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抗震设计

[日期:2015-05-01]    [字体: ]

  抗震设计是对处于地震活动区域、有可能发生震害的工程结构实施的专项结构设计。当代工程结构的抗震设计一般遵照抗震设计技术标准进行;尚无相关技术标准可依或未完全采用现有技术标准的规定、但明确以提高抗震能力为目标的结构设计亦属抗震设计。抗震设计包括新建工程的抗震设计和不满足抗震设防要求的现有工程结构的抗震加固设计。

  抗震设计在着重关注实践经验的同时,需以地震作用理论和工程设计理论为基础。地震作用和地震作用效应的定量计算需利用结构动力学、结构力学、材料力学、弹性力学、塑性力学、土力学、土动力学和计算力学的基础知识。在确定设计地震动参数、进行抗震分析和实施结构抗震验算时,概率论、随机振动理论、结构可靠度理论和能量理论具有广泛的应用价值。结构振动控制理论为开辟抗震设计新途径提供了基础。

抗震设计包括规划、选址、选型、初步设计、计算设计和细部设计等内容,应遵循抗震概念设计的各项原则。抗震设计计算本质上是结构动力分析,区别具体情况可采用拟静力法、振型叠加反应谱法、振型叠加法、逐步积分法、静力弹塑性方法和弹塑性时程分析法计算结构体系的地震作用;再利用结构力学方法计算地震作用效应,进行必要的强度、变形和稳定性验算。抗震设计的重要内容是采取适当的抗震措施。

地震具有罕遇、强烈、复杂和不可准确预知的特性,故抗震设计具有与一般工程结构设计不同的特点和困难。土木工程抗震设计一般允许结构在设计地震动作用下进入非线性变形状态;抗震设计在关注结构体系承载力(强度)的同时,尤其强调延性和非线性耗能能力。地震作用下结构体系的破坏模式十分复杂;小震验算对应的结构承载力极限状态,其可靠度远低于静力荷载作用下的可靠度;大震验算则对应弹塑性变形极限状态,这一状态在一般结构设计中是不允许出现的。地震作用比风、浪和机械振动更为复杂,抗震设计在考虑地震动频谱的同时,也关注与强地震动持续时间有关的低周疲劳效应和脉冲作用效应。结构与地基、流体等构成动力体系,其相互作用分析也是抗震设计中的难点。另外,在结构进入非线性变形阶段后,结构的地震动多维输入反应分析和长大结构的地震动多点输入反应分析也是有待解决的问题。

基于震害和工程经验的总结以及抗震设计理论的发展,当代工程结构抗震设计已经形成了较为系统的科学方法,并体现于各类抗震设计技术标准。然而,鉴于地震动和地震作用效应极其复杂以及新型、重大、复杂工程结构的不断发展,涉及安全性、适用性和经济性的抗震设计尚有不完善之处。有待深入研究的主要问题包括:考虑地震作用和结构体系的不确定性,基于概率理论、随机振动理论和极限状态理论的抗震设计方法和可靠度研究。传统和新型结构材料、结构构件和结构体系的非线性力学特性及数值模拟研究。以实现性态抗震设计为目标的基于位移和能量的设计理论和方法研究,以及基于振动控制理论的抗震控制设计方法的研究等。

 

 

 

 

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