1、l地震工程學介紹l地震基礎知識l結構震害機理l構建破壞力學分析l強地震動l強震觀測l結構抗震分析1 1、地震工程學的形成、地震工程學的形成 地震造成人類生命財產損失、破壞環境，同時亦給人類提供了經驗教訓和知識。為了減輕地震災害的損失，人類逐步認識地震對工程結構物的作用、增強結構抵御地震作用能力的原理和技術，探討應對和抵御地震影響的對策。2 2、地震工程學、地震工程學 是研究地震動、工程結構地震反應、抗震減災理論的科學。3 3、地震工程學在防震減災工作中的作用、地震工程學在防震減災工作中的作用 一個工程結構的防震包括選址、設計、施工或加固三個階段，決策主要涉及兩個科學問題：如何判斷或定義工程的抗

2、震安全性，如何選擇適當的安全性，以得到安全與經濟之間的平衡。4 4、地震工程學的特點、地震工程學的特點地震工程學是一個交叉學科。u強震觀測、震害經驗與試驗研究是地震工程學的基礎；u地震作用是地震工程學研究的重點；u結構非線性與復雜地震輸入是地震工程學研究的熱點；u應用概率隨機論、控制論是地震工程學的發展方向5 5、地震工程的重點內容、地震工程的重點內容（1）工程地震工程地震研究本質上是為工程抗震服務的強地震動的長期預報、強地震動模擬和強地震動預測是實現工程地震研究目標的基礎理論和方法。利用潛在震源區、地震活動性、強地震動特性和地震場地效應等知識進行地震危險性分析，估計某一地點的強地震動及發生概

3、率，選擇特定概率的地震動強度和地震動頻譜等參數編制地震區劃或地震小區劃圖，最終可得出抗震設計所需的地震動輸入。（2）工程抗震工程抗震根據工程地震的研究成果，探索地震作用理論和抗震技術方法，在國家經濟政策指導下，兼顧經濟與安全，合理規定工程建設的抗震設防目標、抗震設防標準和抗震設計要求，也規定已有工程的抗震鑒定加固要求。工程抗震研究成果最終體現于抗震技術標準并據此實施抗震設計。6 6、地震工程學的特殊性、地震工程學的特殊性 罕遇地震動 強烈 不確定7 7、地震工程學的發展階段、地震工程學的發展階段靜力學階段反應譜階段動力分析階段8 8、從土木工程角度來看地震工程學、從土木工程角度來看地震工程學是

4、介于地震學與土木工程之間的一門邊緣學科，研究土木工程涉及的地震問題，在規化、工程設計、施工和管理中恰當地考慮地震作用、合理處理和正確地采用工程措施減輕地震災害。是為了解決地震環境與人類工程活動之間矛盾的一門實用性很強的學科1.熱帶氣旋（颶風、臺風）2.地震3.洪澇4.雷暴與龍卷風5.雪暴6.火山爆發7.熱浪8.雪崩9.滑坡10.潮汐與海嘯地震是人類所面臨的最嚴重的自然災害之一地震是人類所面臨的最嚴重的自然災害之一u中國地震分布廣，成災比率高1 1、地震定義、地震定義指因地球內部緩慢積累的能量突然釋放而引起的地球表層的振動。2 2、地震成因、地震成因現代關于地震成因的解釋基于大陸漂移、板塊運動和

5、彈性回跳學說。3 3、地震分類、地震分類 天然地震：構造地震、火山地震、塌陷按地震成因分 地震、碰撞地震、誘發地震 人工地震 淺源地震（深度小于60千米）按震源深度分 中源地震（深度為60300千米） 深遠地震（深度大于300千米）4、地震波、地震波地震波：地震發生時由震源地方的巖石破裂產生的彈性波。分為體波和面波。（1）體波又分為橫波（S波）和縱波（P波）。橫波周期長、振幅大、波速慢，約100-800m/s；縱波周期短，振幅小，波速快，約200-1400m/s。（2）面波又分為瑞利波（R波）和樂甫波（Q波）。面波比體波衰減慢、振幅大、周期長、傳播遠，建筑物破壞主要由面波造成。5、地震三要素、

6、地震三要素u震級：震級：表示一次地震本身強弱程度的大小和尺度。 里氏震級： 式中 A是標準地震儀（周期0.8s，阻尼系數0.8，放大倍數2800倍的地震儀）在距震中100km處記錄的以微米為單位的最大水平地動位移（單振幅）。 震級與地震釋放能量E之間存在關系： 即震級每差一級，地震釋放的能量相差32倍。u震源位置震源位置u發震時間發震時間logMAlg11.81.5EM6 6、地震強度、地震強度表示地震大小通常有兩種方法： 利用地震震級表示地震的大小； 根據地震造成的破壞程度（烈度）確定地震的大小。7、地震災害：、地震災害：地震災害具有毀壞性、突發性、多重性、連鎖性和廣泛性等特點。對人類社會的

7、危害主要有三個方面：造成人員傷亡和經濟損失、破壞人類賴以生存的環境、沖擊人類社會的正常運行秩序。（1 1）地震造成的直接災害）地震造成的直接災害由地震的原生現象如地震斷層錯動以及地震波引起的強烈地面振動所造成的災害。主要包括： 地面破壞，如地面裂縫、錯動、塌陷、噴砂冒水等； 建筑物與構筑物的破壞，如房屋倒塌。橋梁段落、水壩開裂、鐵軌變形等； 山體等自然物的破壞，如崩塌、滑坡等；1964年年3月月27日當地時間下午日當地時間下午5點點36分分, 本世紀的第二號大地震發生在美國的阿本世紀的第二號大地震發生在美國的阿拉斯加拉斯加,地震的矩震級為地震的矩震級為9.2. 阿拉斯加阿拉斯加,人煙稀少人煙稀

8、少, 所以地震造成的人員傷亡和財所以地震造成的人員傷亡和財產損失不大產損失不大. 但這次大地震造成但這次大地震造成520,000平方公里大規模的地面變形平方公里大規模的地面變形, 圖中給出圖中給出的是地面變形造成的鐵軌破壞的是地面變形造成的鐵軌破壞.19941994年年1 1月月1717日清晨日清晨4 4點點3131分分, , 落杉磯西北落杉磯西北3535公里的北嶺市發生公里的北嶺市發生6.76.7級地震級地震(34.9N,118.8E),(34.9N,118.8E),死亡死亡5555人人, ,受傷受傷7,0007,000余人余人, ,直接經濟損失直接經濟損失180180億美元億美元, , 是

9、迄是迄今為止美國歷史上今為止美國歷史上損失最嚴重損失最嚴重的地震的地震.圖示為橋梁塌落。圖示為橋梁塌落。19951995年日本坂神地震時年日本坂神地震時, ,金屬結構的高架橋破壞的照片金屬結構的高架橋破壞的照片. .這次地震使得大坂和神這次地震使得大坂和神戶的金融、信息和物流中心的功能受到嚴重影響，這方面的經濟損失高達戶的金融、信息和物流中心的功能受到嚴重影響，這方面的經濟損失高達20002000億美元之多億美元之多. .而這次地震造成而這次地震造成建筑物和設施破壞等工程損失只有建筑物和設施破壞等工程損失只有1000多億美元多億美元. 這是地震災害史上這是地震災害史上, 地震災害的軟損失地震災

10、害的軟損失(商業中斷商業中斷, 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響能受到影響) )第一次超過硬損失第一次超過硬損失( (工程工程損失損失).2001年印度古杰拉特邦年印度古杰拉特邦7.7級地震是迄今為止記錄到的最大的板內地震之一，級地震是迄今為止記錄到的最大的板內地震之一，也是印度歷史上傷亡最慘重的地震之一，估計死亡總數達也是印度歷史上傷亡最慘重的地震之一，估計死亡總數達20000人。造成的經人。造成的經濟損失也使印度經濟受到了沉重的打擊。濟損失也使印度經濟受到了沉重的打擊。 20032003年年1212月月2626日，當地時間凌晨日，當地時間凌晨5 5時時5656分，

11、伊朗南部城市巴姆發生分，伊朗南部城市巴姆發生6.56.5級地震級地震(29.0N, 58.3E), (29.0N, 58.3E), 地震徹底摧毀了這座歷史古城地震徹底摧毀了這座歷史古城. . 伊朗內政部長伊朗內政部長2727日站在一片日站在一片瓦礫堆中說瓦礫堆中說: : “這里已沒有一棟完好的建筑。這里已沒有一棟完好的建筑?！?右圖為2008年汶川地震震后的陳家壩鎮1999年年9月月21日，臺灣，里氏日，臺灣，里氏7.3級地震，級地震，2400人死亡。這次地震造成的損失也創下了人死亡。這次地震造成的損失也創下了臺灣地區地震損失的新紀錄臺灣地區地震損失的新紀錄. 新竹工業園生產半導體芯片的能力受

12、到地震的嚴重破壞，新竹工業園生產半導體芯片的能力受到地震的嚴重破壞，全世界筆記本電腦生產下降全世界筆記本電腦生產下降1/3達半年之久。達半年之久。The Jiji Earthquake, Taiwan，Sep. 21, 1999臺灣集集地震引起臺灣集集地震引起逆斷層逆斷層錯動，使壩錯動，使壩體的一側升高超過體的一側升高超過980cm921臺灣集集地震造成水利工程破壞臺灣集集地震造成水利工程破壞Taiwan Jiji earthquake, ground heaves地震誘發巖崩和土石流地震誘發巖崩和土石流汶川地區多山，多川，山高谷深，地形陡峭，是頻繁發生滑坡和泥石流的地區。汶川地區多山，多川，

13、山高谷深，地形陡峭，是頻繁發生滑坡和泥石流的地區。汶川地震震動強度巨大，地震誘發作用是普通的降雨根本無法相比的，引起了嚴汶川地震震動強度巨大，地震誘發作用是普通的降雨根本無法相比的，引起了嚴重的滑坡和土石流等地質災害。規模大，數量多，影響嚴重，均在世界地震災害重的滑坡和土石流等地質災害。規模大，數量多，影響嚴重，均在世界地震災害史是少見的。史是少見的。王家巖滑坡王家巖滑坡新北川中學滑坡新北川中學滑坡老縣城老縣城 新縣城新縣城黃潤秋提供黃潤秋提供（2 2）地震造成的次生災害）地震造成的次生災害直接災害發生后，破壞了自然或社會原有的平衡穩定狀態，從而引發的災害。主要包括水災、火災、有毒有害物質泄漏

14、、疾病流行等。1906年年4月月18日清晨日清晨5點點20分，美國舊金山（分，美國舊金山（38.0N,123.0W）發生）發生8.3級地震，級地震，60,000余人遇難。震時全城起火，社會秩序一度混亂余人遇難。震時全城起火，社會秩序一度混亂,搶劫殺人等惡性事件多有發生。全市進搶劫殺人等惡性事件多有發生。全市進入緊急狀態入緊急狀態.。近。近10萬人逃離城市萬人逃離城市,經濟損失超過經濟損失超過5億美元億美元.19231923年年9 9月月1 1日中午日中午, ,日本東京附近發生日本東京附近發生8.98.9級強烈地震級強烈地震, , 被稱為關東大地震被稱為關東大地震. 50. 50萬座建筑物被毀萬

15、座建筑物被毀,14.3,14.3萬人死亡萬人死亡,20,20萬人受傷萬人受傷, 50, 50萬人無家可歸萬人無家可歸. .地震引起了全地震引起了全城大火城大火, , 同時還引起了嚴重的滑波和泥石流同時還引起了嚴重的滑波和泥石流. .當地時間當地時間28日，一場里氏震級日，一場里氏震級6.1余震再度撼動余震再度撼動智利智利南部孔斯南部孔斯蒂圖西翁等地。余震引發的海嘯造成造成的損失嚴重，當地蒂圖西翁等地。余震引發的海嘯造成造成的損失嚴重，當地至少至少150人失蹤。人失蹤。31結構震害機理泛指地震作用下工程結構破壞的特征、力學機制和原因。震害機理分析對于建立結構地震反應分析模型、改進抗震設計、采取抗

16、震措施、控制施工質量等至關重要，是結構抗震研究的重要內容之一。工程結構破壞的原因涉及強地震動特性、場地效應、結構材料和結構體系的力學特性、結構與地基及其它介質的相互作用等復雜因素，一般應區別地震慣性作用和地基失效兩者進行分析。設計不當、建筑材料不合格、施工質量不良、使用保養不善則是引起結構破壞的人為因素。鑒于結構地震破壞的復雜性，人類目前的知識尚不足以對復雜的震害現象一一做出確切解釋。伴隨新的震害現象的發生和新型結構的采用，震害機理有待進一步總結研究。32 結構地震破壞的宏觀現象復雜多樣，可從不同角度進行結構破壞的力學分析。從材料破壞特征著眼，有脆性破壞、延性破壞、累積損傷（低周疲勞）和粘結失

17、效等。從結構構件受力狀態分析，有剪拉破壞、壓剪破壞、彎曲破壞、構件失穩、短柱效應和應力集中等。實際結構破壞可能包括多種力學機制。綿竹土門中學校東南宿舍樓，磚混結構，無混凝圈梁綿竹土門中學校東南宿舍樓，磚混結構，無混凝圈梁和構造柱，和構造柱，19931993年建，破壞嚴重年建，破壞嚴重汶川縣映秀鎮漩口中學教學樓、宿舍樓倒塌汶川縣映秀鎮漩口中學教學樓、宿舍樓倒塌 對工程結構有顯著影響乃至造成結構破壞的地震動稱為強地震動。 震害調查和研究表明，強地震動是地震成災的根本原因之一，也是工程結構地震反應分析的輸入。工程地震學或強震地震學基于強震觀測資料， 研究強地震動特性和強地震動預測， 是地震工程的重要

18、內容。 1 1、強地震動特性和參數、強地震動特性和參數 地震動時程地震動時程：強震儀記錄到的強震記錄表現了地震動隨時間的變化過程。 地震動時程大致可以分為四種類型：寬頻帶型、脈沖型、長周期型、有永久變形型。361940年美國帝國谷（Imperial Valley）地震（7.1級）埃森特羅（El Centro）臺站記錄（Gal=cm/s2） 此記錄頻帶寬、幅值大、獲取時間早，長期以來成為地震工程研究和結構抗震分析計算最常用的強震記錄，具有經典意義。 2、強地震動三要素、強地震動三要素l地震動強度（峰值）l地震動頻譜（反應譜、傅氏譜、功率譜）l地震動持續時間3、地震動強度、地震動強度 表征地震動強度常用的參數是最大峰值或其等效值，如加速度峰值，速度峰值，位移峰值。峰值簡單直觀，在地震工程研究和抗震設計中廣泛使用。4 4、地震動頻譜、地震動頻譜反應譜：反應譜：計算不同自振周期單自由度彈性體系在基底輸入地震動作用下的動力反應，得到反應最大值的絕對值隨體系自振周期的變化關系稱為反應譜。反應譜與輸入地震動的特性和單自由度彈性體系的動力特性有關。反應譜描述了地震動的反應譜描述了地震動的特性特性（但未反映持時和相位特性），也