1、工程结构抗震设计工程结构抗震设计第七章第七章 工程结构的隔震与减震工程结构的隔震与减震第一节第一节 结构控制的基本概念结构控制的基本概念一、抗震理论的发展阶段一、抗震理论的发展阶段1 1静力理论，即抗侧力系数法静力理论，即抗侧力系数法刚性结构体系，无法真正实现刚性结构体系，无法真正实现2 2弹性地震反应谱分析方法弹性地震反应谱分析方法设计思想：设计思想：“小震不坏，大震不倒小震不坏，大震不倒”延性结构体系，应用日益受到限制延性结构体系，应用日益受到限制3 3结构控制理论：目前属于初期发展和初步应用阶段结构控制理论：目前属于初期发展和初步应用阶段结构控制主要研究结构工程中控制装置的设计理论、方法
2、及结构控制主要研究结构工程中控制装置的设计理论、方法及其实施。其实施。控制结构是根据给定的控制条件将结构和控制装置作为一个控制结构是根据给定的控制条件将结构和控制装置作为一个整体进行优化设计。整体进行优化设计。结构控制可分四类结构控制可分四类（1 1）被动控制：不需要外部提供能源）被动控制：不需要外部提供能源 上部减震：如调频质量阻尼器、耗能装置等上部减震：如调频质量阻尼器、耗能装置等 基础减震：即基础隔震基础减震：即基础隔震（2 2）主动控制：需要外部提供能源）主动控制：需要外部提供能源（3 3）半主动控制：仅需少量外部能源）半主动控制：仅需少量外部能源（4 4）以上几种控制类型的组合）以上
3、几种控制类型的组合第二节第二节 基础隔震基础隔震一、基础隔震模式一、基础隔震模式竖向支承机构竖向支承机构 水平隔震机构水平隔震机构阻尼机构阻尼机构基础基础地基地基上部结构上部结构隔震层隔震层 基础隔震建筑基本模式基础隔震建筑基本模式基础隔震与传统抗震房屋的反应对比基础隔震与传统抗震房屋的反应对比二、隔震机构及隔震原理二、隔震机构及隔震原理1 1 叠层钢板橡胶支座隔震叠层钢板橡胶支座隔震（1 1）普通叠层钢板橡胶支座）普通叠层钢板橡胶支座（3 3）高阻尼叠层钢板橡胶支座）高阻尼叠层钢板橡胶支座（4 4）堆叠型叠层钢板橡胶支座）堆叠型叠层钢板橡胶支座 （2 2）铅芯叠层钢板橡胶支座）铅芯叠层钢板橡
4、胶支座隔震基本原理隔震基本原理（1 1）延长结构基本自振周期，远离场地卓越周期，）延长结构基本自振周期，远离场地卓越周期，使结构基频处于地震能量高的频段之外，从而有使结构基频处于地震能量高的频段之外，从而有效地降低建筑物的地震反应。效地降低建筑物的地震反应。（2 2）适度增大橡胶支座的阻尼，以更多地吸收传）适度增大橡胶支座的阻尼，以更多地吸收传入结构的地震能量，抑制地震波中长周期成分可入结构的地震能量，抑制地震波中长周期成分可能给建筑物带来的大变形。能给建筑物带来的大变形。2 2滑动支座隔震滑动支座隔震 隔震基本原理：通过隔震层控制传入上部结构的地隔震基本原理：通过隔震层控制传入上部结构的地震
5、力，地震力不超过隔震层摩擦力震力，地震力不超过隔震层摩擦力3 3螺旋弹簧支座隔震螺旋弹簧支座隔震4 4滚动支座隔震滚动支座隔震5 5摆动柱隔震摆动柱隔震第三节第三节 结构消能减震结构消能减震一、消能减震原理一、消能减震原理结构在地震中任意时刻能量方程为结构在地震中任意时刻能量方程为 l传统抗震结构传统抗震结构 Ein=EV+EK+EC+ES l消能减震结构消能减震结构 Ein=EV+EK+EC+ES +ED l式中式中 Ein 地震过程中输入结构体系的能量；地震过程中输入结构体系的能量；lEV 结构体系的动能；结构体系的动能；lEK 结构体系的弹性应变能（势能）；结构体系的弹性应变能（势能）；
6、lEC 结构体系本身的阻尼耗能；结构体系本身的阻尼耗能；lES 结构构件的弹塑性变形消耗的能量；结构构件的弹塑性变形消耗的能量；lED 消能装置或消能元件消耗或吸收的能量。消能装置或消能元件消耗或吸收的能量。（a）地震输入）地震输入 （b）传统结构抗震）传统结构抗震 （c）效能减震结构）效能减震结构结构地震能最转换途径对比结构地震能最转换途径对比二、消能减震机构二、消能减震机构消能减震体系：把结构物的某些非承重构件设计成消能减震体系：把结构物的某些非承重构件设计成消能杆件，或在结构的某些部位装设消能装置。消能杆件，或在结构的某些部位装设消能装置。消能装置按照其构造形式可以做成消能装置按照其构造
7、形式可以做成（1 1）消能支撑：替代一般的结构支撑）消能支撑：替代一般的结构支撑（2 2）消能剪力墙：替代一般的结构剪力墙）消能剪力墙：替代一般的结构剪力墙（3 3）消能节点：在结构梁柱节点处装设消能装置）消能节点：在结构梁柱节点处装设消能装置（4 4）消能联结：在结构的缝隙处或结构构件之间）消能联结：在结构的缝隙处或结构构件之间的联结处设置消能装置的联结处设置消能装置（1 1）消能支撑：替代一般的结构支撑）消能支撑：替代一般的结构支撑（2 2）消能剪力墙：替代一般的结构剪力墙）消能剪力墙：替代一般的结构剪力墙（3 3）消能节点：在结构梁柱节点处装设消能装置）消能节点：在结构梁柱节点处装设消能
8、装置消能装置的功能：当构件或节点发生相对位移或转动消能装置的功能：当构件或节点发生相对位移或转动时，产生较大阻尼，从而发挥消能减震作用。时，产生较大阻尼，从而发挥消能减震作用。消能装置的消能形式消能装置的消能形式（1 1）摩擦消能：摩擦消能支撑，摩擦节点）摩擦消能：摩擦消能支撑，摩擦节点（2 2）钢件（梁、板、棒）非弹性消能装置）钢件（梁、板、棒）非弹性消能装置（3 3）材料塑性变形消能：铅阻尼器）材料塑性变形消能：铅阻尼器（4 4）材料粘弹性消能装置）材料粘弹性消能装置（5 5）液体阻尼消能：液体阻尼缸）液体阻尼消能：液体阻尼缸（6 6）混合式：几种消能形式混合应用。）混合式：几种消能形式混
9、合应用。三、消能减震设计法三、消能减震设计法循环设计法：根据设计目标进行循环多次的设计计算，循环设计法：根据设计目标进行循环多次的设计计算，不断调整消能构件或消能装置的设计和布置，直到不断调整消能构件或消能装置的设计和布置，直到满足设计目标。满足设计目标。第四节第四节 调谐阻尼器减震调谐阻尼器减震一、调谐质量阻尼器一、调谐质量阻尼器(TMD)减震机理减震机理:将结构振动的将结构振动的部分能量吸收到自己身部分能量吸收到自己身上，转化成自身的动能上，转化成自身的动能和阻尼耗能。和阻尼耗能。二、调谐液体阻尼器二、调谐液体阻尼器(TLD、TLCD)减震机理：结构振动时带动阻尼器中的液体晃动，减震机理：
10、结构振动时带动阻尼器中的液体晃动，通过结构与阻尼器之间的相互作用实现减震。通过结构与阻尼器之间的相互作用实现减震。被动调谐阻尼器一般安装在结构顶层。被动调谐阻尼器一般安装在结构顶层。第五节第五节 主动控制主动控制工作流程工作流程第八章第八章 桥梁结构抗震设计桥梁结构抗震设计 第一节第一节 桥梁结构抗震设计的基本知识桥梁结构抗震设计的基本知识 一、梁式桥震害表现及原因一、梁式桥震害表现及原因 1 1上部结构震害上部结构震害(1)(1)由于桥墩倾倒而引起落梁由于桥墩倾倒而引起落梁(2)(2)由于梁柱之间的相对错位而引起的落梁由于梁柱之间的相对错位而引起的落梁(3)(3)由于上部结构横向位移和转动引
11、起落梁由于上部结构横向位移和转动引起落梁 2下部结构震害下部结构震害 桥墩、桥台、支座破坏桥墩、桥台、支座破坏二、抗震设计的基本知识二、抗震设计的基本知识 (一一)公路工程重要性分类公路工程重要性分类 第一档次：高速公路和一级公路上的抗震重点工程；第一档次：高速公路和一级公路上的抗震重点工程；第二档次：高速公路、一级公路的一般工程和二级第二档次：高速公路、一级公路的一般工程和二级公路的抗震重点工程以及二三级公路上桥梁的支座。公路的抗震重点工程以及二三级公路上桥梁的支座。第三档次：二级公路上的一般工程和三级公路上的第三档次：二级公路上的一般工程和三级公路上的抗震重点工程以及四级公路上的梁端支座、
12、梁端连抗震重点工程以及四级公路上的梁端支座、梁端连接、支档措施；接、支档措施；第四档次：三级公路上的一般工程和四级公路上的第四档次：三级公路上的一般工程和四级公路上的抗震重点工程；抗震重点工程；第五档次：四级公路上的一般工程。第五档次：四级公路上的一般工程。(二二)抗震设防标准抗震设防标准 公路工程的设防依据是基本烈度。公路工程的设防依据是基本烈度。1.在基本烈度为在基本烈度为7，8，9度地区的抗震设计，根据我度地区的抗震设计，根据我国交通部标准公路工程抗震设计规范进行；国交通部标准公路工程抗震设计规范进行；2.对于大于对于大于9度的地区，应进行专门研究；度的地区，应进行专门研究；3.基本烈度
13、为基本烈度为6度的地区，除国家特别规定外，可度的地区，除国家特别规定外，可采用简易设防，或不进行抗震验算。采用简易设防，或不进行抗震验算。(三三)抗震设防目标抗震设防目标 按规范要求进行抗震设计的公路工程在发生与之相当的基本按规范要求进行抗震设计的公路工程在发生与之相当的基本烈度地震影响时烈度地震影响时1.位于一般地段的高速公路、一级公路工程，经一般整修即位于一般地段的高速公路、一级公路工程，经一般整修即可正常使用；可正常使用；2.位于一般地段的二级公路及位于软弱粘性土层或液化土层位于一般地段的二级公路及位于软弱粘性土层或液化土层上的高速公路、二级公路工程，经短期抢修即可恢复使用；上的高速公路
14、、二级公路工程，经短期抢修即可恢复使用；3.三四级公路工程和位于地震危险地段、软弱粘性土层或液三四级公路工程和位于地震危险地段、软弱粘性土层或液化土层上的二级公路以及位于抗震危险地段的高速公路、化土层上的二级公路以及位于抗震危险地段的高速公路、一级公路工程，保证桥梁、隧道及重要的构造物不发生严一级公路工程，保证桥梁、隧道及重要的构造物不发生严重破坏。重破坏。(四四)抗震设计基本要求抗震设计基本要求 1选择对抗震有利地段布设线路和选定桥位；选择对抗震有利地段布设线路和选定桥位；2避免或减轻在地震影响下因地基变形或地基失效避免或减轻在地震影响下因地基变形或地基失效对公路工程造成的破坏；对公路工程造
15、成的破坏；3本着减轻震害和便于修复本着减轻震害和便于修复(抢修抢修)的原则，确定合的原则，确定合理的设计方案理的设计方案:(1)尽量减轻结构的自重和降低其重心，以减小结构尽量减轻结构的自重和降低其重心，以减小结构物内力，提高稳定性。物内力，提高稳定性。(2)力求使结构物的质量中心与刚度中心重合，以力求使结构物的质量中心与刚度中心重合，以减小在地震中因扭转引起的附加地震力，减小在地震中因扭转引起的附加地震力，(3)应协调结构物的长度和高度，以减少各部分不应协调结构物的长度和高度，以减少各部分不同性质的振动所造成的危害作用。同性质的振动所造成的危害作用。(4)适当降低结构刚度，使用延性材料提高其变
16、形适当降低结构刚度，使用延性材料提高其变形能力，从而减小地震荷载。能力，从而减小地震荷载。(5)加强地基的调整和处理，以减小地基变形和防加强地基的调整和处理，以减小地基变形和防止地基失效。止地基失效。4加强结构物的整体性。加强结构物的整体性。(四四)抗震设计一般规定抗震设计一般规定 1下列构造物可不进行抗震强度和稳定性验算，但下列构造物可不进行抗震强度和稳定性验算，但应采取抗震措施应采取抗震措施（1）简支梁的上部构造；）简支梁的上部构造；（2）基本烈度低于）基本烈度低于9度，基础位于度，基础位于I、II类场地上的跨类场地上的跨径不大于径不大于30m的单孔板拱拱圈；的单孔板拱拱圈；（3）基本烈度
17、低于）基本烈度低于8度，二、三、四级公路上位于非度，二、三、四级公路上位于非液化土和非软弱粘性土地基上的实体墩台。液化土和非软弱粘性土地基上的实体墩台。2验算桥梁的抗震强度和稳定性时，地震荷载应与验算桥梁的抗震强度和稳定性时，地震荷载应与结构重力、土的重力和水的浮力相组合，其它荷载结构重力、土的重力和水的浮力相组合，其它荷载可不考虑。可不考虑。3计算桥梁地震荷载时，应分别考虑顺桥和横桥两计算桥梁地震荷载时，应分别考虑顺桥和横桥两个方向的水平地震荷载。对于位于基本烈度为个方向的水平地震荷载。对于位于基本烈度为9度度区的大跨径悬臂梁桥，还应考虑上、下两个方向区的大跨径悬臂梁桥，还应考虑上、下两个方
18、向竖向地震荷载和水平地震荷载的不利组合。竖向地震荷载和水平地震荷载的不利组合。4立体交叉的跨线工程，其抗震设计不应低于下线立体交叉的跨线工程，其抗震设计不应低于下线工程的要求。工程的要求。5季节性河流上的桥梁，可不考虑水流影响；常年季节性河流上的桥梁，可不考虑水流影响；常年有水的河流上的桥梁，应按常水位计算水的浮力；有水的河流上的桥梁，应按常水位计算水的浮力；位于常水位水深超过位于常水位水深超过5m的实体桥墩、空心桥墩的的实体桥墩、空心桥墩的抗震设计，应计入地震动水压力。抗震设计，应计入地震动水压力。6梁桥下部结构的抗震设计，应考虑上部结构的地梁桥下部结构的抗震设计，应考虑上部结构的地震荷载。
19、其作用点的位置，顺桥向为支座顶面；震荷载。其作用点的位置，顺桥向为支座顶面；横桥向为上部结构质量重心。横桥向为上部结构质量重心。7位于非岩石地基上的梁桥桥墩抗震设计，应计入位于非岩石地基上的梁桥桥墩抗震设计，应计入地基变形的影响。地基变形的影响。8地震荷载的计算法，一般情况下桥墩应采用反应地震荷载的计算法，一般情况下桥墩应采用反应谱理论计算，桥台采用静力法。对于结构特别复谱理论计算，桥台采用静力法。对于结构特别复杂、桥墩高度超过杂、桥墩高度超过30m的特大桥梁，可采用时程分的特大桥梁，可采用时程分析法。析法。第二节第二节 桥梁结构地震反应分析方法桥梁结构地震反应分析方法 一、静力法一、静力法
20、假设结构为一刚体，把惯性力作为静力作用在结假设结构为一刚体，把惯性力作为静力作用在结构上。计算公式构上。计算公式F=kW 式中式中W为结构总重量或结构中某一部分的重量；为结构总重量或结构中某一部分的重量；k水平地震系数，即地面运动加速度峰值与水平地震系数，即地面运动加速度峰值与重力加速度的比值。重力加速度的比值。二、反应谱法二、反应谱法 把建筑设计反应谱中的地震影响系数把建筑设计反应谱中的地震影响系数 分为两项：分为两项：1.地震系数地震系数K：根据基本烈度确定。：根据基本烈度确定。2.动力放大系数动力放大系数 ：根据场地类别、结构自振周期确定：根据场地类别、结构自振周期确定 (1)当结构自振
21、周期当结构自振周期T=0时，时，=l；(2)当当0 T 0.1s时，时，在在1与与2.25之间按线性规律变化。之间按线性规律变化。(3)当当0.1s T Tg时，时，取最大值取最大值2.25。(4)当当Tg T时，时，分别以不同的指数函数衰减；分别以不同的指数函数衰减；(5)当当T较长时，为了安全，反应谱给出了较长时，为了安全，反应谱给出了 的下限的下限0.3。四条四条 曲线下降到曲线下降到0.3时的周期分别为时的周期分别为1.5s，2.35s，3.8s和和6.5s左右。左右。动力放大系数动力放大系数 治理事故隐患，确保安全生产。22.11.1522.11.15Tuesday,November
22、 15,2022增强质量意识，提高全员素质。14:37:1914:37:1914:3711/15/2022 2:37:19 PM三心二意，扬鞭奋蹄，四面出击，勇争第一。22.11.1514:37:1914:37Nov-2215-Nov-22质量不仅由生产者决定，更应由顾客决定。14:37:1914:37:1914:37Tuesday,November 15,2022首件检验不马虎，制程作业无错误。22.11.1522.11.1514:37:1914:37:19November 15,2022治病要早，除患要细。2022年11月15日下午2时37分22.11.1522.11.15多看一眼安全保险
23、，多防一步少出事故。2022年11月15日星期二下午2时37分19秒14:37:1922.11.15业务规划，重在管理，坚持不懈，永葆佳绩。2022年11月下午2时37分22.11.1514:37November 15,2022遵守百次不如处置一次。2022年11月15日星期二14时37分19秒14:37:1915 November 2022清扫：清除垃圾和脏污，并防止污染的发生。下午2时37分19秒下午2时37分14:37:1922.11.15质量是企业的生命安全是职工的生命。22.11.1522.11.1514:3714:37:1914:37:19Nov-22整理整顿天天做，清扫清洁时时行。2022年11月15日星期二14时37分19秒Tuesday,November 15,2022令顾客愉快，他们才会做好，次次都做对。22.11.152022年11月15日星期二14时37分19秒22.11.15谢谢大家！谢谢大家！
