地震工程导论总结

1、l地震工程学介绍l地震基础知识l结构震害机理l构建破坏力学分析l强地震动l强震观测l结构抗震分析1 1、地震工程学的形成、地震工程学的形成 地震造成人类生命财产损失、破坏环境，同时亦给人类提供了经验教训和知识。为了减轻地震灾害的损失，人类逐步认识地震对工程结构物的作用、增强结构抵御地震作用能力的原理和技术，探讨应对和抵御地震影响的对策。2 2、地震工程学、地震工程学 是研究地震动、工程结构地震反应、抗震减灾理论的科学。3 3、地震工程学在防震减灾工作中的作用、地震工程学在防震减灾工作中的作用 一个工程结构的防震包括选址、设计、施工或加固三个阶段，决策主要涉及两个科学问题：如何判断或定义工程的抗

2、震安全性，如何选择适当的安全性，以得到安全与经济之间的平衡。4 4、地震工程学的特点、地震工程学的特点地震工程学是一个交叉学科。u强震观测、震害经验与试验研究是地震工程学的基础；u地震作用是地震工程学研究的重点；u结构非线性与复杂地震输入是地震工程学研究的热点；u应用概率随机论、控制论是地震工程学的发展方向5 5、地震工程的重点内容、地震工程的重点内容（1）工程地震工程地震研究本质上是为工程抗震服务的强地震动的长期预报、强地震动模拟和强地震动预测是实现工程地震研究目标的基础理论和方法。利用潜在震源区、地震活动性、强地震动特性和地震场地效应等知识进行地震危险性分析，估计某一地点的强地震动及发生概

3、率，选择特定概率的地震动强度和地震动频谱等参数编制地震区划或地震小区划图，最终可得出抗震设计所需的地震动输入。（2）工程抗震工程抗震根据工程地震的研究成果，探索地震作用理论和抗震技术方法，在国家经济政策指导下，兼顾经济与安全，合理规定工程建设的抗震设防目标、抗震设防标准和抗震设计要求，也规定已有工程的抗震鉴定加固要求。工程抗震研究成果最终体现于抗震技术标准并据此实施抗震设计。6 6、地震工程学的特殊性、地震工程学的特殊性 罕遇地震动 强烈 不确定7 7、地震工程学的发展阶段、地震工程学的发展阶段静力学阶段反应谱阶段动力分析阶段8 8、从土木工程角度来看地震工程学、从土木工程角度来看地震工程学是

4、介于地震学与土木工程之间的一门边缘学科，研究土木工程涉及的地震问题，在规化、工程设计、施工和管理中恰当地考虑地震作用、合理处理和正确地采用工程措施减轻地震灾害。是为了解决地震环境与人类工程活动之间矛盾的一门实用性很强的学科1.热带气旋（飓风、台风）2.地震3.洪涝4.雷暴与龙卷风5.雪暴6.火山爆发7.热浪8.雪崩9.滑坡10.潮汐与海啸地震是人类所面临的最严重的自然灾害之一地震是人类所面临的最严重的自然灾害之一u中国地震分布广，成灾比率高1 1、地震定义、地震定义指因地球内部缓慢积累的能量突然释放而引起的地球表层的振动。2 2、地震成因、地震成因现代关于地震成因的解释基于大陆漂移、板块运动和

5、弹性回跳学说。3 3、地震分类、地震分类 天然地震：构造地震、火山地震、塌陷按地震成因分 地震、碰撞地震、诱发地震 人工地震 浅源地震（深度小于60千米）按震源深度分 中源地震（深度为60300千米） 深远地震（深度大于300千米）4、地震波、地震波地震波：地震发生时由震源地方的岩石破裂产生的弹性波。分为体波和面波。（1）体波又分为横波（S波）和纵波（P波）。横波周期长、振幅大、波速慢，约100-800m/s；纵波周期短，振幅小，波速快，约200-1400m/s。（2）面波又分为瑞利波（R波）和乐甫波（Q波）。面波比体波衰减慢、振幅大、周期长、传播远，建筑物破坏主要由面波造成。5、地震三要素、

6、地震三要素u震级：震级：表示一次地震本身强弱程度的大小和尺度。 里氏震级： 式中 A是标准地震仪（周期0.8s，阻尼系数0.8，放大倍数2800倍的地震仪）在距震中100km处记录的以微米为单位的最大水平地动位移（单振幅）。 震级与地震释放能量E之间存在关系： 即震级每差一级，地震释放的能量相差32倍。u震源位置震源位置u发震时间发震时间logMAlg11.81.5EM6 6、地震强度、地震强度表示地震大小通常有两种方法： 利用地震震级表示地震的大小； 根据地震造成的破坏程度（烈度）确定地震的大小。7、地震灾害：、地震灾害：地震灾害具有毁坏性、突发性、多重性、连锁性和广泛性等特点。对人类社会的

7、危害主要有三个方面：造成人员伤亡和经济损失、破坏人类赖以生存的环境、冲击人类社会的正常运行秩序。（1 1）地震造成的直接灾害）地震造成的直接灾害由地震的原生现象如地震断层错动以及地震波引起的强烈地面振动所造成的灾害。主要包括： 地面破坏，如地面裂缝、错动、塌陷、喷砂冒水等； 建筑物与构筑物的破坏，如房屋倒塌。桥梁段落、水坝开裂、铁轨变形等； 山体等自然物的破坏，如崩塌、滑坡等；1964年年3月月27日当地时间下午日当地时间下午5点点36分分, 本世纪的第二号大地震发生在美国的阿本世纪的第二号大地震发生在美国的阿拉斯加拉斯加,地震的矩震级为地震的矩震级为9.2. 阿拉斯加阿拉斯加,人烟稀少人烟稀

8、少, 所以地震造成的人员伤亡和财所以地震造成的人员伤亡和财产损失不大产损失不大. 但这次大地震造成但这次大地震造成520,000平方公里大规模的地面变形平方公里大规模的地面变形, 图中给出图中给出的是地面变形造成的铁轨破坏的是地面变形造成的铁轨破坏.19941994年年1 1月月1717日清晨日清晨4 4点点3131分分, , 落杉矶西北落杉矶西北3535公里的北岭市发生公里的北岭市发生6.76.7级地震级地震(34.9N,118.8E),(34.9N,118.8E),死亡死亡5555人人, ,受伤受伤7,0007,000余人余人, ,直接经济损失直接经济损失180180亿美元亿美元, , 是

9、迄是迄今为止美国历史上今为止美国历史上损失最严重损失最严重的地震的地震.图示为桥梁塌落。图示为桥梁塌落。19951995年日本坂神地震时年日本坂神地震时, ,金属结构的高架桥破坏的照片金属结构的高架桥破坏的照片. .这次地震使得大坂和神这次地震使得大坂和神户的金融、信息和物流中心的功能受到严重影响，这方面的经济损失高达户的金融、信息和物流中心的功能受到严重影响，这方面的经济损失高达20002000亿美元之多亿美元之多. .而这次地震造成而这次地震造成建筑物和设施破坏等工程损失只有建筑物和设施破坏等工程损失只有1000多亿美元多亿美元. 这是地震灾害史上这是地震灾害史上, 地震灾害的软损失地震灾

10、害的软损失(商业中断商业中断, 金融、信息和物流中心的功金融、信息和物流中心的功能受到影响能受到影响) )第一次超过硬损失第一次超过硬损失( (工程工程损失损失).2001年印度古杰拉特邦年印度古杰拉特邦7.7级地震是迄今为止记录到的最大的板内地震之一，级地震是迄今为止记录到的最大的板内地震之一，也是印度历史上伤亡最惨重的地震之一，估计死亡总数达也是印度历史上伤亡最惨重的地震之一，估计死亡总数达20000人。造成的经人。造成的经济损失也使印度经济受到了沉重的打击。济损失也使印度经济受到了沉重的打击。 20032003年年1212月月2626日，当地时间凌晨日，当地时间凌晨5 5时时5656分，

11、伊朗南部城市巴姆发生分，伊朗南部城市巴姆发生6.56.5级地震级地震(29.0N, 58.3E), (29.0N, 58.3E), 地震彻底摧毁了这座历史古城地震彻底摧毁了这座历史古城. . 伊朗内政部长伊朗内政部长2727日站在一片日站在一片瓦砾堆中说瓦砾堆中说: : “这里已没有一栋完好的建筑。这里已没有一栋完好的建筑。” 右图为2008年汶川地震震后的陈家坝镇1999年年9月月21日，台湾，里氏日，台湾，里氏7.3级地震，级地震，2400人死亡。这次地震造成的损失也创下了人死亡。这次地震造成的损失也创下了台湾地区地震损失的新纪录台湾地区地震损失的新纪录. 新竹工业园生产半导体芯片的能力受

12、到地震的严重破坏，新竹工业园生产半导体芯片的能力受到地震的严重破坏，全世界笔记本电脑生产下降全世界笔记本电脑生产下降1/3达半年之久。达半年之久。The Jiji Earthquake, Taiwan，Sep. 21, 1999台湾集集地震引起台湾集集地震引起逆断层逆断层错动，使坝错动，使坝体的一侧升高超过体的一侧升高超过980cm921台湾集集地震造成水利工程破坏台湾集集地震造成水利工程破坏Taiwan Jiji earthquake, ground heaves地震诱发岩崩和土石流地震诱发岩崩和土石流汶川地区多山，多川，山高谷深，地形陡峭，是频繁发生滑坡和泥石流的地区。汶川地区多山，多川，

13、山高谷深，地形陡峭，是频繁发生滑坡和泥石流的地区。汶川地震震动强度巨大，地震诱发作用是普通的降雨根本无法相比的，引起了严汶川地震震动强度巨大，地震诱发作用是普通的降雨根本无法相比的，引起了严重的滑坡和土石流等地质灾害。规模大，数量多，影响严重，均在世界地震灾害重的滑坡和土石流等地质灾害。规模大，数量多，影响严重，均在世界地震灾害史是少见的。史是少见的。王家岩滑坡王家岩滑坡新北川中学滑坡新北川中学滑坡老县城老县城 新县城新县城黄润秋提供黄润秋提供（2 2）地震造成的次生灾害）地震造成的次生灾害直接灾害发生后，破坏了自然或社会原有的平衡稳定状态，从而引发的灾害。主要包括水灾、火灾、有毒有害物质泄漏

14、、疾病流行等。1906年年4月月18日清晨日清晨5点点20分，美国旧金山（分，美国旧金山（38.0N,123.0W）发生）发生8.3级地震，级地震，60,000余人遇难。震时全城起火，社会秩序一度混乱余人遇难。震时全城起火，社会秩序一度混乱,抢劫杀人等恶性事件多有发生。全市进抢劫杀人等恶性事件多有发生。全市进入紧急状态入紧急状态.。近。近10万人逃离城市万人逃离城市,经济损失超过经济损失超过5亿美元亿美元.19231923年年9 9月月1 1日中午日中午, ,日本东京附近发生日本东京附近发生8.98.9级强烈地震级强烈地震, , 被称为关东大地震被称为关东大地震. 50. 50万座建筑物被毁万

15、座建筑物被毁,14.3,14.3万人死亡万人死亡,20,20万人受伤万人受伤, 50, 50万人无家可归万人无家可归. .地震引起了全地震引起了全城大火城大火, , 同时还引起了严重的滑波和泥石流同时还引起了严重的滑波和泥石流. .当地时间当地时间28日，一场里氏震级日，一场里氏震级6.1余震再度撼动余震再度撼动智利智利南部孔斯南部孔斯蒂图西翁等地。余震引发的海啸造成造成的损失严重，当地蒂图西翁等地。余震引发的海啸造成造成的损失严重，当地至少至少150人失踪。人失踪。31结构震害机理泛指地震作用下工程结构破坏的特征、力学机制和原因。震害机理分析对于建立结构地震反应分析模型、改进抗震设计、采取抗

16、震措施、控制施工质量等至关重要，是结构抗震研究的重要内容之一。工程结构破坏的原因涉及强地震动特性、场地效应、结构材料和结构体系的力学特性、结构与地基及其它介质的相互作用等复杂因素，一般应区别地震惯性作用和地基失效两者进行分析。设计不当、建筑材料不合格、施工质量不良、使用保养不善则是引起结构破坏的人为因素。鉴于结构地震破坏的复杂性，人类目前的知识尚不足以对复杂的震害现象一一做出确切解释。伴随新的震害现象的发生和新型结构的采用，震害机理有待进一步总结研究。32 结构地震破坏的宏观现象复杂多样，可从不同角度进行结构破坏的力学分析。从材料破坏特征着眼，有脆性破坏、延性破坏、累积损伤（低周疲劳）和粘结失

17、效等。从结构构件受力状态分析，有剪拉破坏、压剪破坏、弯曲破坏、构件失稳、短柱效应和应力集中等。实际结构破坏可能包括多种力学机制。绵竹土门中学校东南宿舍楼，砖混结构，无混凝圈梁绵竹土门中学校东南宿舍楼，砖混结构，无混凝圈梁和构造柱，和构造柱，19931993年建，破坏严重年建，破坏严重汶川县映秀镇漩口中学教学楼、宿舍楼倒塌汶川县映秀镇漩口中学教学楼、宿舍楼倒塌 对工程结构有显著影响乃至造成结构破坏的地震动称为强地震动。 震害调查和研究表明，强地震动是地震成灾的根本原因之一，也是工程结构地震反应分析的输入。工程地震学或强震地震学基于强震观测资料， 研究强地震动特性和强地震动预测， 是地震工程的重要

18、内容。 1 1、强地震动特性和参数、强地震动特性和参数 地震动时程地震动时程：强震仪记录到的强震记录表现了地震动随时间的变化过程。 地震动时程大致可以分为四种类型：宽频带型、脉冲型、长周期型、有永久变形型。361940年美国帝国谷（Imperial Valley）地震（7.1级）埃森特罗（El Centro）台站记录（Gal=cm/s2） 此记录频带宽、幅值大、获取时间早，长期以来成为地震工程研究和结构抗震分析计算最常用的强震记录，具有经典意义。 2、强地震动三要素、强地震动三要素l地震动强度（峰值）l地震动频谱（反应谱、傅氏谱、功率谱）l地震动持续时间3、地震动强度、地震动强度 表征地震动强度常用的参数是最大峰值或其等效值，如加速度峰值，速度峰值，位移峰值。峰值简单直观，在地震工程研究和抗震设计中广泛使用。4 4、地震动频谱、地震动频谱反应谱：反应谱：计算不同自振周期单自由度弹性体系在基底输入地震动作用下的动力反应，得到反应最大值的绝对值随体系自振周期的变化关系称为反应谱。反应谱与输入地震动的特性和单自由度弹性体系的动力特性有关。反应谱描述了地震动的反应谱描述了地震动的特性特性（但未反映持时和相位特性），也