地震災(zāi)害和洪水、颶風(fēng)等一樣,是一種較為常見(jiàn)的自然災(zāi)害。全世界范圍幾乎每天都會(huì)發(fā)生大大小小很多次地震,雖然它們中的大部分強(qiáng)度低于人類(lèi)的感覺(jué)。
當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生后,震源斷裂產(chǎn)生的能量以波的形式以地殼為傳播介質(zhì)向四周傳播,包括縱波、橫波和面波。對(duì)于震級(jí)較高的地震,地震波甚至可以圍繞地球傳播數(shù)圈,甚至能一定程度上影響到地球的自轉(zhuǎn)周期??v波的波動(dòng)方向與傳播方向一致,是壓縮波,速度最快;橫波的波動(dòng)方向與傳播方向垂直,是剪切波,速度次之;而面波則是沿著地表呈翻滾狀傳播的波,雖然跟在最后,但是對(duì)建筑物的破壞卻。
地殼包括力學(xué)性質(zhì)迥異的各種巖石,此外,還有地表水、地下水、石油等液體,還包括斷層、透鏡體等界面,是復(fù)雜的非均質(zhì)多相介質(zhì),地震波在傳播的過(guò)程中,會(huì)與作為傳播介質(zhì)的地殼發(fā)生反射、折射、衰減等復(fù)雜的作用,振幅和卓越頻率也隨場(chǎng)地的不同而不同。不同彈性模量的介質(zhì)會(huì)有選擇地放大不同頻率的波段,相當(dāng)于一個(gè)帶通濾波器,從而改變地震波的卓越周期。此外,堅(jiān)硬的巖石上,振幅會(huì)較小,而深厚、松軟的土層上,振幅會(huì)較大。
日本位于亞歐板塊和太平洋板塊的交界處,屬于的環(huán)太平洋火山帶,地震和火山活動(dòng)十分頻繁。日本早在19世紀(jì)末期即已開(kāi)始震災(zāi)預(yù)防研究。20世紀(jì)初,日本學(xué)者大森房吉認(rèn)為水平加速度是造成地震破壞的重要因素,并提出近似分析地震動(dòng)影響的靜力計(jì)算法。
靜力法假定整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)是一個(gè)剛體隨地面做剛體平移運(yùn)動(dòng)——即在地震作用下只隨地面運(yùn)動(dòng),其本身相對(duì)地面沒(méi)有變形。根據(jù)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律,則結(jié)構(gòu)各個(gè)部分的地震作用力即為該部分質(zhì)量與地面運(yùn)動(dòng)加速度的乘積。該方法概念清楚,原理簡(jiǎn)單,第一次將力學(xué)理論引進(jìn)到建筑抗震中,具有劃時(shí)代的意義。
但是靜力法對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)為剛性這一假設(shè),對(duì)于高度較低剛性較大的房子,基本符合實(shí)際,但是對(duì)于呈高聳狀的煙囪、水塔等柔性結(jié)構(gòu),則誤差比較大。建筑結(jié)構(gòu)都由材料筑成,所有的材料受力后都會(huì)變形,任何材料其剛度都是有限的。
建筑物根據(jù)其建筑材料的不同和形狀的不同,其質(zhì)量和剛度大小也不同。因此,不同的建筑物具有不同的自震周期。譬如跨度較小的農(nóng)村單層磚房,其自振周期一般在0.1秒左右,大跨度橋梁、摩天大廈的自振周期能達(dá)到3秒以上。顯然相同的地震對(duì)不同頻率的建筑的作用力是不同的。在地震中,如果某建筑的自振頻率恰好十分接近地震波的卓越頻率(能量較大的頻率成分),相對(duì)其他建筑結(jié)構(gòu)將其遭受更大的地震作用力(共振效應(yīng))。
為考慮到建筑自身自振頻率的不同對(duì)地震作用的影響,20世紀(jì)40年代美國(guó)學(xué)者M(jìn).A.Biot首先提出從實(shí)測(cè)記錄中計(jì)算反應(yīng)譜的概念。即將大量實(shí)測(cè)的地面振動(dòng)波分別代入單自由度動(dòng)力反應(yīng)方程,計(jì)算出各自彈性地震反應(yīng)——譬如加速度反應(yīng),從而得出結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)與結(jié)構(gòu)自振周期的關(guān)系曲線(xiàn),再將這些關(guān)系曲線(xiàn)作統(tǒng)計(jì)分析,取一條形狀較為簡(jiǎn)單但是可以基本包絡(luò)這些關(guān)系曲線(xiàn)的曲線(xiàn),稱(chēng)為地震計(jì)算反應(yīng)譜。然后按靜力分析法計(jì)算地震反應(yīng)。所以反應(yīng)譜法仍屬于等效靜力法。但由于反應(yīng)譜理論較真實(shí)地考慮了結(jié)構(gòu)振動(dòng)特點(diǎn),計(jì)算簡(jiǎn)單實(shí)用,因此目前仍是各國(guó)抗震規(guī)范中給出的一種主要抗震分析方法。
當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生后,震源斷裂產(chǎn)生的能量以波的形式以地殼為傳播介質(zhì)向四周傳播,包括縱波、橫波和面波。對(duì)于震級(jí)較高的地震,地震波甚至可以圍繞地球傳播數(shù)圈,甚至能一定程度上影響到地球的自轉(zhuǎn)周期??v波的波動(dòng)方向與傳播方向一致,是壓縮波,速度最快;橫波的波動(dòng)方向與傳播方向垂直,是剪切波,速度次之;而面波則是沿著地表呈翻滾狀傳播的波,雖然跟在最后,但是對(duì)建筑物的破壞卻。
地殼包括力學(xué)性質(zhì)迥異的各種巖石,此外,還有地表水、地下水、石油等液體,還包括斷層、透鏡體等界面,是復(fù)雜的非均質(zhì)多相介質(zhì),地震波在傳播的過(guò)程中,會(huì)與作為傳播介質(zhì)的地殼發(fā)生反射、折射、衰減等復(fù)雜的作用,振幅和卓越頻率也隨場(chǎng)地的不同而不同。不同彈性模量的介質(zhì)會(huì)有選擇地放大不同頻率的波段,相當(dāng)于一個(gè)帶通濾波器,從而改變地震波的卓越周期。此外,堅(jiān)硬的巖石上,振幅會(huì)較小,而深厚、松軟的土層上,振幅會(huì)較大。
日本位于亞歐板塊和太平洋板塊的交界處,屬于的環(huán)太平洋火山帶,地震和火山活動(dòng)十分頻繁。日本早在19世紀(jì)末期即已開(kāi)始震災(zāi)預(yù)防研究。20世紀(jì)初,日本學(xué)者大森房吉認(rèn)為水平加速度是造成地震破壞的重要因素,并提出近似分析地震動(dòng)影響的靜力計(jì)算法。
靜力法假定整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)是一個(gè)剛體隨地面做剛體平移運(yùn)動(dòng)——即在地震作用下只隨地面運(yùn)動(dòng),其本身相對(duì)地面沒(méi)有變形。根據(jù)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律,則結(jié)構(gòu)各個(gè)部分的地震作用力即為該部分質(zhì)量與地面運(yùn)動(dòng)加速度的乘積。該方法概念清楚,原理簡(jiǎn)單,第一次將力學(xué)理論引進(jìn)到建筑抗震中,具有劃時(shí)代的意義。
但是靜力法對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)為剛性這一假設(shè),對(duì)于高度較低剛性較大的房子,基本符合實(shí)際,但是對(duì)于呈高聳狀的煙囪、水塔等柔性結(jié)構(gòu),則誤差比較大。建筑結(jié)構(gòu)都由材料筑成,所有的材料受力后都會(huì)變形,任何材料其剛度都是有限的。
建筑物根據(jù)其建筑材料的不同和形狀的不同,其質(zhì)量和剛度大小也不同。因此,不同的建筑物具有不同的自震周期。譬如跨度較小的農(nóng)村單層磚房,其自振周期一般在0.1秒左右,大跨度橋梁、摩天大廈的自振周期能達(dá)到3秒以上。顯然相同的地震對(duì)不同頻率的建筑的作用力是不同的。在地震中,如果某建筑的自振頻率恰好十分接近地震波的卓越頻率(能量較大的頻率成分),相對(duì)其他建筑結(jié)構(gòu)將其遭受更大的地震作用力(共振效應(yīng))。
為考慮到建筑自身自振頻率的不同對(duì)地震作用的影響,20世紀(jì)40年代美國(guó)學(xué)者M(jìn).A.Biot首先提出從實(shí)測(cè)記錄中計(jì)算反應(yīng)譜的概念。即將大量實(shí)測(cè)的地面振動(dòng)波分別代入單自由度動(dòng)力反應(yīng)方程,計(jì)算出各自彈性地震反應(yīng)——譬如加速度反應(yīng),從而得出結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)與結(jié)構(gòu)自振周期的關(guān)系曲線(xiàn),再將這些關(guān)系曲線(xiàn)作統(tǒng)計(jì)分析,取一條形狀較為簡(jiǎn)單但是可以基本包絡(luò)這些關(guān)系曲線(xiàn)的曲線(xiàn),稱(chēng)為地震計(jì)算反應(yīng)譜。然后按靜力分析法計(jì)算地震反應(yīng)。所以反應(yīng)譜法仍屬于等效靜力法。但由于反應(yīng)譜理論較真實(shí)地考慮了結(jié)構(gòu)振動(dòng)特點(diǎn),計(jì)算簡(jiǎn)單實(shí)用,因此目前仍是各國(guó)抗震規(guī)范中給出的一種主要抗震分析方法。