《地震动力学分析教程》课件.pptVIP

地震动力学分析教程欢迎来到《地震动力学分析教程》课程。本课程将系统介绍地震动力学的基本原理、分析方法以及工程应用，帮助学生全面掌握结构在地震作用下的动力响应特性。通过本课程的学习，您将了解地震形成机制、地震波传播规律、结构动力学基础理论，以及各种结构在地震作用下的响应分析方法。我们将结合实际工程案例，讲解从基础理论到实际应用的全过程，使学生具备进行地震动力学分析的专业能力。

教材与课程安排主要教材《结构动力学》第四版，作者：王亚勇、陈建兵《地震工程学》，作者：李杰、陈永华教学目标掌握结构动力学基本理论理解地震动特性及其对结构的影响能独立进行结构地震反应分析课程安排理论课：36学时实验课：12学时上机实践：16学时

地震动力学分析在工程中的意义保障结构安全准确评估地震作用下的结构响应，确保建筑物在设计地震作用下不发生倒塌，保障人民生命财产安全优化设计方案通过动力学分析优化结构布置与构件尺寸，实现经济合理的抗震设计提升抗灾能力科学评估各类结构的地震脆弱性，为城市抗震防灾规划提供技术支持我国是世界上地震活动最频繁的国家之一，拥有约占世界陆地面积7%的国土，却承受着全球近33%的大陆浅源强震。历史上唐山地震、汶川地震等造成了巨大的人员伤亡和经济损失。

地震与地震动基础地震表现地表振动与破坏现象地震波传播从震源向四周传播的波动能量释放岩层中能量突然释放断层错动岩层断裂面滑动应力积累板块运动导致应力长期积累地震是由于地壳内部板块相对运动，在断层带附近积累应力，当应力超过岩层承受能力时，断层两侧岩体发生错动，释放巨大能量而引起的地表振动现象。这种振动以地震波的形式向周围传播。

地震波基本特征P波（纵波）传播速度最快的地震波，振动方向与传播方向一致，可在固体、液体和气体中传播。P波到达时，地面呈上下振动，对建筑危害相对较小。速度范围：5-7km/sS波（横波）振动方向与传播方向垂直，只能在固体介质中传播。S波使地面呈水平或侧向振动，对建筑物造成的破坏较大。速度范围：3-4km/s表面波沿地表传播的波，包括瑞利波和勒夫波。振幅大，衰减慢，持续时间长，是远震区破坏的主要原因。速度范围：2-3.5km/s

地震能量释放与传播地震震级描述地震释放能量的大小地震烈度描述特定地点的震感强弱能量传递波动从震源向外传播能量衰减随距离和介质特性减弱地震震级每增加1级，释放的能量约增加32倍。例如，里氏8级地震释放的能量是7级地震的32倍，是6级地震的约1000倍。地震波在传播过程中，能量会随着距离的增加而衰减，衰减规律与传播介质的特性密切相关。

地震动记录与仪器强震动记录仪用于记录较强地震动的加速度计，测量范围通常为±2g，采样频率一般为100~200Hz，能够准确捕捉地震波形特征。现代强震仪多采用MEMS技术，精度高且体积小。地震台网由多个监测站点组成的网络系统，实现对区域地震活动的实时监测。我国已建成全国数字地震台网，包括区域台网、前兆台网和强震观测台网三大系统，为地震动分析提供丰富数据。地震动记录地震记录通常包括三个正交方向的加速度时程。典型的地震记录包含三个阶段：初动段、强震段和尾波段。强震段持续时间与震级和场地条件密切相关，是结构响应分析的关键输入。

地震动统计特性峰值特性峰值加速度(PGA)是表征地震动强度的重要参数，常用于抗震设计。峰值速度(PGV)和峰值位移(PGD)也是评估地震动破坏力的重要指标。这些峰值参数的统计规律遵循对数正态分布。持续时间特性地震动的有效持续时间定义为包含90%地震能量的时间段。持续时间与震级、震源机制、场地条件有关。持续时间越长，对结构累积损伤越显著，特别是对疲劳敏感的结构。频谱特性地震动能量主要集中在0.1-10Hz频段。不同场地条件下，主要频率成分分布不同。软土场地通常富含低频成分，而坚硬场地则包含更多高频成分，这直接影响不同周期结构的响应。

结构动力学基本理论牛顿第二定律力学基础F=ma振动系统建模质量-弹簧-阻尼系统动力学方程描述结构运动规律结构动力学以牛顿力学为基础，研究结构在动力荷载作用下的响应规律。根据自由度数量，动力系统可分为单自由度系统和多自由度系统。自由度是指描述系统运动状态所需的独立坐标数。动力学方程是描述结构运动的基本方程，包含惯性力项、阻尼力项、弹性恢复力项和外力项。对于线性系统，这些力与位移、速度或加速度成正比；对于非线性系统，力与位移等参数的关系则更为复杂。

单自由度系统（SDF）动力学运动方程mü+cu?+ku=p(t)固有频率ω=√(k/m)固有周期T=2π/ω=2π√(m/k)阻尼比ξ=c/(2mω)=c/(2√(km))阻尼自振频率ωd=ω√(1-ξ2)单自由度系统是最基本的动力系统，由一个质量、一个弹簧和一个阻尼器组成。尽管实际工程结