结果比时程分析计算结果约大10%⑹反应位移法用于线状结构的纵向计算：弯矩：在垂直于轴线方向施加弹簧。轴力：在沿轴线方向施加弹簧

11、地层条件变化对地震断面力的影响：当a l <200m,可不修正，当a l >200m,需修正，方法如下：断面

力最大值点取在靠近较厚地层那边的1/4地层变化区间长度处;最大断面波动范围是以最大断面力为中心左右1/3倍较厚地层波长的范围，采用叠加法获得断面力的增加区间。（如图）得到底层断面里修正区间以后，即可得到断面内力的增加系数β。β=1.0（ΔT ≤0.3sec ）、β=1.23.0-?T +1.0（ΔT ＞0.3sec ）。

12、对于地面结构一般研究水平地震作用对结构的影响：（1）首先由已知条件列出质点的质量和刚度矩阵，根据频率方程|[K]-w 2[M]|=0算出各质点的自振固有频率w 和固有周期T 。（2）根据{|[K]-w 2[M]|=0}*{Фi }={0}算出每一固有频率所对应的各振型质点的相对位移，得到振型{Фi }。（3）计算各振型在水平地震作用中的振型参与系数∑∑===n

i ji i ji n i i j i m m 121/,φφγγ（4）通过地震设防烈度，场地类别，

阻尼比查表得特征周期值T g （5）根据F ji =G i αi γj Фji 算出各振型对应所有质点水平地震作用（6）将各在所有振型时的水平地震作用叠加，在运用平方和开方的方法（SKSS 法）得出最大底部剪力。

13、 地震能量关系：地震震级与震源所释放的能量的大小有关，目前国际上通用的是里氏震级，用于表示地震仪记录到的地面最大水平位移（微米）的常用对数。10M lgA log A ==。震级M 与震源释放的能量E （尔格）之间有下列经验关系：11.81.510log E M =+震级级差一级，地震说释放的能量相差3.16倍

14、 地震强度通常用震级和烈度来衡量：地震烈度是度量某一地区地面和建筑物遭受一次地震影响的强弱程度，它与地震大小，震源深度，震中距离有关，也与该地区地层的土质和地貌有关，对于一次地震，震级只有一个，烈度随震中的远近有所不同（12度）。基本烈度是指在未来50年内在一般场地条件下可能遭受的超越概率为10%的地震烈度值

15、 沿轴线方向狭义位移法和广义位移法的基本概念：广义位移法一维时程反应分析，应用层反射理论，震源波由基岩输入 狭义位移法：假设①沿深度方向地层均匀变化②沿轴线方向输入的是正弦波，非震源波地层最大变化：max 22

()cos()2v s z u z S T H ππ?=??天然地层位移：22

2(,)cos()sin()2v s z x u x z S T H L

πππ?=?? 16、 地下结构的抗震技术:抗震原则:1：地震时尽量使地层的位移不传给地下结构。2：设法是地下结构的刚度减小（适度），能容易随地层的变形而变形。减震技术：1：在隧道与竖井的交界处设置柔性接头。2：降低盾构隧道纵向接头刚度，如增加纵向螺栓长度或加弹性垫圈。新型抗震技术1：采用预应力的纵向接头。2：设置免震材料，如在隧道外面加些软的材料。

17 、盾构隧道中竖井的设计抗震1：竖井同地下结构一样也是随地层的振动而振动。2：通过实测数据可知，反应位移法在竖向结构中同样适用。3：作用在竖井上的增加土压力是由竖井与土层的相互作用形成的。4：地层变化较大处事抗震的薄弱环节5：通过反应位移法计算的最大弯矩偏小k 取值计算过于简单??? ??+???=2u u u v h h 11)(L EA

P v h πξ；)(2)(2)3(2)3(2)(4v h v h v h u L EI M ???=πξ 18 、共同沟的设计： 1：基层选取：根据λ度即粘土N ?25，砂土N ?50。弹性波速度sec /300V s ? 2：横断面的设计不起主要作用，除竖井与截面交界处，纵向采用反应位移法进行设计，有时考虑时程分析法予以模拟。3：共同沟最大位移为X 轴逆时针旋转45度处的'x 上，此处轴力最大，而位移，弯矩最大值仍在X 轴上。4：使用接头对抗震有利，可减少接口断面内力。

19 、地层的最大加速度，最大速度，最大位移（水平）：根据67处394个地震将所测得的加速度进行回归分析，再根据地层的分类得出计算ⅠⅡⅢ类场地地层的最大加速度公式max a （式中?为震中距，M 为震级），最大速度，最大位移分别根据max a 计算得出。 竖直方向采用119个强震记录数据，与水平

方向同样方法得到。将竖直方向的max a 与水平方向的max a 相比得到a R ，比值大致为常数，约为0.3到0.4。 20 、加速度反应谱：单自由度体系在地震力作用下产生的加速度与结构固有周期，衰减系数间的关系曲线，）

，（ξs a T -S 。根据实测资料反应知道地表的反应谱大，越往下随之减少。 21、盾构隧道抗减震设计方法和过程（1）纵向即沿轴线方向：对隧道四周地质条件进行合理调查，计算模型的确立：确定隧道外径，埋深，土体选取基表面，物理参数及隧道衬砌参数。 1、求地层振动位移和振动波长L ，21212)(2,4,2cos 22L L L L L V H T H Z T S s s s v z h +===ππμ

2、计算盾构隧道纵向等效刚度：等效抗压刚度4)(,)(22d D A A E EA s s s c

eq -==π等效抗拉刚度J s s

s s

s T

eq k l A F A E EA +=1)(，J k 为纵向街头弹性抗力系数。等效抗弯刚度

s s eq I E ??π??sin )2

(cos cos EI 3++=）（4、采用反映位移法计算管片压缩轴向压力max c N ，拉伸轴向拉力max T N 和弯矩max M ，其中最大压（拉）力通过不同斜度（c T ββ,）来体现。5、计算管片应力和接头拉力：n N f A N A N T t s T s c c ///T ===、、σσ 6、计算最大弯矩及由弯矩引起的管片应力

（2）横断面方向：1、在常时荷载作用下，采用日本惯用法，计算截面不同角度处的弯矩、剪力、轴力，2、通过近似地震时增加的断面内力计算： θπμπθ2sin )2sin(23)(s c h C H H RH EI M =

θπμπθθ2c o s )2s i n (32)(C H H H R EI c h -= θπμπθ2s i n )61)(2sin(332)(C EI

R G H H H R EI N s c h +-=，取1.3倍的计算结果为地震时增加的断面内力。4、把常时荷载与地震增加的断面力进行叠加得到地震作用力,M ，得到最不利截面5、采用容许应力法，对应力、变形进行简算，看是否满足结构要求。