反应谱曲线及公式
反应工程公式总结
反应速率为：
������������
=
−
1 ������
������������������ ������������
；������������
=
−1
������
������������������ ������������
；������������
=
1 ������
������������������ ������������
因此 tafel方程只适用于强极化范围。
《反应工程》学习总结
参考资料： 《反应工程》第二版 李绍芬
主要学习：
1.反应动力学基础 2.吸附与脱附
1.反应动力学基础
化学反应速率：以反应
������������������ + ������������������ → ������������������ 为例：
又因为
������������
=
������������������，所以对于恒容过程，������������
= − ������������������
������������
该式以浓度对时间的变化率表
示化
学反应速率
2.动力学方程
基元反应的速率方程(幂函数型速率方程)：
������:反应速率常数，是温度的函数
总之不论是可逆还是不可逆反应。反应速率 都是随着转化率增大而降低的。
4.反应速率与转化率的关系
单一反应：������������������ + ������������������ → ������������������
������������ = ������0[exp
第三节 单自由度弹性体系的水平地震作用及其反应谱
第三节 单自由度弹性体系的水平地震作用及其反应谱一、水平地震作用的基本公式 由上一节可知，()()[]()()t kx t x c t xt x m +=+- 0 3.26因()()r kx t xc ，略去不计，有()()[]()t kx t x t x m ≈+-0 3.27质点的绝对加速度为3.28()()()()()t x t x mkt xt x t a 20ϖ-=-=+= 将式3.24代入上式，得3.29质点的最大绝对加速度为()m ax a t a S =3.30一、 地震反应谱 反应谱分析法：求解结构最大地震反应的方法即反应谱分析法，这种方法是对单质点单自由度体系，在给定的阻尼比 时，取不同的自振周期T ，求出任意给定的地震波下的最大加速度 。
然后，以阻尼比 为参数，作出自振周期T 与最大反应的关系曲线族，即反应谱。
这样一来，对于任何单质点、单自由度体系，如果已知其自振周期T 、阻尼比 ，便可从反应谱图中直接查得该结构体系在特定地震波下的最大反应，实际运用是比较方便的。
图3.7是根据1940.5.18美国埃尔森特罗地震时地面运动加速度记录绘出的加速度反应谱曲线。
任何地震波所得的地震反应谱，几乎后共同的特点。
1、谱曲线是多峰点的，是由于地面运动的不规则造成的，但在阻尼比等于零时反应谱的谱值最大，而任何较小的阻尼比都能否使峰点削平很多。
2、当结构自振周期较小时，随周期T 的增加，反应急剧增长，而较大自振周期时，反应逐渐衰减、稳定。
目前，世界各国已普遍计算和利用地震反应谱。
在现今设计中，已有许多可以直接应用的地震反应谱，包括最大加速度、最大相对加速度或最大相对位移反应，以满足不同使用的要求。
aS 与质点质量的乘积即为水平地震作用的绝对最大值a mS F = 3.31二、 标准反应谱βGk x Sg x mg mS F max a max a =⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==00 3.32式中： k—— 地震系数 β—— 动力系数mg G =——重力（一）地震系数1、概念：即指地面运动最大加速度与重力加速度的比值2、公式：gxk max0 =3.333、有关因素：与地震烈度有关4、确定：见表 3.1 （二）动力系数β1、概念：即指单质点弹性体系在地震作用下最大反应加速度与地面最大加速度之比。
振型分解反应谱法
如何解j振型对应的广义坐标方程
Dj (t)
2
j
j
Dj
2 j
D
j
(t)
j
xg (t)
已知：对于单自由度体系
x 2x 2x xg (t)
x(t) 1
d
t 0
xg (
)e
(t
)
sin
d
(t
)d
对于j振型折算体系（右图）
j
(t
)
1
j
t 0
xg (
)e
j
j
(t
)
sin
j
(t
)d
D
j
(t
)
j j
其中： Fji (t) mi[x ji jj (t) x ji j xg (t)]
---t时刻第j振型i质点的水平地震作用
Fji (t) mi[x ji jj (t) x ji j xg (t)]
---t时刻第j振型i质点的水平地震作用
体系j振型i质点水平地震作用标准值为：
Fji Fji (t) max mi x ji j j (t) xg (t) max
0.55 0.75
第三组 0.35
0.45
0.65 0.90
例：试用振型分解反应谱法计算图示框架多遇地震时的层间剪力。 抗震设防烈度为8度，Ⅱ类场地，设计地震分组为第二组。
解：（1）求体系的自振周期和振型
0.334
0.667
4.019
X 1 0.667 X 2 0.666 X 3 3.035
F1n
F2n
F jn
Fnn
mi
F1i
F2i
F ji
Fni
抗震设计中反应谱的应用
抗震设计中反应谱的应用一．什么就是反应谱理论在房屋工程抗震研究中,反应谱就是重要的计算由结构动力特性所产生共振效应的方法。
它的书面定义就是“在给定的地震加速度作用期间内,单质点体系的最大位移反应、速度反应与加速度反应随质点自振周期变化的曲线。
用作计算在地震作用下结构的内力与变形”,反应谱理论考虑了结构动力特性与地震动特性之间的动力关系,通过反应谱来计算由结构动力特性(自振周期、振型与阻尼)所产生的共振效应,但其计算公式仍保留了早期静力理论的形式。
地震时结构所受的最大水平基底剪力,即总水平地震作用为:FEK = kβ(T)G式中,k为地震系数,β(T)则就是加速度反应谱Sa(T)与地震动最大加速度a的比值,它表示地震时结构振动加速度的放大倍数。
β(T)=Sa(T)/a反应谱理论建立在以下基本假定的基础上:1)结构的地震反应就是线弹性的,可以采用叠加原理进行振型组合;2)结构物所有支承处的地震动完全相同:3)结构物最不利地震反应为其最大地震反应:4)地震动的过程就是平稳随机过程。
二．实际房屋抗震设计中的应用为了进行建筑结构的抗震设计,必须首先求得地震作用下建筑结构各构件的内力。
一般而言,求解建筑结构在地震作用下构件内力的方法主要有两种,一种就是建立比较精确的动力学模型进行动力时程分析计算,这种方法比较费时费力,其精确度取决于动力学模型的准确性与所选取地震波就是否适当,并且对于工程技术人员来说,这种方法不易掌握;第二种方法就是根据地震作用下建筑结构的加速度反映,求出该结构体系的惯性力,将此惯性力作为一种反映地震影响的等效力,即地震作用,然后进行抗震计算,抗震规范实际上采用了第二种方法,即地震作用反应谱法。
实践也证明此方法更适合工程技术人员采用。
由于目前抗震规范中的地震作用反应谱仅考虑结构发生弹性变形情况下所得的反应谱,因此当结构某些部位发生非线性变形时,抗震规范中的反应谱就不能适用,而应采用弹塑性反应谱来进行计算。
地震动反应谱方法
二、反应谱法
2.1 反应谱法发展历程 2.2 反应谱的定义和抗震规范中的反应谱 2.3 振型分解反应谱法 2.4 在ABAQUS中实现反应谱分析 2.5 反应谱法的局限性
华南理工大学
2.1 反应谱发展历程
国外：
40 年代初 M.Biot 提出从地震动记录计算反应谱的概念
华南理工大学
主要内容
一、地震相关概念 二、反应谱法 三、地震加速时程合成
一、地震相关概念
地震是一种突发性和不可预测性的自然地质灾害，发生频度较高经易 对建筑物造成破坏，造成重大经济损失，并会产生严重次生灾害，给对 社会也会产生很大影响等。
汶川地震输电塔损坏
华南理工大学
1.1 相关概念
1、震级
表征地震强弱
2
t 0
xg
et
cost
d
2 22
t 0
xg
e t
sin
t
d
2
t 0
xg
e t
sin
t
d
（5）
由（3）、（4）和（5）式：
Sd
xt max
Sv
x&t max
Sa &x&t &x&g t max
相对位移反应谱 相对速度反应谱 相对加速度反应谱
简单来说，反应谱是指单质点体系地震最大反应与结构自振周期 之间的关系。它是跟阻尼比和周期有关的函数。
烈度
max
水平地震影响系数最大值
6
7
8
0.12
0.23
0.45
9 0.90
CHONGQING UNIVERSITY
清华规范反应谱公式
清华规范反应谱公式清华规范反应谱公式可分为加速度反应谱和速度反应谱两种类型。
加速度反应谱描述了地震动对结构物的加速度影响，而速度反应谱则描述了地震动对结构物的速度影响。
这些反应谱的计算基于地震动时程分析和傅里叶变换的原理。
对于加速度反应谱公式，清华规范采用了双曲线模型来描述结构物在地震动下的加速度响应。
该模型以地震动参数的峰值加速度为输入，进而推导出结构物的反应加速度随频率的变化规律。
具体地，清华规范的加速度反应谱公式如下：Sa(T)=ξSa,g(T)×[(1+c1α+c2α^2)/(1+α)],其中，Sa(T)表示在周期为T的地震动下的加速度反应谱；ξ为地震动参数的比值，等于实际地震动的峰值加速度与设计地震动的峰值加速度的比值；Sa,g(T)为设计地震动下的加速度反应谱；α为结构物的振动周期与地震动周期的比值；c1和c2为与结构物的阻尼比有关的系数，可根据工程经验进行选择。
对于速度反应谱公式，清华规范同样采用了双曲线模型。
速度反应谱公式如下：Sv(T)=ξSv,g(T)×(1+c1α+c2α^2)/(1+α),其中，Sv(T)表示在周期为T的地震动下的速度反应谱；ξ为地震动参数的比值，等于实际地震动的峰值速度与设计地震动的峰值速度的比值；Sv,g(T)为设计地震动下的速度反应谱；α为结构物的振动周期与地震动周期的比值；c1和c2为与结构物的阻尼比有关的系数，可根据工程经验进行选择。
需要注意的是，清华规范的反应谱公式是以设计地震动参数为基础进行计算的，因此在实际工程中应根据具体情况进行调整。
此外，反应谱公式中的系数c1和c2对结构的动态特性影响较大，因此在选择时需要考虑结构物的性质和使用要求。
总体而言，清华规范反应谱公式提供了一种有效的工具，能够对地震动对结构物的动力响应进行定量描述。
在土木工程设计和抗震设计中，通过使用这些公式，可以合理评估结构物的抗震性能，从而确保结构物在地震中具有足够的安全性和稳定性。
【2017年整理】地震反应谱、设计反应谱与地震影响系数谱曲线
【2017年整理】地震反应谱、设计反应谱与地震影响系数谱曲线地震反应谱、设计反应谱与地震影响系数谱曲线一直对反应谱这个东西，进来在听完一些免费结构讲座之后，自己总结了一下，梳理了一下几个概念，当然理解这些概念还需要对地震动的一些基本概念有一定理解，下次有机会再将地震动的东西总结一下，希望对初学者有点作用，文中所用图均来自网上。
1. 地震反应谱可理解为一个确定的地面运动，通过一组阻尼比相同但自振周期各不相同的单自由度体系，所引起的各体系最大反应与相应体系自振周期间的关系曲线。
但是, 不同场地类别和震中距对反应谱有影响，因而不能直接用于抗震设计，需专门研究可供结构抗震设计用的反应谱，称为设计反应谱。
由结构动力学789地震系数，该参数可将地震动幅值对地震反应谱的影响分离出来。
与基本烈度的关系基本烈度地震系数k0.050.10(0.15)0.20(0.30)0.40（另：本人对其结果很是不解，由后文可知，地震影响系数最大值等于的地震系数，而《抗震规范》2010表5.1.4-1除以2.25后应该为基本烈度地震系数kJt-/ J w *购）地震系数 2.25 倍0.0170.0355(0.0533)0.071(0.106)0.142欢迎大家讨论〜）a 八=动力系数，是体系最大绝对加速度的放大系数特点:a.是一种规则化的地震反应谱，且动力系数不受地震动振幅的影响。
b.与地震反应谱具有相同的性质，受到体系阻尼比，以及地震动频谱（场地条件和震中距）的影响。
调整:1、为了消除阻尼比的影响由于大多数实际建筑结构的阻尼比在0.05左右,取确定的阻尼比然后不同建筑物根据公式相应调整。
2、按场地震中距将地震动记录分类，消除地震动频谱对地震动的影响。
3、计算每一类地震动记录动力系数的平均值考虑类别相同的不同地震动记录动力系数的变异性。
经过上述三条措施后，再将计算得到的P （T）平滑化后，可得到抗震设计采用的动力系数谱曲线。
工e说讣来fl的站力•罠丁厂lit动耕盘阀期.蚣墙豪捋叽酿尼《鳖卓《”联】』3.地震影响系数谱曲线吏汇：反应谱的局限性：不能反映地震的持续时间（加速度幅值）不能考虑多点激励的影响（刚性地基）不能反映建筑物质量和刚度分布的不均匀不能反映多个阻尼的情况不能反映场地条件和卓越周期的影响不能反映低周疲劳的影响不能反映结构周期不确定性的影响1,万,1,千地质测量质量要求表（吉林参考）11,万1,5千1,2千1,千1,万草测1,2千草沉1对地层划分到组或阶，如范围大应进一步二分或三分，确定1.在1,万分成的基础上，按岩层、岩性特一般地段的研究程含矿层或地积其时代，测定其厚度及产状点进一步详细划分岩层，研究岩石的物质成度可低于1,万或成矿有利质岩2.对标志层、成矿有利的岩层在图上的宽度大于1毫米者应扩分、结构、构造特征，胶结物性质，结核体与之相似。
反应谱分析原理的简单介绍
反映谱的应用及意义相关:当阻尼比给定时，任一结构对给定地震的最大相对位移反应和最大加速度反应仅由自振频率决定。
改变结构的自振频率，就可以得到不同的Sd和Sa。
给定地震作用下，不同周期对应结构地震反应的最大值。
结构的地震反应仅与结构的阻尼比及自珍频率有关。
反应谱的计算要完成一系列具有不同自振周期的结构反应。
利用抗震规范给出的平均反应谱可以得到一个工程场地结构地震反应的最大值。
（？如何由反应谱计算出反应时程？）5．1．5 建筑结构地震影响系数曲线(图5．1．5)的阻尼调整和：形状参数应符合下列要求：1 除有专门规定外，建筑结构的阻尼比应取0.05，地震影响系数曲线的阻尼调整系数应按1.0采用，形状参数应符合下列规定：1)直线上升段，周期小于0.1s的区段。
2)水平段，自0.1s至特征周期区段，应取最大值(αmax)。
3)曲线下降段，自特征周期至5倍特征周期区段，衰减指数应取0.9。
4)直线下降段，自5倍特征周期至6s区段，下降斜率调整系数应取0.02。
反应谱分析建立在振型分解反应谱理论基础上。
振型分解理论将结构的地震作用响应分解为各振型分量的叠加，即对应每个振型都有一个地震作用，然后通过一定的组合方法（SRSS，CQC，ABS等）叠加各振型结构的地震响应得到最终总的结构地震响应值。
振型分解法的数学和力学的本质：首先是利用功的互等定理（贝蒂定理）得到的振型正交性质，从而将多自由度结构振动偏微分方程组解耦成若干等效单自由度体系的常微分方程组，进而得到结构位移响应的解答。
当然，对于地震作用这样的复杂问题，结构振动的偏微分方程组的精确解是难以得到的，而必须采用数值解法。
常采用的数值解法有Wilson-θ法，New mark-β法等。
这些数值积分方法都有对应的求解程序，结构工程师不需要很精通这些数值求解方法的具体过程，而只需要建立一些概念即可。
这里需要注意一个概念：振型分析反应谱法只适用线弹性体系。
如果考虑结构的弹塑性性质，则这种方法不适用。
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4.2地震作用和地震反应计算
4.2.1隔震房屋为砌体房屋或与砌体房屋结构基本周期相当的房屋，并且满足第4.1.1条的要求时，可采用等效侧力法计算。
4.2.2采用等效侧力法时，隔震房屋的地震作用可按第4.2.3~4.2.9条和第4.2.13条计算。
采用时程分析法时，隔震房屋的地震作用可按第4.2.10~4.2.14条计算。
4.2.3 结构阻尼比为0.05时的地震影响系数α，应根据烈度、场地类别、特征周期分区和结构自振周期按图4.2.3采用，其最大值αmax按第4.2.5条的规定确定。
场地特征周期T g，根据场地类别和特征周期分区按《建筑抗震设计规范》GB50011的有关规定确定。
隔震结构的自振周期T可采用与隔震结构相应的计算模型经计算确定。
图4.2.3 地震影响系数曲线
图中，α—地震影响系数；
max α—地震影响系数最大值；
T —结构自振周期；
T g —场地相关反应谱特征周期，按《建筑抗震设计规范》GB50011确定； γ—曲线下降段的衰减指数
1η—直线下降段的斜率；
2η—阻尼调整系数。
4.2.4结构阻尼比不等于0.05时，水平地震影响系数α曲线仍按图4.2.3确定，其中的形状参数应按下列规定调整：
1 曲线下降段的衰减指数，应按下式确定：
ζ
ζ
γ55.005.09.0+-+
=
（4.2.4-1）
式中 γ—曲线下降段的衰减指数；
ζ—阻尼比，隔震结构可近似取隔震层的有效阻尼比。
2 直线下降段的斜率，应按下式确定：
8
05.002.01ζ
η-+
= （4.2.4-2）
式中 η1—直线下降段的斜率，当η1小于零时应取η1=0。
4.2.5计算隔震房屋地震作用时，应符合下列规定：
1 结构阻尼比为0.05时，房屋结构的水平地震影响系数最大值应按表4.2.5采用。
表4.2.5 水平地震影响系数最大值
max
45.0αmax
2αη0 0.1 T g 5T g 6.0 α
注：地震影响栏中括号内的数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g 和0.30g 的地区，g 为重力加速度。
2 阻尼比不等于0.05时，表4.2.5中的数值应乘以下列阻尼调整系数：
ζζ
η7.106.005.012+-+
= (4.2.5)
式中 η2—阻尼调整系数，当小于0.55时，应取0.55。