地震工程学shs.

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1、抗震工程学 Aseismic Engineering 孙黄胜 86057590 shs7528 抗震工程学 1 地震工程学概述 2 地震学基础知识 3 工程地震地震作用与灾害 4 结构地震反应分析 5 工程抗震与结构抗震设计 6 几个专题 1 地震工程学概述 1.1 地震灾害简述 1.2 地震工程学的研究内容 1.3 地震工程学的特点 backback 1.1 地震灾害简述 地球与地震并存 地震灾害严重 地震灾害频仍 抗震防灾是有效的 backback 地震灾害严重 L世界地震灾害严重 L世界十大自然灾害（据联合国，1947-1980） 热带气旋（飓风、台风）、地震、洪涝、雷暴与龙卷风 、雪暴

2、、火山爆发、热浪、雪崩、滑坡、潮汐与海啸 L中国是受灾最严重的国家之一 L灾重：地震 L分布广 L成灾比率高 backback 地震灾害频仍 L灾害日趋频繁 L产生自然灾害的直接原因自然现象 L产生自然灾害的结构原因 “社会”本身的弱点 L灾情日趋严重 L城市财富集中 L生命线系统的脆弱 L近年来的五大自然灾害 L火山爆发、地震、风灾、陨石袭击、温室效应 backback 地震动 地震地质背景、强震观测、地震动特性、地震动 模拟、震害分析 工程结构地震反应 理论分析、抗震试验 抗震减灾理论 抗震设计理论、结构振动控制理论、地震危险性 分析、震害预测理论、防灾规划、灾害控制理论 1.2 地震工程

3、学的研究内容 backback InputSystemOutput 1.3 地震工程学的特点 研究基础强震观测、震害经验与试验研究 研究重点地震作用、结构地震反应 研究热点结构非线性与复杂地震动输入 发展方向广泛应用概率论、控制论、规划论 backback 2 地震学基础知识 2.1 地球内部构造 2.2 板块构造运动 2.3 地震成因和类型 2.4 几个有关名词 2.5 地震分布 2.6 地震观测与度量 2.7 地震波动理论 backback 2.1 地球内部构造 内部构造 物理性质 比重、温度、压力、etc backback 2.2 板块构造运动 板块构造运动学说 六大板块 欧亚大陆板块

4、太平洋板块 美洲板块 非洲板块 印澳板块 南极板块 backback 2.3 地震成因和类型 地震成因 宏观背景板块构造运动 局部机制断层说（弹性回跳说、粘滑说） 地震类型 按成因（构造EQ、火山EQ、陷落EQ、诱发EQ） 按发震位置（板边EQ、板内EQ） 按震源深度（浅源EQ、中源EQ、深源EQ） 按地震序列（主震余震型、震群型、单发型） 主震余震型。主震非常突出 ，余震十分丰富；最大地震 所释放的能量占全序列的 90%以上；主震震级和最大 余震相差0.72.4级。 震群型。有两个以上大小相 近的主震，余震十分丰富； 主要能量通过多次震级相近 的地震释放，最大地震所释 放的能量占全序列的90

5、%以 下；主震震级和最大余震相 差0.7级以下。 单发型。有突出的主震， 余震次数少、强度低；主 震所释放的能量占全序列 的99.9%以上；主震震级和 最大余震相差2.4级以上。 backback 2.4 几个有关名词 震源 震中 震源深度 backback 震源距 震中距 2.5 地震分布 世界地震带 环太平洋地震带 欧亚地震带 中国地震环境 地震构造运动背景 10个地震区 中国地震的基本特征 backback 世界地震带 环太平洋地震带 欧亚地震带 2.6 地震观测与度量 backback 地震观测 地震台网、地震仪 地震度量 震级、烈度、地面运动加速度 2.7 地震波动理论 地震波类型

6、体波（运动特点、对结构作用） 纵波（压缩波P波）（7-8km/s） 横波（剪切波S波）（4-5km/s） 面波（3.8km/s） 瑞雷波（R波） 乐夫波（L波） 地震波动理论 backback 3 工程地震（地震作用） 3.1 地震动观测 3.2 震级与烈度 3.3 地震地面运动特性 3.4 地震地面运动模拟 3.5 地震灾害 backback 3.1 地震动观测 地震动观测仪器 强震观测台网 强震观测的现状 强震观测记录的作用 backback 地震动观测仪器 两种仪器两种仪器地震仪与强震仪地震仪与强震仪 仪器使用者 地震 强弱 运转 方式 记录 速度 放大倍 数 记录 量 记录 内容 设置

7、地 点 通频带目的 地震仪 地震工 作者 弱震 连续慢高位移 到时差、 初相 基岩 窄、 低频 震源、介质、 传播规律 强震仪 抗震工 作者 强震 自动 触发 快低加速度全过程 场地、 结构 宽、 高低频 地震动、结构 振动特性 拾震器放大器记录器 二者不同点二者不同点 二者共同点二者共同点 运动方程用拾震器的位移表示地面运动 backback 强震观测台网 地震动衰减台阵地震动衰减台阵 布设方式布设方式：线状布设在发震断层辐射线上 目的目的：地震动衰减规律、地震传播效应 举例举例：美国加州 布设方式布设方式：布设在某区域内（上百公里） 目的目的：巨大地区的地震动资料、场地影响 举例举例：美国

8、阿拉斯加 布设方式布设方式：布设在潜在发震断层附近 目的目的：近场地震动、震源机制 举例举例：美国圣安德列斯断层台阵 backback 布设方式布设方式：布设在建筑物不同高度处 目的目的：结构地震反应 举例举例：北京饭店、天津医院 布设方式布设方式：布设在几十至几百米 目的目的：地震动的空间相关性 举例举例：台湾SMART-1、 SMART-2 布设方式布设方式：布设在地表及地下几十-200米处 目的目的：地震动随深度的变化、土结相互作用 举例举例：日本 区域地震动台阵区域地震动台阵 断层地震动台阵断层地震动台阵 结构地震动台阵结构地震动台阵 地震动差动台阵地震动差动台阵 地下地震动台阵地下地

9、震动台阵 强震观测的现状 始于1932年美国 1933年获得首次记录（美国长滩地震） 60年代以前，以结构为主 60年代以后，加强了地表和近地表地震动的观测 1985年，全世界供布设7000台，日美各3000台 全世界已取得可用记录达上万条 世界最大峰值加速度记录2.3g（加拿大） 中国最大地震动记录0.54g（云南） backback 强震观测记录的作用 是地震工程学赖以发展的数据基础 是研究地震动特性的数据基础 是推动地震作用理论发展的重要因素 几乎每一次关于地震动特性认识的提高和地震作用理论的 变革其根本原因都可归结为对强震观测记录的深入分析 是结构地震反应分析的输入形式 是推动结构抗震

10、理论进入反应谱阶段和向动力阶段 过渡的重要因素 backback 3.2 震级与烈度 震级 烈度烈度 backback 地震震级 含义含义一次地震释放能量大小的度量。 多种震级定义多种震级定义 存在问题及未来方向存在问题及未来方向 backback 地震烈度 定义定义 评价指标评价指标 地震烈度表地震烈度表 性质性质 理解分歧理解分歧 影响因素及规律影响因素及规律 关于取消烈度关于取消烈度 backback 地震对地表及工程结构影响 的强弱程度 人的感觉 物体反应 结构破坏 自然现象 多指标的综合性 分等级的宏观性 以后果表示原因的间接性侧重点差异 地震学：地震破坏后果 抗震：地震作用强弱 烈

11、度与地震动参数关系 烈度影响因素及规律烈度影响因素及规律 烈度影响因素 震源M 传播途径与震中距R 场地条件S 其它 烈度衰减规律 震级与震中烈度的衰减关系 I0=f(M,h) ex. M=0.58I0+1.5 烈度衰减关系 I=f(I0,R,S) 圆形等震线 椭圆形等震线 backback 震源位错引起的地基变形 震源体释放的振动能量 破裂传播方向多普勒效应 地质构造的不均匀性 传播距离的远近 方位 场地土基岩低，软土高 断层发震高，非发震？ 局部地形鞭梢效应 关于取消烈度关于取消烈度 争论与原因 烈度具有多指标的综合性，与单一地震动参数本身就不 具有良好对应关系 依照烈度进行抗震设计，在反

12、应谱理论中容易引起概念 上的混淆 烈度是分等级的，地震作用成倍数关系 烈度具有以后果表示原因的间接性，是“危害性”而非“危 险性”，抗震设防则恰恰以后者为依据 backback 烈度作为地震破坏程度的一个度量是合适的烈度作为地震破坏程度的一个度量是合适的 ，但却不适宜于衡量地震作用。，但却不适宜于衡量地震作用。 我国的做法 取消烈度作为抗震设防依据，采用地震分区作为抗震设防 依据，设计时直接采用地震动参数 3.3 3.3 地震地面运动特性地震地面运动特性 backback 幅值特性 频谱特性 持时特性 空间相关性 幅值特性 backback 幅值某种物理量（如加速度、速度、位移中的任何一种 ）

13、的最大值或某种意义下的等代值 多种定义 峰值 有效峰值 持续加速度 等反应谱有效加速度 概率有效峰值 静力等效加速度 简要评价 等效简谐振幅 平均振幅 Arias强度 均方根加速度 谱强度 多种幅值定义 backback 频谱特性 三种谱表述方法 简要评价 backback 三种谱表述方法 傅立叶谱 功率谱 反应谱 backback 傅立叶谱 傅立叶变换 backback 反应谱 单自由度弹性体系的地震反应 反应谱的定义 反应谱的性质 反应谱的种类 反应谱的影响因素及规律 backback 单自由度弹性体系的地震反应 单自由度弹性体系 运动微分方程 受力分析 恢复力虎克定律 阻尼力瑞雷阻尼 惯

14、性力牛顿第二定律 方程建立达朗贝尔原理 运动微分方程的解答 backback 运动微分方程的解答 通解（自由振动） backback 特解（强迫振动，Duhamel积分） 输入过程的离散化 backback dT T 最大反应及简化 -相对位移反应谱 -拟速度反应谱 -拟加速度反应谱 反应谱的定义 单自由度弹性体系在给定地震作用下某种反应 量的最大值与体系自振周期之间的关系曲线 backback Sa(e, T1) Sv(e, T1) Sd(e, T1) xg(t) Duhamel 积分 s(t)= f(xg, e, T1) Max e T1 e Ti Sa(e, Ti) Sv(e, Ti) Sd(e, Ti) Duhamel 积分 s(t)= f(xg, e, Ti) Max T Sy T1Ti Response spectra of Taft wave 反应谱的性质 结构反应特点 低频（长周期）系统（=10Hz ） SaPGA 反应谱性质 反应谱由中频段的放大区和两 端的极限区三部分构成 伪谱的性质 Sa=wSv=w2Sd backback T 高频中频低频 动力放大系数 Ba=Sa/PGA Bv