地震工程学原理
地震工程学讲义
第一章 绪论§1、1 地震与地震动地震是一种自然现象，每年平均发生500万次左右的地震，绝大多数很小，不可以用灵敏仪器测量的约占99%；可以感觉到地为1%，其中，5级以上的强烈地震约1000次左右，能造成严重破坏的大地震（>7%），平均每年大约发生18次。
地震给人类带来灾难，给人类社会造成不同程度的伤亡事故及经济损失。
如在20世纪，前80年（1900—1980）全球因地震造成的死亡人数高达105万人，平均每年死亡1.3万人。
1990年伊朗鲁德巴尔地震造成5万多人丧生。
1995年日本阪神地震紧急损失高达960亿美元就是例证。
为了抗御与减轻地震灾害，有必要进行建筑工程结构的抗震分析与抗震设计。
1、1、1地震类型与成因对于构造地震，可以从宏观背景和局部机制两个层次上揭示其具体成因。
宏观背景：地球的构造：R=6371Km 约 6400Km 包括：地壳、地幔与地核。
地壳有各种不均匀的岩石组成，出地面的沉积层外，陆地下面的地壳主要为：上不是花岗岩层，下部为玄武岩层；海洋下面的地壳一般只有玄武岩层，革除厚薄不一。
世界上大部分地震都发生在这一薄薄的地壳内。
地幔主要有质地坚硬的橄榄眼组成，它具有粘弹性，由于地球内部放射性物质不断释放能量，从地下20Km~700Km ，地球内部温度有大约600℃~2000℃，在这一范围内的地幔中存在着厚约几百公里的软流层，物质对流，地球内部的压力也不均衡，900Mpa~370000Mpa ，地幔内部物质在热状态和不均衡压力作用下缓慢的运动着，即可能为地壳运动的根源。
地核是地球的核心部分，分为外核（厚2100Km ）和内核，其主要构成物质是镍和铁。
据推测，外和可能处于液态而内核可能是固态。
通常认为，地球最外层是有一些巨大的板块组成，（六大板块和若干小板块），六大板块即欧亚板块、美洲板块、非洲板块、太平洋板块、澳洲板块和南极板块。
板块向下延伸的深度大约为70~100Km ，由于地幔物质的对流，板块也相互运动，板块的构造运动，是构成地震产生的根本原因。
土木工程中的地震工程学
土木工程中的地震工程学一、前言地震是一种自然灾害，它的威力极大，能够给人类社会造成巨大的破坏和损失。
在土木工程领域中，地震工程学是一个非常重要的分支，该分支研究的是如何在地震发生时，设计出适合的建筑结构和基础设施，以减少地震对人类造成的伤害和损失。
本文将从地震的基础知识入手，深入介绍土木工程中的地震工程学。
二、地震基础知识地震是由于地球内部岩石的运动引起的，而岩石的运动是由于地球内部的能量释放导致的。
地球内部能量的释放主要有两种形式，一种是地震，另一种是火山喷发。
地震是地球的一种周期性现象，周期通常为数十年到数百年。
地震的强度是根据震级来确定的，通常使用里氏震级或地震烈度等指标来衡量。
地震烈度是根据地面震动的强度和建筑物的震感程度来确定的。
三、土木工程中的地震设计土木工程中的地震设计主要是为了保证建筑物在地震发生时能够保持稳定。
地震设计的基础是地震波的特性和建筑物的结构。
地震波是指由地震引起的地面震动，它的主要特征是频率和振幅。
建筑物的结构是指建筑物内部的构造和布局，其主要特征是设置支撑和抗震设施。
在地震设计中，需要进行地震波分析、建筑物模拟和地震校核等过程。
地震波分析是指通过地震波传播的模拟，研究地震波对建筑物产生的影响。
建筑物模拟是指通过计算机模拟建筑物结构的抗震性能，以评估其耐震能力。
地震校核是指对建筑物进行抗震设施的设计和施工，以满足地震设计要求。
四、地震设计的挑战地震设计面临着很多挑战，主要包括如下几个方面：1.地震波的复杂性：地震波的特性复杂多变，很难预测和控制。
因此，地震设计需要考虑不同场地和地震波特性，以设计出不同的抗震措施和建筑结构。
2.基础设施的复杂性：土木工程中的基础设施通常是由各种不同的材料和结构组成，这些结构之间存在很多耦合和相互作用。
这也增加了地震设计的复杂性。
3.造价的提高：地震设计需要使用高新技术以及大量的材料和设备，这导致地震设计的造价很高。
因此，如何在使用现代农村建设技术的前提下，降低地震建筑的造价和维护成本，成为了亟待解决的问题。
《地震工程》课件
地震的分类：构造地震、火山地震、塌陷地震、人工地震等
地震的震级：根据地震释放的能量大小进行划分，如里氏震级、矩震级等
地震的烈度：根据地震对地面和建筑物的影响程度进行划分，如麦加利地震烈度、欧洲地震烈度 等
地震波的传播和影响
地震波类型：纵波、横波、面波
进行结构动力分析
结构抗震性能评估
地震工程结构分析的目的：评 估结构的抗震性能
结构抗震性能评估的方法：采 用地震模拟、结构分析等方法
结构抗震性能评估的内容：包 括结构强度、刚度、稳定性等
结构抗震性能评估的应用：用 于设计、施工、维护等阶段， 确保结构的抗震性能达到要求
结构减震和隔震技术
减震技术：通过改变结构本身的特性，如增加阻尼、改变刚度等，来减小地震对结构的影 响。
地震工程案例分析
历史大地震的影响和教训
1976年唐山大地震：造成 ห้องสมุดไป่ตู้4万人死亡，经济损失巨大
1923年关东大地震：造成 14万人死亡，经济损失巨大
1906年旧金山大地震：造成 30万人无家可归，经济损失 巨大
2008年汶川大地震：造成8 万人死亡，经济损失巨大
2011年日本大地震：造成 1.5万人死亡，经济损失巨大
隔震技术：通过在结构与基础之间设置隔震层，如橡胶垫、铅芯橡胶垫等，来减小地震对 结构的影响。
减震技术的优点：可以减小地震对结构的影响，提高结构的抗震性能。
隔震技术的优点：可以减小地震对结构的影响，提高结构的抗震性能，同时可以减小地震 对室内人员的影响。
结构健康监测和加固
结构健康监测：通过监测设备实时监测结构健康状况，及时发现问题 加固方法：采用加固材料和加固技术，提高结构抗震能力 加固效果评估：通过模拟地震试验，评估加固效果 加固实例：介绍实际工程中的加固案例，展示加固效果
地震波速度模型及其应用
地震波速度模型及其应用地震波速度模型是地震学中的一个重要研究领域，它对于我们理解地震波的传播规律、预测地震危险性以及构建地震工程设计等方面具有重大意义。
本文将介绍地震波速度模型的基本原理，以及其在地震学研究和地震工程方面的应用。
一、地震波速度模型的基本原理地震波是地震事件中传播的一种波动现象，其速度与介质的物理性质密切相关。
地震波速度模型是指对地下介质中地震波传播速度进行建模和研究的过程。
通常地震波速度模型可以分为纵波速度模型和横波速度模型两个方面。
纵波速度模型（Vp）是指地震波在地下介质中的纵向传播速度。
纵波速度受到介质的密度、岩石类型、孔隙度、饱和度等多种因素的影响。
科学家通过采集地震数据并进行分析，可以获得不同深度下地下介质的纵波速度分布情况。
纵波速度模型的建立可以帮助我们了解地下介质的物理性质，预测地震活动的强度和传播方式等。
横波速度模型（Vs）是指地震波在地下介质中的横向传播速度。
横波速度也受到介质的物理性质的影响，但相对于纵波速度更加敏感于介质的密度和岩石类型。
横波速度模型的建立可以帮助我们确定地下介质的失稳性，提供地震工程设计中的重要参数。
二、地震波速度模型的应用1. 地震学研究领域地震波速度模型在地震学研究中起到了重要的作用。
通过建立地下介质的速度模型，科学家可以对地震波的传播路径进行模拟和预测。
这对于理解地震波传播的规律、地震活动的危险性评估以及地震预警系统的建立具有重要意义。
地震波速度模型也可以用于确定地震震源机制，研究地震的发生机制和地震活动的时空演化规律。
2. 地震工程设计地震波速度模型在地震工程设计中扮演着至关重要的角色。
结合地下介质的速度模型，工程师可以预测地震波在地表产生的破坏规模和传播方向，从而确保建筑物和工程结构在地震中的安全性。
地震波速度模型还可以帮助工程师确定合适的地震动输入，为地震安全设计提供依据。
3. 地震监测和勘探地震波速度模型也在地震监测和勘探中起到了重要作用。
土壤动力学和地震工程
土壤动力学和地震工程土壤动力学和地震工程是研究土壤在地震作用下的动力学响应以及应对地震灾害的工程学科。
土壤动力学研究土壤在地震波作用下的应力、应变和变形等动力响应规律，为地震灾害防治提供理论依据；而地震工程则以土壤动力学为基础，研究地震对工程结构的影响及其防护措施。
土壤是地壳的组成部分之一，承载着地上建筑物和工程设施的重量，因此土壤的动力学性质对地震灾害的发生和扩大具有重要影响。
在地震波传播过程中，波动通过土壤介质引起土壤的震动，土壤的应力和应变随之产生变化。
土壤动力学研究的核心问题就是如何描述土壤在地震波作用下的变形和破坏行为。
土壤动力学研究中的一个重要问题是地震波传播过程中的波动特性。
地震波可以分为P波、S波和表面波等不同类型，它们在土壤中传播的速度和振动特征各不相同。
通过观测和分析地震波的传播特性，可以对地震波的传播路径和传播速度进行预测，为地震工程的设计提供依据。
土壤动力学研究的另一个重要问题是土壤的动力响应特性。
土壤在地震波作用下会发生应力和应变的变化，这些变化会引起土壤的变形和破坏。
土壤的动力响应特性通过试验和数值模拟等手段进行研究，包括土壤的动力特性、振动特性和稳定性等方面。
研究土壤的动力响应特性可以为地震工程的设计和抗震设防提供依据，减少地震灾害对土壤和工程结构的破坏。
地震工程是以土壤动力学为基础的工程学科，研究地震对工程结构的影响以及相应的防护措施。
地震对工程结构的影响主要包括地震力的作用和地震波的传播。
地震力是指地震波对建筑物和工程设施产生的作用力，它可以通过地震动力学分析来计算和评估。
地震波的传播是指地震波从震源传播到建筑物和工程设施的过程，它可以通过地震波传播路径和传播速度来研究。
在地震工程中，为了减少地震灾害对工程结构的破坏，需要采取一系列的防护措施。
这些措施包括抗震设计、抗震加固和抗震监测等。
抗震设计是指根据土壤动力学研究的结果，对工程结构进行合理的设计，使其在地震作用下具有一定的抗震能力。
地震工程学地震动特性
8
3.3 地震动特性 3.3.2 地震动频谱特性
• 地基状况相同，震级与震中距不同
• 震级越大，地震动记 录中长周期（低频） 分量越显著；
• 震中距越远，地震动 记录中的长周期（低 频）分量越显著；
9
3.3 地震动特性 3.3.2 地震动频谱特性
F
m
xg
x max
✓ 意义：数学上 当 x xm时ax
Fourier变换： F( )
xg(t)e i tdt
F( )
T
0 xg(
)e i
d
T
0 xg( )cos d
T
i 0 xg( )sin d
F( )
T
2
0 xg( )cos d
T
2
0 xg( )sin d
无阻尼的相对速度反应谱： Sv( )
t
0 xg ( ) cos[ (t
T
2
0 xg( )cos d
傅里 叶变 换对 复数 表达
x(t)
C ei(2 kt/T ) k
k
k
1 T
df ,Tk
f
x(t)
TCk ei2 (k/T )t
1 T
F f ei2 ftdf
1
2
F w ei tdw
连续傅里 叶变换对
F f TCk
x t e i(2 ft)dt
x t e i tdt
傅里叶谱
Ff
TCk
T 2
Ak2
Bk2
✓ 初始条件： x(0) 0 x(0) 0
✓ 运动方程的解： 令 D 1 2
地震工程中的土体动力学分析
地震工程中的土体动力学分析地震工程是研究地震对土壤和工程结构产生的影响，并采取相应的措施来减轻地震对工程的破坏的一门学科。
土体动力学分析是地震工程研究中的重要内容之一，它主要研究地震作用下土体的动力响应，包括地震波的传播、土体的动力参数确定、土体的动力响应分析等。
一、地震波的特征及传播地震波是地震能量在地球中传播的结果。
根据地震波的传播介质不同，可以将地震波分为纵波、横波和表面波。
纵波是沿介质传播的压缩波，横波是垂直于传播方向的剪切波，而表面波则是分布在介质表面的波动。
地震波在地层中的传播会产生一系列的运动效应，如反射、折射、衍射等。
地震波传播的特征对土体的动力响应有着重要影响，因此准确地估计地震波在土体中的传播特性是土体动力学分析的重要前提。
二、土体动力参数的确定土体的动力参数是指描述土体对地震波作用下的响应特性的一组参数，包括波速、阻尼比、刚度等。
准确地确定土体的动力参数对于地震工程设计具有重要意义。
波速是土体动力学分析的重要参数之一。
一般来说，地震波传播速度和土壤的物理性质有关，土壤的密度、孔隙比、饱和度等都会对波速产生影响。
在土体动力学分析中，通常使用地震波传播速度来描述土体对地震波的传播情况。
阻尼比是描述土体对振动能量耗散的指标。
在地震波作用下，土体的阻尼会影响振动的持续时间和振幅的衰减程度。
因此，准确地确定土体的阻尼比对于地震工程设计具有重要的意义。
刚度是土体对应力或应变的响应特性。
在地震波的作用下，土体的刚度会发生变化，不同振动频率下的刚度值也会不同。
在土体动力学分析中，需要准确地确定土体在不同频率下的刚度曲线，以评估土体对地震波的动态响应。
三、土体动力响应分析土体动力响应分析是地震工程中的核心内容之一。
它主要研究地震波作用下土体的振动响应，以评估工程结构在地震作用下的稳定性和安全性。
土体动力响应分析通常可采用数值模拟方法进行，如有限元法、边界元法等。
在进行数值模拟之前，需要准确地确定土体的动力参数，并根据实际情况设定合理的地震波输入条件。
地震工程学复习资料
地震工程学：地震工程学是研究地震动、工程结构地震反应和抗震减灾理论的科学。
从学科上看，地震工程学跨越地震学、工程学与社会学三个学科，且以前两者为主，它具体包括工程地震与结构抗震两个分支。
地震学与地震工程学前者需要从后者去实现其最终目的；后者需要以前者的研究结果为基础；相互衔接的地方，两者都要去研究，很难区分应该属于哪一个学科；两者各有自己的目的，重点各不相同。
二、地震工程学的基本内容地震工程学科的任务：根据地震预报现有的结果，在国家经济政策的指导下，经济、安全而又合理地制定新建工程的抗震设防技术措施、对已有工程制定鉴定标准和加固措施。
根据专业性质和工作阶段，地震工程学的研究可分为几个部分：（1）地震危险性分析与地震区划根据地震长期预报的结果（未来地震的时间、地点、强度、概率）对选用的地震动设计参数，估计其大小与发生概率，即地震危险性；再根据危险性大小，作出以这些参数为指标的地震动区划。
如我国现有的地震烈度区划图。
这一工作把地震工作者的预报结果，转化为工程抗震所需参数的预报地震烈度区划是根据国家抗震设防需要和当前的科学技术水平，按照长时期内各地可能遭受的地震危险程度对国土进行划分，以图件的形式展示地区间潜在地震危险性的差异。
（2）抗震规范与抗震设计对新建工程，规定法定抗震原则和具体措施，在抗震设计中必须遵守。
这些原则和措施是根据宏观震害总结出来的抗震经验，从强震观测、结构试验与动力分析所了解的结构抗震原理，以及工程设计者的工程经验这三方面综合起来的技术成果，在国家经济政策指导下，制定的综合准则。
（3）抗震鉴定加固对已有工程，针对当地未来可能遭遇的地震危险，估计已有工程的危害性，提出加固的原则和可行的技术措施。
（4）抗震救灾一项是在已发生强地震的现场，为了减轻可能的进一步的危害而应采取的措施；另一项是对短临强地震预报区进行的防灾准备。
工程地震：研究的问题是中、长期地震预报中的潜在震源区划分、潜在震源区地震活动性规律、地震动工程参数的选择，以及这些参数的估计等。
土石坝地震工程学
土石坝地震工程学土石坝地震工程学一、地震基本原理地震是由于地球内部的地壳运动引发的自然灾害，具有突发性和不可预测性。
地震波在地壳中传播，由于不同的介质和地质构造，会导致地震波的能量在不同地方集中或消散，从而产生破坏性的影响。
了解地震波的运动规律和地壳结构的特征，是进行地震工程学研究的基础。
二、土石坝震损机制土石坝是由土和石料堆积而成的挡水建筑物，在地震作用下，可能会产生裂缝、滑坡、液化等现象，导致土石坝的结构破坏和失稳。
深入理解土石坝的震损机制，包括地震对坝体材料的动力特性的影响，地震波在坝体中的传播规律等，是进行土石坝抗震设计和加固的重要依据。
三、土石坝抗震设计抗震设计是确保土石坝在地震作用下能够保持稳定的关键环节。
设计时应充分考虑地震的随机性和不确定性，采用基于概率的抗震设计方法，制定合理的设计标准。
同时，要考虑到施工条件和材料的性能，以及地震发生时可能产生的各种工况，确保设计既安全又经济。
四、土石坝抗震加固对于已经建成的土石坝，如果存在抗震性能不足的问题，需要进行抗震加固。
加固措施包括改善坝体材料的抗震性能、提高坝体的整体稳定性、防止裂缝的产生和扩展等。
在选择加固措施时，应充分考虑地震可能产生的最不利工况，并确保加固后的土石坝能够满足抗震设计的要求。
五、土石坝地震反应分析地震反应分析是研究土石坝在地震作用下的动态响应和稳定性的重要手段。
通过建立土石坝的动力学模型，进行数值模拟和分析，可以预测土石坝在地震作用下的变形和应力分布情况，为抗震设计和加固提供科学依据。
六、土石坝地震监测与预警建立有效的地震监测系统，可以对地震进行实时监测和预警，为抢险救灾提供宝贵的时间。
同时，通过对地震监测数据的分析，可以深入了解地震对土石坝的影响规律，为今后的抗震设计和加固提供经验和参考。
七、土石坝震后修复与重建地震过后，如果土石坝出现损坏或失稳，需要及时进行修复和重建。
在修复和重建过程中，应充分考虑剩余抗震能力和未来可能面临的地震风险，制定合理的修复和重建方案。
《地震工程学》课件
05
案例分析与实践
国内外典型地震案例分析
国内典型地震案例
选取近年来国内发生的典型地震事件，如汶川地震、玉树地震等，分析其地震参数、震害特点及影响范围。
国外典型地震案例
选取国际上有代表性的地震事件，如日本阪神地震、美国洛杉矶地震等，对比分析其地震参数、震害特点及抗震 措施。
地震工程实践与经验总结
03
地震工程学的应用与实践
地震工程学在建筑结构中的应用
建筑结构的抗震设计
地震工程学为建筑结构的抗震设计提供了理论依据和实践方法，通过合理的结构 设计和加固措施，提高建筑结构的抗震性能，减少地震对建筑的破坏。
新型抗震材料的研发
地震工程学的发展推动了新型抗震材料的研发和应用，如高性能混凝土、阻尼器 等，这些材料和设备的性能和效果在地震工程学研究中得到充分验证，为建筑结 构的抗震提供了有力支持。
抗震设计实践
介绍国内外在建筑、桥梁 、道路等工程领域的抗震 设计实践，总结抗震设计 的基本原则和方法。
抗震加固实践
介绍对既有建筑进行抗震 加固的工程实例，分析抗 震加固的有效性和适用性 。
应急救援实践
总结地震发生后的应急救 援经验，介绍救援队伍的 组织、救援装备和救援技 术等方面的实践经验。
案例分析与实践的启示与思考
启示
通过国内外典型地震案例的分析，总结地震工程实践的经验教训，为今后的抗震设计和 抗震加固提供参考。
思考
深入探讨如何提高建筑结构的抗震性能，加强地震预警和应急救援能力，以减少地震造 成的人员伤亡和财产损失。
感谢观看
THANKS
展
当前地震工程学面临的主要挑战
01
02
03
地震预测的难度
地震活动具有极大的不确 定性和复杂性，准确预测 地震发生的时间、地点和 强度仍是一个科学难题。
《地震工程学》课件
案例二：中国汶川地震
案例四：印度尼西亚苏 门答腊地震
案例六：土耳其伊斯坦 布尔地震
案例八：意大利拉奎拉 地震
案例十：俄罗斯堪察加 半岛地震
案例一：日本阪神地震
案例三：美国旧金山地 震
案例五：智利瓦尔帕莱 索地震
案例七：墨西哥城地震
案例九：新西兰基督城 地震
经验教训：地震工程实践中常见的问题和挑战 改进措施：针对这些问题和挑战的解决方案和改进措施 案例分析：具体案例分析，包括问题描述、解决方案和改进措施 实践经验：总结实践经验，提出建议和指导
应用领域：广泛应用于建筑、桥梁、道路、水利、电力、通信等基础设施建设领域。
研究内容：地震工程学主要研究地震对建筑物、桥梁、隧道等基础设施的影响，以及如何设计和建造抗震结构。 研究方法：地震工程学采用实验、数值模拟、现场观测等多种方法，对地震作用下的结构行为进行研究。 实验方法：通过模拟地震振动的实验，研究结构在地震作用下的响应和破坏机理。 数值模拟方法：利用计算机软件，对地震作用下的结构行为进行数值模拟，预测结构在地震作用下的响应和破坏情况。 现场观测方法：通过对地震现场的观测和记录，了解地震作用下的实际情况，为地震工程学的研究提供依据。
抗震设计。
地震预测的准确性：如何更准确地预测地震的发生时间和强度
建筑物抗震性能：如何提高建筑物的抗震性能，减少地震造成的损失
地震救援和恢复：如何提高地震救援的效率，以及如何快速恢复受灾地区的正常生活
地震工程学的研究和应用：如何推动地震工程学的研究和应用，提高地震灾害的预防和应对 能力
地震监测技术的发展：提高地震监测的 准确性和实时性
汇报人：
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汇报人：
01
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04
地震作用基本原理及计算方法
地震作用基本原理及计算方法摘要：本文主要介绍了我国地震的特点，地震作用的基本原理和计算方法，以及抗震设计中注意事项，得出结论：地震发生虽然具有随机性和不确定性，但是地震作用却有一定的规律性。
只要科学把握地震作用发生的本质和规律，从地震灾害中总结经验和教训，就会使抗震设计理念更先进，抗震设计计算更准确。
关键词：地震地震作用基本原理设计理念1.前言我国地处世界上最活跃的地震带上，我国东部地区处在环太平洋地震带上，我国西部及西南处在欧亚地震带上，因而我国地震活动频繁，是世界大陆地震最多的国家之一。
地震发生时将释放很大的能量，但具体地震作用具有哪些特点呢？地震具有偶然性和不确定性的特点，地震发生的时间、地点、强度是随机的、不确定的，我国地震的基本特点是：震源浅、烈度高、分布广、伤亡大。
2.地震作用基本原理地震作用是短时间内的一种动力作用，地震发生时，结构的加速度和惯性力的方向和大小不断变化，作用力的大小与地震动和结构本身的动力特性有关，场地、震级和震中距都会影响地面运动。
地震是由不同周期的振动频率组成的，当建筑结构的自振频率与地震的主振频率接近时，就会产生共振而造成严重破坏甚至倒塌。
地震作用下，结构的运动微分方程，单自由度体系表达式为：m（x″+x″）+cx′+kx=0。
式中m――结构质量；c――结构阻尼系数；k――结构刚度系数；x，x′，x″――分别为结构对地面的相对位移、速度及加速度；x″――地面加速度时程。
3.地震作用的计算方法地震作用发生的概率较低，一次地震的时间不长，但地震强烈，不确定因素影响较多，在地震发生时要求结构完全处于弹性状态是十分不经济的，因此人们要求结构能保护人类的生命和财产，提出了小震不坏、中震可修，大震不倒的三水准设计对策，在地震作用下变形能力不足是结构破损和倒塌的主要原因，因此抗震设计方法由基于承载力的设计方法发展为基于延性的设计方法，并正在研究和发展基于性能的设计方法。
结构地震作用计算方法大致经历了三个阶段。
工程结构抗震设计原理
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工程结构抗震设计原理
一.按地震成因分类 二.按震源深浅分类
地震灾害是群灾之首， 它具有突发性和不可预测性， 以及频度较高，并产生严重 次生灾害，对社会也会产生 很大影响等特点。
太少 气象方面
板块活动
重力作用
地震、海啸、火山爆发
泥石流、雪崩
与动物、微生物有关 蝗虫、白蚁等 虫害 疾病︰如伤寒、“非典”、 瘟疫 与植物有关 病害︰如小麦的铁锈病 野草蔓延、赤潮
唐山市 开滦煤矿救 护楼，为砖 混结构人字 木屋架的三 层楼房，墙 倒顶塌。
第一章 地震工程学原理
20
工程结构抗震设计原理
唐山市河北省煤矿设计院，砖混结构的楼房 局部倒塌。
第一章 地震工程学原理
21
工程结构抗震设计原理
唐山地区 交通局，砖混 结构的三层办 公楼遭到破坏。 （此处为唐山 地震重点保护 遗迹之一。）
10
工程结构抗震设计原理
柱子内埋设管线（水、 排水、电、煤气、电话）等， 虽然节省了空间，但大大降 低了柱子的有效承重截面积， 造成破坏。
第一章 地震工程学原理
11
工程结构抗震设计原理
第一章 地震工程学原理
12
工程结构抗震设计原理
第一章 地震工程学原理
13
工程结构抗震设计原理
第一章 地震工程学原理
第一章 地震工程学原理
37
工程结构抗震设计原理
喜马拉雅—— 地中海地震带
环太平洋地震带
第一章 地震工程学原理
38
工程结构抗震设计原理
2.我国是一个地震灾害最严重的国家
中国地震活动频度高、强度大、震源浅，分布广，是一个 震灾严重的国家。1900年以来，中国死于地震的人数达55万之 多，占全球地震死亡人数的53%；1949年以来，100多次破坏性 地震袭击了22个省（自治区、直辖市），其中涉及东部地区14 个省份，造成27万余人丧生，占全国各类灾害死亡人数的54%， 地震成灾面积达30多万平方公里，房屋倒塌达700万间。 20世纪全球两次死亡20万人以上的大地震均发生于我国。 1920年宁夏海原地震（8.5级）死亡23.4万人。 1976年河北唐山地震（7.8级）死亡24.2万人。
地震工程学内容超级版(哈工大2015)
台阵的目的：研究不同地震作用，根据不同的需求，搭建不同形式的台阵。
台网的目的：研究地震动的空间分布。设置强度高、频度大的地震区。
反应谱影响因素：场地条件、震级、距离。土质越软，震级越大，距离越远，反应谱峰值逐渐右移。（Ⅱ类场地小震级是，反应谱值很大）
地震动衰减关系：描述地震动随震级和距离变化的关系。是最简单的预测地震动的经验关系。
地震动衰减的原因：地震的能量是一定的，但地震波的波前以球形扩散，是能量分散、减小，波在场地介质中传播，在传播过程中，场地介质消耗能量。
地震工程学内容（地震学与工程学的桥梁）：
（1）工程地震：地震基本知识、地面运动的特征、地面运动的数值模拟、地震危险性分析
（2）结构抗震：抗震基本方法、抗震分析方法、易损性分析、抗震设计方法
（3）社会服务：人员伤亡估计、经济损失估计、地震保险
震级：对地震大小的度量（准确的说是对一次地震释放应变能的度量）。包括里氏震级ML（0.8s内的面波振幅），面波震级MS（浅源地震20s内的面波振幅）、体波震级Mb（深源地震5s内的体波振幅），矩震级MW（考虑断层错动）。由于地震波传播途径的差异，同一地震在不同地点确定的震级常常不同，差别常达0.5左右，甚至超过1.0.
烈度异常：在某烈度区内会有少数地点其烈度高于或低于烈度区的烈度。
烈度异常影响因素：地形地貌条件、场地土质条件、地下水埋藏深度、当地房屋抗震性能差异
烈度衰减关系（烈度影响场）：在一定震级条件下烈度随距离变化的规律。（观察条件好数据多等震线不规则）
地震工程
地震工程一、题目总结、二、抗震设防目标及基本概念1、基本概念①抗震设防烈度：按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。
一般情况，取50年内超越概率10%的地震烈度(基本烈度)。
抗震设防烈度时一个地区设防的依据，不能随意提高或降低。
(抗震设防烈度与基本烈度不能完全等同)②抗震设防分类：建筑应根据其使用功能的重要性分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别。
甲类、乙类、丙类、丁类分别对应为特殊设防类、重点设防类、标准设防类、适度设防类的简称。
③抗震设防标准：衡量抗震设防要求的尺度，由抗震设防烈度或设计地震动参数及建筑抗震设防类别确定。
抗震设防标准，是一种衡量对建筑抗震能力要求高低的综合尺度，既取决于建筑地点预期地震影响强弱的不同，又取决于建筑抗震设防分类的不同；规范规定的设防标准是最低的要求，具体工程的设防标准可按业主要求提高(但不得降低)。
④设计基本地震加速度：50年设计基准期超越概率10%的地震加速度的设计取值。
⑤设计特征周期：抗震设计用的地震影响系数曲线中，反应地震震级、震中距和场地类别等因素的下降段起始点对应的周期值。
⑥设计地震分组：根据震源机制、震级、震中距对地震进行分组，规范将设计地震分为三组。
⑦地震作用：抗震设计时，结构所承受的“地震力”实际上时由于地震地面运动引起的动态作用，包括地震加速度、速度和动作位移的作用，属间接作用，不可称为“荷载”，应称“地震作用”。
⑧地震反应谱理论：建立于强震观测基础上，通过将多个实测的地面震动波分别代入单自由度动力反应方程，计算出各自最大弹性地震反应(加速度、速度、位移)，从而得出结构最大地震反应与该结构自振周期的关系曲线。
由反应谱可计算出最大地震作用，然后按静力分析法计算地震反应。
⑨地震动参数区划：以地震动参数(地震动峰值加速度和地震动反应谱特征周期)为指标，将国土划分为不同抗震设防要求的区域。
根据《中国地震动参数区划图》关于地震基本烈度向地震动参数过度的说明，往后拟直接采用地震动参数(地震动峰值加速度和地震动反应谱特征周期)代替地震基本烈度。
地震工程学()
地 震 工 程 学
书P24图
SH波（Horizontal） 瑞雷波（Rayleigh） 洛夫波（Love）
25
26
1.体波：体波是指通过介质体内传播的波。
(1) 纵波：介质质点的振动与波的传播方向一致的波。
(2) 横波（剪切波）：质点的振动方向与波传播的方向 正交的波。
地 震 工 程 学
特点是可以在所有介质中传播。 传播速度：
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二、波动方程的基本形式 地 震 工 程 学 地 震 工 程 学
在连续波的传播问题中，可以忽略体力。
ρ
∂ 2u ∂σ x ∂τ xy ∂τ xz = + + ∂x ∂y ∂z ∂t 2
ρ
ρ
∂ 2 v ∂τ yx ∂σ y ∂τ yz = + + ∂z ∂x ∂y ∂t 2
∂ 2 w ∂τ zx ∂τ zy ∂σ z = + + ∂x ∂y ∂z ∂t 2
地震工程学
地 震 工 程 学 地 震 工 程 学
第一章 概论
一、地震工程学研究的内容
1 工程地震：潜在震源区划分，潜在地震区地震活 动性规律，地震动工程参数的选择以及这些参数的 估计，强震观测，震害现象分析等。 2 结构地震反应：建筑材料﹑地基﹑构件及结构的 动力特性，结构试验技术，结构的弹塑性地震反应 和脆性破坏机制，结构的动力可靠性理论等领域。 3 抗震减灾理论：结构抗震设计﹑结构振动控制与 减震技术﹑地震灾害预测及损失估计﹑防灾规划 等。
C1 = α = E (1 − μ ) ρ (1 + μ )(1 − 2μ )
（2—6）
地 震 工 程 学
这种波只能在固体介质中传播，液体、气体不能承受 剪切作用。因为横波的传播过程是介质质点不断受剪 变形的过程。
地震床原理
地震床原理
地震床原理是一种地震工程常见的防震加固方案，主要基于减震原理，能有效将地震产生的振动减缓并分散到地下。
这种原理是在地震灾害
造成的若干次重大事故后逐步发展的。
地震床原理的基本步骤为：
一、构造地震床，将其布置在需要保护的建筑物下面，床上应该设置
有防震减振垫层，例如聚氨酯减震海绵垫等。
这层垫层可以吸收地震
能量，从而达到减振缓冲的作用。
二、选用合适的隔震材料，这些材料应该具有一定的弹性和导热性，
并且防鼠，不易腐蚀等。
常用的隔震材料主要有橡胶、钢板以及液体
减震材料等。
三、进行相应的地基加固，此步骤非常重要，因为如果地基并不牢固，即使使用地震床进行防震加固也不能达到预期的效果。
为此，可以采
用深挖等地基加固方式，以保证地震床的可靠性和稳定性。
四、对于建筑物结构的处理，一般采用护墙板、剪切墙、混凝土柱等
结构加强措施，确保建筑物在地震时不会出现严重的结构破坏。
地震床原理可以减少建筑物的震动和振动，提高业主的安全和舒适度，但其效果仍存在一定的限制。
因此，在使用地震床时，需要根据实际
情况来选择最适宜的加固方案，并且进行科学合理的设计与施工。
总之，地震床原理在地震工程中扮演着重要的角色，是一种先进的防震加固技术，其应用能有效降低地震灾害对建筑物的影响，保障人们的生命财产安全。
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《地震工程学原理》教学大纲
课程编号：
英文名称：Principle of Earthquake Engineering
课程类别：选修课学时：40学分：2
适用专业：结构工程
预修课程：结构动力学、随机振动、建筑结构抗震、混凝土结构、钢结构
课程内容：
内容：主要介绍工程地震学和结构抗震两方面的内容，尤其是两者之间的联系。
预期目标：使学生了解地震工程学的研究内容，培养学生综合利用以前学习过的知识的能力，提高学生的分析能力。
重点和难点：地震烈度和地震震级之间的区别和联系；地震动加速度在频域上的平稳和非平稳描述；地震动的功率谱、反应谱和傅立叶谱之间的区别和联系；掌握数值积分法和振型迭加法求解动力方程的步骤；混凝土和钢材的受弯、受扭、压弯等基本构件的滞回特性以及计算分析用的恢复力曲线模型，尤其是Takeda 模型；空间受力构件塑性力学模型的分析方法；平面框架杆端弹塑性弹簧模型分析方法；线性体系在平稳过程激励下的随机反应分析方法；建筑抗震设计的准则和方法；建筑结构抗震设计概念和原理；建筑结构的基础隔震、被动耗能减震、主动控制和智能控制的原理和方法。
教材：
李杰，李国强. 地震工程学导论. 北京：地震出版社，1992。
参考书目：
1、胡聿贤. 地震工程学. 北京：地震出版社，1988。
2、地震工程概论编写组. 地震工程概论. 北京：科学出版社，1977。
3、R.L.Wiegel. Earthquake Engineering. Prentice_Hall，1970。
4、N.M.Newmark, E.Rosenblueth, Fundamentals of earthquake engineering,
Prentice Hall, 1971
考核方式与要求：
课程论文。