抗震工程概论(电子教案1)

抗震工程概论

（20１０年秋）

第1章 绪论

随着经济建设的迅速发展和社会财富的快速积累，灾害的防治越来越受到重视。灾害是指那些由于自然的、人为的或人与自然的原因，对人类的生存和社会发展造成损害的各种现象。在国家自然科学基金委员会工程与材料学部的重大工程灾害与防治论证报告中给出了灾害的一种更科学的定义：灾害是指自然环境或工程系统演变过程中失去固有平衡或稳定时造成人类赖以生存的基础破坏或功能失效的突发事件。联合国成立了国际减灾十年委员会，希望通过国际间的合作与努力，力求在十年中有效地降低和防治自然灾害。国际减灾十年委员会（1990－2000）提供的资料表明：1963年至1992年的三十年内，全球自然灾害的受灾总人数30.08亿人，死亡总人数36万人，直接经济损失3400亿美元，其中地震引起的灾害占很大的比例。

1.1地震活动及其灾害

近十年来，我国每年平均灾害损失近1600亿元，相当于国民生产总值的3.8％，国民收入的30％。这一比例是发达国家的十倍。我国是世界上地震灾害最严重的国家之一，20世纪全世界发生的七级以上的强震中，中国占35％，世界历史上一次地震中死亡人数最多的地震发生在我国（1556年明朝时陕西关中地震，死亡83万人），而现代死亡人数最多的两次地震也发生在我国（1920年宁夏海原8.5级大地震，死亡23万多人；1976年唐山7.8级大地震，死亡24万多人，直接经济损失97亿元）。我国的绝大部分地区都受到地震的威胁，在全国450个城市中，位于地震区的占74.5％，28个百万以上人口的大城市中有85.7％位于地震区。从二十世纪初到二十世纪八十年代，我国大陆7级以上地震活动经历了四个活跃期。每个活跃期持续11至17年，平均发生15次左右7级以上大地震。特别是在活跃期的最后阶段更容易发生较大的地震。２００８年５月１２日发生的四川汶川８级大地震，统计至９月２５日１２时，死亡６．９２２７　万人，伤３７．４６４３万人，失踪１．７９２３万人。

２０１０年１月１２日海地７级大地震，死亡２０多万人。

世界范围三十年来的自然灾害经济损失统计资料表明，国民生产总值增加一倍，自然灾害损失增加三倍，随着经济的增长，自然灾害损失呈几何级数增长。最近十年间自然灾害造成的经济损失是六十年代的9.13倍。其中地震灾害造成了大量财产损失。仅1994年美国北岭6.8级和1995年日本阪神7.2级两个地震就造成共约1300亿美元的损失，超过了同期所有其它自然灾害所引起的经济损失的总和（1020亿美元）。

工程抗震研究和设计是减轻和防止地震灾害的重要基础。

1.2工程抗震的内容

刘恢先在为“中国工程抗震研究四十年”一书中写的序言中形象地阐述了工程抗震所包含的内容和相互关系：工程抗震是一栋摩天大厦，有基础、支柱和各楼层，主要包含以下内容：

（1）大厦的基础：地震危险性预测，即地震区划—地震区域划分。

基础研究工作（对抗震工程而言）

① 地震活动性区划（不同地区，未来一段时间内可能出现的最大地震的震级分布）

② 地震动区划（地震烈度区划，地震动参数区划）

③ 地震灾害区划（包括地震引起各类震害的分布）

（2）支撑大厦的四根柱子

手段和方法，进行工程抗震所必需的手段

① 地震震害调查（总结抗震经验，了解结构动力性能，指导结构模型化）

② 振动实验（结构动力性能，全过程试验）

③ 强震观测（研究地震动特性，地震危险性分析包括结构的地震反应特性）—已建立了初步规模的观测网点和数据处理系统，例如SMART－1，SMART－2等；正在建设的中国数字地震观测网络。

④ 动力学（结构动力学、土动力学、波动理论、随机振动等）

（3）大厦的楼层

抗震工程包含的内容

一层：地震小区划/工程场地安全性评定（安评）

二层：一般的抗震设计规范（例如，GB5001－2001）

三层：特种结构的抗震设计（超高层（>300m）、核反应堆、大坝、大跨桥梁）

四层：抗震加固（结构使用一定周期后，或根据新规范或标准提高抗震等级，震后加固）………

抗震工程：利用工程手段解决地震灾害的一门学科，也是研究地震对工程的影响及防护的学科。

1.3教学内容

工程的地震环境—包括地震学基础知识，地震波动理论，地震地面运动（主要是强震地面运动）。

结构抗震—地震作用下的结构性能（主要通过震害调查和试验了解）

地震反应计算（反应谱法、动力时程方法、静力弹塑性 (Push-over)分析方法）

抗震设计理论和方法（抗震结构体系，抗震设计要点）

结构减震－基础隔震、耗能减震、结构被动控制和结构主动控制。

参考书目：

沈聚敏，周锡元，高小旺、刘晶波，抗震工程学，中国建筑工业出版社，2001年胡聿贤：地震工程学（第二版），地震出版社，２００６年

胡聿贤主编：地震安全性评价技术教程，地震出版社，1999年

龚思礼主编：建筑抗震设计手册（第二版），中国建筑工业出版社，2002年

期刊目录：

Earthquake Engineering and Structural Dynamics

Response Spectrum

地震工程与工程振动

建筑结构学报

土木工程学报

第一部分：工程的地震环境

工程的地震环境－Earthquake Environments

地震环境主要是地震动问题－强震地面运动（Strong ground motion）

强震－对人或工程可能造成损害、破坏的地震

第2章 地震学基础知识

2.1与地震震源有关的术语

震源（Hypocenter ，Source ，Focus ，Center ）：地壳深处岩石发生断裂、错动的地方，即一次地震时应变能释放区。

震中（Epicenter ，Epifocus ）：震源在地表的投影点。

震源

图2.1 震源、震中示意图

断层：地震形成的地壳岩石中的大断裂面（可达到几十～几百公里长）。

地震时破裂开始于断层面上的一个点或一个局部，然后向四周扩展。

实际上震源不是一个点，而是具有相当尺度（大小）的破裂面，与地震的大小有关。地震学在研究中采用三种震源模型（理论模型）：

① 点源：中小震（M<6），断层长度：几米到几公里； ② 线源：中大震（M>6），断层长度：几十到几百公里； ③ 面源：中大震（M>6），断层长度：几十到几百公里。 对一次地震震源（的位置）（

Hypocenter ）认为是断层上首先破裂的那个点（的位置）。

能量中心：能量释放中心，一般是断层破裂面的几何中心。

小震：震源＝能量中心。

大震：震源和能量中心不重合。

能量中心

图2.2 断层、能量中心示意图