浅谈地震自然灾害和结构抗震理论

浅谈地震自然灾害和结构抗震理论
【摘要】地震作用给人类生命和物质和精神财富所带来的巨大损失，迫使人们不得不对这一现象予以高度重视。

本文介绍地震发生的原因、基本概念，并对汶川地震从工程角度对地震产生的震害类型和特点进行初步的总结和归纳。

同时对结构抗震理论进行简要评述，就结构地震反应分析及反应谱理论进行了分析。

【关键词】地震灾害基本概念地震分析抗震理论
一、地震成因
地震俗称地动，是一种具有突发性的自然现象。

在建筑抗震设计中，所指的地震是由于地壳构造运动(岩层构造状态的变动)使岩层发生断裂、错动而引起的地面振动，这种地面振动称为构造地震．简称地震。

板块构造学说认为，地球的表面岩层是由六大板块构成，这些板块在缓慢运动，在它们的边界处产生挤压、拉伸和剪切，甚至有些板块呈现插入另一板块之下欲使其翘起的趋势。

大多数地震就发生在这些板块的交界之处。

因此在世界范围形成了环太平洋地震带、欧亚地震带这两大主要地震活动地带。

地球上90％以上的地震属于这种构造地震。

二、地震的震级和烈度
(一)地震的震级
一般采用里氏震级，它是由里克特(C.F.Richter)在1935年首先提出的，即在离震中lOOkm处由Wood-Anderson式标准地震仪(摆的自振周期为0.8s，阻尼系数0.8，放大倍数为2800)所记录到的最大水平位移A(单振幅，单位为10-3m)的常用对数M，M=1gA。

此处M即为里氏震级。

当震中距不是lOOkm时，则需按修正公式进行计算：M=1gA-1gA0，式中：A0为被选为标准的某一特定地震的最大振幅。

地震的震级是衡量一次地震释放能量大小的尺度。

一次地震对地面的影响程度与许多因素有关，除了震级以外，还与震源深度、震中距等因素有关。

当震源深度小于60km时，称为浅源地震；60—300km称为中源地震；大于300km 时称为深源地震。

(二)地震烈度
一次地震只有一个震级，但由于各地区距震中的远近不同、地质情况和建筑物况也不同，故各地区所遗受到的地震影响程度也不同。

因此一次地震对于不同的地区有多个烈度，即地震烈度。

地震烈度是指某一个地区、地面及房屋建筑等工程结构遭受到一次地震影响的强烈程度。

我国根据房屋建筑害指数、地表破坏程度及地面运动加速度指标将地震烈度分为12度。

三、结构基本抗震理论及抗震设计
(一)结构基本抗震理论
1899年日本学者大森房吉首次提出用于结构抗震设计的静力法以来，结构地震反应分析方法经历了从静力法到动力的反应谱法和动力时程分析法这三个阶段的演变过程，在动力阶段中又可分为弹性与非弹性(非线性)两阶段。

根据所考虑的地震动特点，结构地震反应分析方法可以分为确定性方法和随机振动方法。

确定性方法利用地震记录或由其他方法确定的地震波进行结构的地震反应计算，随机振动方法则把地震视为随机过程，把具有统计性质的地震动作用在结构上来求出结构的反应。

到目前为止，国内外的抗震设计规范绝大多数都采用确定性方法。

(二)我国抗震设计的基本要求
我国工程结构抗震设防的标准是根据国民经济的基本状况和结构安全使用的基本要求来确定的。

设防标准过高将大大提高建筑物的造价：设防标准过低将不能保证在地震作用下建筑物和人们生命财产的安全。

因此，我国采用了按建筑物重要性分类和三水准设防、二阶段设计的基本思想，指导抗震设计规范的制定。

建筑物根据其使用功能的重要性分为甲、乙、丙、丁四个抗震设防类别。

(三)我国抗震设防目标
遭遇第一水准烈度(众值烈度)时，结构处于正常使用状态，从结构抗震分析角度，可视为弹性体系，采用弹性反应谱进行弹性分析；遭遇第二水准烈度(基本烈度)时，结构进入非弹性工作阶段，但非弹性变形或结构体系的损坏控制在可修复的范围：遭遇第三水准烈度(罕遇烈度)时,允许结构有较大的非弹性变形，但应控制在规定的范围内，以免倒塌。

以上所述的三水准设防目标即所谓“小震不坏，中震可侈，大震不倒”。

(四)结构地震反应分析
结构的地震反应取决于地震动和结构特性、特别是动力特性。

因此，地震反应分析的水平也是随着人们对这两方面认识的深入而提高的。

前几十年研究中的收获是对地震动的谱成分和结构的非弹性有了深入的认识，近一、二十年更进而认识了地震活动性与地震动不确定性和结构物的不同破坏阶段、因此，在结构地震分析中也随而有了相应的发展，结构地震反应分析的发展可以分为静力、反应谱、动力三个阶段，在动力阶段中可分为弹性与非弹性(或非线性)两种，这里主要以普遍应用的反应谱理论进行结构动力分析。

(五)反应谱理论
地震时会产生动力加速度，在地震动加速度过程记录的基础上，四十年代初Biot(美国)提出了地震反应谱理论的概念，并给出了具体的计算公式。

到五十年
代初，Housner利用美国的强震记录，把Blot的理论付诸实现，作出了可供工程设计采用的反应谱曲线，并在实际工程设计中加以应用。

这个成就具有划时代的性质，标志着地震力理论进入了动力理论的阶段。

我国于1964年制订的《地震区建筑设计规范》(草案)引入了反应谱理论，成为在抗震设计规范中采用反应谱理论较早的国家之一。

反应谱理论就是：结构物可以简化为多自由度体系，多自由度体系的地震反应可以按振型分解为多个单自由度体系反应l的组合，多自由度体系的最太反应可以从反应谱求得。

参考文献：
［1］中华共和国住房和城市建设部.中华人民共和国国家标准建筑抗震设计规范.中国建筑工业出版社，2010年8月
［2］尚守平,周福霖.结构抗震设计.高等教育出版社[M]，2003年1月
［3］徐植信，胡再龙.结构地震反应分析.高等教育出版社，1993年4月
汤欢（1989.10- ），男，汉族，四川德阳人，中南大学土木工程学院土木工程专业本科在读，研究方向：结构工程。