地震工程學概述模板

資料內(nèi)容僅供您學習參考，如有不當或者侵權，請聯(lián)系改正或者刪除。地震工程學概述胡聿賢先生認為《地震工程學》是溝通工程地震和結構抗震學科間的橋梁。隨著地震工程理論與實踐的發(fā)展,地震工程學所涵蓋的領域越來越寬。以工程地震和工程抗震為核心的地震工程學正朝著系統(tǒng)減災的方向邁進。全面把握地震工程學研究領域的眾多細節(jié)的越來越困難,學習基礎性的理論體系尤為重要,它是我們在更加尖端的前沿領域開展研究工作的前提。1地震災害2地震工程學的研究內(nèi)容3地震工程學的發(fā)展概況4地震工程學的特點5地震工程學與相關學科的關系1、地震災害地震是人類面臨的主要自然災害之一,在過去的20世紀里,因地震死亡人數(shù)平均每年達到17000人,即使不包括唐山地震的人員傷亡,平均死亡人數(shù)也達到10000人/年。地震造成的災難是多方面的,以多種方式引起結構物破壞和人員傷亡,從房屋倒塌到火災、海嘯、瘟疫、滑坡。20世紀地震災害造成的絕對死亡人數(shù)沒有減少的趨勢,當然考慮到人口的增長,死亡人數(shù)占總人口的相對比例在下降。由于城市化進程的加快,地震災害造成的經(jīng)濟損失和保險損失增長迅速。1995年阪神地震造成1000億美元的損失,預示著如果地震發(fā)生在東京、洛杉磯、舊金山等其它更大的城市時,損失會更大。東日本大地震3月11日(星期五)世界標準時05時46分23秒,即\o"日本標準時間"日本標準時間14時46分23秒,震中位于\o"仙臺市"仙臺市以東的\o"太平洋"太平洋海域約130km處,距日本首都\o"東京"東京約373千米。按\o"氣象廳(日本)"日本氣象廳震度階級計算方法計算,此次地震震級為\o"矩震級"矩震級規(guī)模8.8級。地震發(fā)生之初,\o"美國地質(zhì)調(diào)查局"美國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)布此次地震的規(guī)模為\o"矩震級"矩震級規(guī)模7.9級,后數(shù)次將震級修正為8.1級、8.8級、8.9級,再于3月13日上午與\o"日本氣象廳"日本氣象廳共同修訂至9.0級。日本東北地域太平洋沿岸及北海道東部沿岸都受到了海嘯的侵襲,高度最高達40.5米。日本氣象廳對東北、關東太平洋沿海地區(qū)發(fā)出大海嘯警報。宮城縣、巖手縣、福島縣等地遭到地震過后海嘯,沿海地區(qū)遭到毀滅性的破壞。截至日本時間12月29日,地震造成至少15,846人死亡、3,320人失蹤、傷者6,011人,遭受破壞的房屋1,135,446棟,為日本二戰(zhàn)后傷亡最慘重的自然災害。損失總額約1.36萬億人民幣。(東日本地震已發(fā)現(xiàn)15848具遺體,3305人仍下落不明)汶川地震5月12日14時28分04秒,四川汶川、北川,發(fā)生8級強震。這是新中國成立以來破壞性最強、波及范圍最大的一次地震。此次地震重創(chuàng)約50萬平方公里的中國大地!為表示全國各族人民對四川汶川大地震遇難同胞的深切哀悼,國務院決定,5月19日至21日為全國哀悼日。自起,每年5月12日為全國防災減災日。汶川地震宏觀烈度與等震線5月12日14時28分,四川汶川發(fā)生8.0級地震,截至9月25日12時,已確認374643人受傷,69227人遇難,失蹤17923人。1997.1-.2.11大于7級地震-中國地震網(wǎng)世界地震帶地震震中分布集中的地帶,稱為地震帶。從世界范圍看,有些地區(qū)沒有或很少有地震,有些地區(qū)則地震頻繁而強烈。地震帶往往與活動性很強的地質(zhì)構造帶一致。據(jù)世界震中分布規(guī)律,大致能夠劃分以下幾個地震帶:(1)環(huán)太平洋地震帶全世界約80％的淺源地震,90％的中源地震和幾乎全部深源地震都發(fā)生在這一帶。所釋放的地震能量約占全世界能量的80％,但其面積僅占世界地震總面積的一半。此地震帶,在太平洋西部大抵從阿留申群島,向西沿堪察加半島、千島群島,至日本諸島、琉球群島,至中國臺灣島,過菲律賓群島、伊里安島,南至新西蘭為止。在太平洋東部,大致從阿拉斯加西岸,向南經(jīng)加里福尼亞、墨西哥(在中美有一分支,稱為加勒比或安的烈斯環(huán))、秘魯,沿智利至南美的極南端。這一帶也是著名的火山帶,它與中、新生帶褶皺帶和新構造強烈活動帶是一致的。(2)地中?！柴R拉雅地震帶這是一條橫跨歐亞大陸,并包括非洲北部,大致呈東西方向的地震帶,總長約15000km、寬度各地不一,在大陸部分常有較大的寬度,并有分支現(xiàn)象。太平洋地震帶外幾乎其余的較大淺源地震和中源地震都發(fā)生在這一帶。釋放能量占全世界地震釋放總能量的15％。此地震帶西起葡萄牙、西班牙和北非海岸,東去經(jīng)意大利、希臘、土耳其、伊朗至帕米爾北邊,進入中國西北和西南地區(qū);南邊沿喜馬拉雅山山麓和印度北部,又經(jīng)蘇門答臘、爪哇至伊里安,與環(huán)太平洋帶相接。這一帶也有許多火山分布。(3)大洋中脊(海嶺)地震帶①大西洋中脊(海嶺)地震帶自斯匹次卑爾根島經(jīng)冰島向南沿亞速爾群島、圣保羅島等至南桑德韋奇群島、色維爾島,沿大西洋中脊分布,向東與印度洋南部分叉的海嶺地震帶相連。②印度洋海嶺地震帶由亞丁灣開始,沿阿拉伯—印度海嶺,南延至中印度洋海嶺;向北在地中海與地中海—南亞地震帶相連;向南到南印度洋分為兩支,東支向東南經(jīng)澳大利亞南部,在新西蘭與環(huán)太平洋帶相接;西支向西南繞過非洲南部與大西洋中脊地震帶相接。③東太平洋中隆地震帶從中美加拉帕戈斯群島起向南至復活節(jié)島一帶,分為東西二支,東支向東南在智利南部與環(huán)太平洋地震帶相接;西支向西南在新西蘭以南與環(huán)太平洋地震帶和印度洋海嶺地震帶相連。以上三帶皆以淺源地震為主。(4)大陸斷裂谷地震帶分布于一些區(qū)域性斷裂帶或地塹構造帶,主要有東非大斷裂帶,紅地塹,亞丁灣及死海,貝加爾湖以及太平洋夏威夷群島等。此帶主要為淺源地震。中國主要地震帶中國位于世界兩大地震帶——環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶之間,受太平洋板塊、印度板塊和菲律賓海板塊的擠壓,地震斷裂帶十分發(fā)育。20世紀以來,中國共發(fā)生6級以上地震近800次,遍布除貴州、浙江兩省和香港特別行政區(qū)以外所有的省、自治區(qū)、直轄市。中國地震活動頻度高、強度大、震源淺,分布廣,是一個震災嚴重的國家。19以來,中國死于地震的人數(shù)達55萬之多,占全球地震死亡人數(shù)的53%;1949年以來,100多次破壞性地震襲擊了22個省(自治區(qū)、直轄市),其中涉及東部地區(qū)14個省份,造成27萬余人喪生,占全國各類災害死亡人數(shù)的54%,地震成災面積達30多萬平方公里,房屋倒塌達700萬間。地震及其它自然災害的嚴重性構成中國的基本國情之一。中國地震主要分布在五個區(qū)域:臺灣地區(qū)、西南地區(qū)、西北地區(qū)、華北地區(qū)、東南沿海地區(qū)和23條地震帶上。中國的地震活動主要分布在五個地區(qū)的23條地震帶上。這五個地區(qū)是:①臺灣省及其附近海域;②西南地區(qū),主要是西藏、四川西部和云南中西部;③西北地區(qū),主要在甘肅河西走廊、青海、寧夏、天山南北麓;④華北地區(qū),主要在太行山兩側、汾渭河谷、陰山-燕山一帶、山東中部和渤海灣;⑤東南沿海的廣東、福建等地。 中國的臺灣省位于環(huán)太平洋地震帶上,西藏、新疆、云南、四川、青海等省區(qū)位于喜馬拉雅-地中海地震帶上,其它省區(qū)處于相關的地震帶上。中國地震帶的分布是制定中國地震重點監(jiān)視防御區(qū)的重要依據(jù)。?世界十大自然災害(據(jù)聯(lián)合國,1947-1980)熱帶氣旋(颶風、臺風)、地震、洪澇、雷暴與龍卷風、雪災、火山爆發(fā)、熱浪、雪崩、滑坡、潮汐與海嘯?中國是受災最嚴重的國家之一人員損失巨大(7/17次5萬人,4/4次20萬人)分布廣成災比率高?近年來的三大自然災害地震、風災、溫室效應(極端氣候)2、地震工程學的發(fā)展概況地震工程學的發(fā)展是隨著人們對地震災害認識的不斷深入和科學技術的進步而推進的,經(jīng)濟和生命的代價也激勵人們不斷提高抵御自然災害的能力,在順應自然的前提下達到征服自然,較少損失,減輕災害。能夠說地震的不斷發(fā)生推動了地震工程學學科的發(fā)展。(1)20世紀前的地震事件歷史上最早一條關于地震的記載在公元前1831年(1652年),”夏帝發(fā)七年泰山震”(胡聿賢)132年漢代人張衡(78-139)創(chuàng)造侯風地動儀;1556年1月23日(明嘉靖34年12月)陜西關中大地震,”……壓死官吏軍民奏報有名者八十二萬有余1755年11月1日,葡萄牙里斯本發(fā)生地震,法國、瑞士、意大利北部乃至歐洲大部地區(qū)均有震感,地震引起了火災、海嘯等次生災害,60000~1001755年11月18日,馬薩諸塞州首府波士頓附近發(fā)生地震;1811-18,NewMadridCounty,Missouri,USA,發(fā)生震群型地震;1857年1月9日,加利福尼亞發(fā)生地震;1886年查爾斯頓地震,鐵軌彎曲,火車被掀翻;地基土液化(2)20世紀早期的地震事件194月18,舊金山地震加里福尼亞洲歷史上最嚴重的地震,也是地震工程學發(fā)展史上最重要的地震之一。地震造成了被觀察到的最長斷層破碎帶(430公里),最大水平位移達到6.4米,跨越斷層的道路中斷,水管破裂。地震及引起的火災造成余人死亡,財產(chǎn)損失達5.24億美元。由于水管破裂,無法保證消防用水的供應,大火燃燒了3天,舊金山地區(qū)28000棟房屋被毀,80%是由于火災所致。人們不但關注地震對結構物的影響,同樣關注火災對結構材料的影響,詳細的災害調(diào)查表明:體型較好的建筑物沒有嚴重受損,如果有較好的防火性能,則能在地震和火災后幸存。該地震給人們留下了一下經(jīng)驗:1.鋼及鋼筋混凝土房屋在較大的地震中受損較輕微;2.”大地震將會在50-1重現(xiàn),期間沒有地震發(fā)生;火災將造成嚴重的損失;3.加州的房屋抗震設計規(guī)范并未因此次地震事件而修改,抗震設計;該地震導致:1.開啟了地震作用(效應)方面的現(xiàn)代研究和記載;2.瑞德的彈性回跳學說產(chǎn)生,20世紀60年代成為板塊構造學說的一部分;3.地震周期的概念.(活躍期、平靜期)4.美國地震學會成立–(BSSA)1912月28,意大利墨西拿地震\o"19"19發(fā)生在\o"意大利"意大利\o"西西里島"西西里島第二大城市\(zhòng)o"墨西拿"墨西拿的一場7.5級的大\o"地震"地震,地震引發(fā)近海掀起局部\o"浪"浪高達12米的\o"海嘯"海嘯。是\o"歐洲"歐洲有史以來死亡人數(shù)最多的地震和海嘯。地震發(fā)生在當?shù)貢r間\o"19"19\o"12月28日"12月28日凌晨5時25分。震源位于墨西拿附近的海底,地震波及了\o"墨西拿海峽"墨西拿海峽對岸的\o"雷焦卡拉布里亞"雷焦卡拉布里亞。兩座城市均被毀,大地下陷了0.6米,墨西拿人口的一半約7.5萬人喪生。巨大的人員傷亡,促使政府指派9位有經(jīng)驗的工程師和5位教授研究地震,制定工程抗震設計的建議。1.開啟了實用的結構抗震設計時代;2.第一部采用等效靜力法進行抗震設計的建議(第1層的設計水平力為1/12樓層以上建筑物重量;2、3層的設計水平力為1/8樓層以上建筑重量);1923年9日本處于四大板塊(歐亞、太平洋、菲律賓、北美)交匯處,地震活動頻繁。1923年9月1日11:58am,關東地震發(fā)生。盡管相模灣的海濱以及房總半島也遭受地震、3-6米海嘯,以及地面抬高2米等災害的重創(chuàng),但橫濱和東京等城區(qū)受災最為嚴重.地震發(fā)生在中午做飯時間,因而引起大火,同時由于炎熱,干燥和大風等天氣條件,加之水管破裂,消防用水短缺,因而引發(fā)了嚴重的火災。關東大地震開啟了地震工程研究的新時代:1.早期的基礎隔震技術–柱底采用球形搖軸支座(RiuitchiOka,岡隆一)2.柔性建筑物得到認可.(KenzaburoMashima,眞島健三郎)砌體結構抗震性能最差,其次是鋼筋混凝土結構,鋼結構和木結構都具有較好的抗震性能。3.Dr.TachuNaito(內(nèi)藤多仲)贊同采用剛性建筑物,她認為抗震設計的三個重要因素是:結構剛度,合理的橫向力分配,減小彈性振子的自振周期,使其小于地震的可能周期.關東大地震后,建筑規(guī)范隨即得到改進,并在橫濱和東京的重建中生效。1.限制木結構建筑物最大高度,增加支撐;2.砌體結構需要增加胸墻;3.鋼結構建筑增設附加支架或支撐,以增加柱與梁連接的剛度;4.改進鋼筋混凝土結構的細部設計.1925年圣芭芭拉地震,1933年長灘地震圣芭芭拉地震發(fā)生于6:42am,人們大多沒上班,因此盡管主要商業(yè)街的建筑大多受損,部分倒塌,但沒有造成更多的人員傷亡。由于不利的地質(zhì)條件,結構抗震性能差,地震損失加重。房屋倒塌,其中校舍普遍受損嚴重,造成大量學生傷亡。這兩次地震損害雖不太嚴重,但對工程和建筑規(guī)范的進展產(chǎn)生了積極影響:制訂了第一部包含抗震規(guī)定的現(xiàn)代規(guī)范:UBC-1927(盡管是非強制條款)研制了強震儀(1931完成設計,1932使用),并于1933年長灘地震中獲得有史以來第一條強震記錄,具有里程碑意義。由于大量沒有加筋的砌體結構在長灘地震中毀壞,特別是一些校舍,使得加州采納了一下規(guī)定:1禁止修建沒有加筋的砌體結構;2加州的所有建筑必須滿足強制性抗震要求:即提供相當于結構重量3%的橫向強度;洛杉磯8%。3校舍的結構設計,平面布置,監(jiān)理有了嚴格的標準。為加州的結構工程實踐以及后來各類建筑物的建筑規(guī)范要求提供了借鑒。(3)20世紀中期的地震事件1952年地震致使46厘米厚的鋼筋混凝土隧道墻體開裂,兩隧道出口縮短約2.5m,鋼軌彎曲成S型曲線。新一代結構工程師和地球科學家對地震進行了詳細的調(diào)查,幾年后發(fā)表”加州工程師協(xié)會推薦的橫向力需求”(藍皮書)。成為第一本美國地震區(qū)的關于抗震要求的規(guī)范,此后成為世界各國競相效仿的關于抗震需求和建筑設計的規(guī)范。1960年這是一起記錄到的最大地震,矩震級為9.5。地震引起的海嘯造成了智利海岸的毀壞,也給夏威夷和日本帶來了嚴重的人員傷亡和財產(chǎn)損失;同時地震引起的地基下陷永久改變了該地區(qū)大部分的海岸線,引起內(nèi)澇;地震47小時后,引起火山噴發(fā)。1952年在加州大學洛杉磯分校召開了”地震和爆炸效應對結構物的影響交流會”.1956年在加州大學伯克利分校召開了首屆”地震工程國際會議”。1960年在第二屆WCEE上,建議成立國際地震工程協(xié)會(IAEE),作為IAEE的官方期刊,1972年地震工程研究領域最有影響的刊物”地震工程與結構動力學”(EESD)創(chuàng)刊。(4)第一個轉(zhuǎn)折點1964年地震持時達到3分鐘,地震引起滑坡。豎向位移(與海平面的相對位移)從抬高11.5米到下陷2.3米,絕對位移大約是13-15m。地震引發(fā)的海嘯浪高達到67m,給阿拉斯加海灣,加拿大和美國西海岸造成了損失。阿拉斯加地震有兩個顯著影響:影響程度大,范圍廣。地理效應促進了美國地球科學的發(fā)展,此地震的記錄文件比較完善;地震對現(xiàn)代結構的影響(剪力墻的抗震作用),給結構工程師以警示,為建筑規(guī)范在后續(xù)的十年中的主要變革提供了思路。1964年此次地震的真正意義在于對某些顯著失效的原因的技術調(diào)查及判別-----地基液化(一個在多次大地震中出現(xiàn)的自然現(xiàn)象)。1971年2月9日盡管新建建筑滿足抗震設計規(guī)范,但由于建筑柱缺乏橫向約束,導致破壞。其它地上和地下公共設施都受到損壞。盡管沒有觀察到明顯的斷層,但地裂縫和滑坡導致了廣泛的破壞。加州圣費爾南多地震對工程師的影響不在于人員和經(jīng)濟的損失,而是:1工程師對于現(xiàn)代建筑在中等強度的地震下發(fā)生破壞感到震驚;2該地震得到約100條強震記錄,使強震記錄數(shù)量增加了一倍。新動向:上述地震使得巖土和結構工程師認識到:建筑規(guī)范需要改進,現(xiàn)役結構需要增加減輕地震災害的措施。在19世紀70年代:UBC規(guī)范在1973,1976年進行了修訂,增加了橫向力需求,修訂了屋頂-墻間有缺陷的細部構造以及鋼筋混凝土柱的橫向鋼筋間距。ATC著手起早新的建筑抗震規(guī)范;對液化現(xiàn)象的調(diào)查,很快出現(xiàn)了實用的分析液化可能性的工程工具;注重城市地區(qū)電力,水和其它基礎設施地震危險性的生命線地震工程的誕生;美國啟動了壩體安全性計劃;1977年,1977地震災害減輕行動,95-124法案獲得經(jīng)過。(5)第二個轉(zhuǎn)折點1985年9月19日此次地震極不尋常,并應其廣泛關注的原因是距震中400公里的墨西哥中心城區(qū)遭受重創(chuàng),大量人員傷亡,這在一般情況下是不可能發(fā)生的。究其原因:1、這是一個強遠震(M=7.9),高頻成分大大衰減,在墨西哥城堅硬土上記錄到的PGA僅為0.03-0.04g,但長周期部分的地震波在到達該地區(qū)時仍具有巨大的能量;2、本身獨特的地質(zhì)構造,墨西哥城地處一個被活火山包圍的盆地,排水均被收集其中:a.市區(qū)西部為山麓小丘區(qū),堅硬場地;b.湖區(qū),由火山灰沉積而成,軟弱場地,具有較大的彈性應變能力,自振周期約為2s;c.變化區(qū)3、墨西哥老城及許多高層建筑均位于湖區(qū),如果沒有好的基礎,建筑物的沉降極大,因而造成破壞;4、遠震的長周期與場地的卓越周期匹配,因而得到放大,在過渡區(qū)與湖區(qū)邊緣實測的PGA為0.18g;5、軟弱場地上被放大的地震動作用于自振周期為1.0-1.5的建筑結構上,致使其發(fā)生損傷或者剛度降低,結構周期進一步延長,與放大的反應譜發(fā)生二次共振。1988年1970年代建造的現(xiàn)代混凝土房屋在此次地震中遭受了嚴重破壞,而不是當?shù)卣贾饕慕ㄖ问?----老式的未加筋的石砌房屋。原因是面對住房短缺和城市化浪潮,規(guī)劃者降低了新的多層建筑標準,將建筑高度從5層提高到9層。兩次地震后,高層建筑的安全性問題突出。1989年下午5時04分(星期二),地震持時20s,由圣.安德烈斯斷層發(fā)生破裂引起。震中區(qū)引發(fā)了大量的滑坡,奧克蘭、舊金山地區(qū)發(fā)生了砂土液化和海嘯。嚴重的災害包括:1、奧克蘭的一座雙層橋梁倒塌;2、舊金山-奧克蘭海灣橋有一孔落梁;3、舊金山地區(qū)許多房屋倒塌,伴隨著火災;由于許多人回家觀看比賽,故人員傷亡損失較小;1994年在震級、發(fā)震時間、發(fā)震日期等方面與1971年圣費爾南多地震類似,主震后的幾周時間內(nèi)伴隨著大量的余震。一些場地上實測的最大加速度超過了1.0g,最大為1.8g。Caltrans投資計劃在前加固加州境內(nèi)的所有橋梁;加快了洛馬地震后啟動的項目;聯(lián)邦政府在減災的研究方面加大了資金投入,如鋼節(jié)點;一些大學也加快了她們的加固項目;1995年民居破壞嚴重;神戶市中心商業(yè)區(qū)三宮附近的中層建筑(6-12)倒塌嚴重,由于受到垂直于斷層的長周期速度脈沖的作用,破壞多是朝北的!神戶中心區(qū)60%的房屋受損,20%的房屋完全倒塌或部分倒塌。大阪與神戶間有阪神高速和灣岸高速,地震中致使阪神高速(建于1960年代中后期)發(fā)生嚴重破壞,近500米橋梁全部垮塌。高架的鐵道結構和車站受到不同程度的破壞,地下結構、港口受損。引發(fā)火災1999年地面沉降與砂土液化生命線工程(電力,通訊、鐵路、公路、煤氣及水管道)抗震馬爾馬拉地區(qū)的迅速發(fā)展修建了眾多不規(guī)則建筑,導致了不合理的橫向力體系,具有空心粘土瓦填充的無延性鋼筋混凝土框架,與薄弱層共同作用導致了薄煎餅式的損毀。1999年許多高層建筑受損(由于薄弱層的影響),斷層錯動。1月26日印度地震Earthquakeengineeringisthescientificfieldconcernedwithprotectingsociety,thenaturalandtheman-madeenvironmentfromearthquakesbylimitingtheseismicrisktosocio-economicallyacceptablelevels.Traditionally,ithasbeennarrowlydefinedasthestudyofthebehaviorofstructuresandgeo-structuressubjectto\o"Seismicloading"seismicloading,thusconsideredasasubsetofboth\o"Structuralengineering"structuraland\o"Geotechnicalengineering"geotechnicalengineering.However,thetremendouscostsexperiencedinrecentearthquakeshaveledtoanexpansionofitsscopetoencompassdisciplinesfromthewiderfieldof\o"Civilengineering"civilengineeringandfromthe\o"Socialsciences"socialsciences,especiallysociology,politicalsciences,economicsandfinance.地震工程學是一個在社會經(jīng)濟可接受的水平上限制地震風險,關注保護社會、自然和人為的環(huán)境的科學領域。傳統(tǒng)意義上,它被狹義地定義為研究承受地震荷載時結構和巖土結構的行為,因此被視為結構工程和巖土工程的一個子集。然而,近期地震帶來的巨大經(jīng)濟損失,使得其研究范圍得以擴大,涵蓋更廣泛的土木工程領域和社會科學領域,特別是社會學、政治學、經(jīng)濟學和金融學科。Themainobjectivesofearthquakeengineeringare:Foreseethepotentialconsequencesofstrong\o"Earthquakes"earthquakeson\o"Urbanareas"urbanareasandcivilinfrastructure.Design,constructandmaintainstructuresto\o"Seismicperformance"performatearthquakeexposureuptotheexpectationsandincompliancewith\o"Buildingcode"buildingcodes.地震工程的主要目標是:預見到城市地區(qū)和民用基礎設施上的強震作用下的潛在后果;按照建筑法規(guī)設計、建造和維護結構,使其在地震作用時達到預期的抗震性能。岡本(1973):地震工程學是由廣泛的知識,包括:地球物理、地理學、地震學,振動理論,結構動力學、材料動力學、結構工程和施工技術等的集成。更確切的說,地震工程是運用這些知識去達到一個目的:保證結構物在地震中的安全。豪斯奈(1984):地震工程學是包含為減小有害地震影響而采取的所有的非技術和技術努力。有害地震影響包括生命安全、以及社會的、經(jīng)濟的和其它后果。胡德生(1988):地震工程學已經(jīng)很快從以過去地震的經(jīng)驗為基礎的研究發(fā)展成為以一個知識體系為科學依據(jù)的工程領域?？死?1992):地震工程學是一個在設計建筑結構、生命線系統(tǒng)和其它特殊結構時,以合理的代價換取能夠接受的地震安全水平。德維多維奇(1992):地震工程學的目標就是定義抵御可能地震作用的有效方法。第一個目的就是保護生命和建筑物安全,可是減少經(jīng)濟損失也越來越重要。胡德生(1992):地震工程學包含著非常廣泛的活動:社會的、經(jīng)濟的、政治的以及科學技術的。所有這些方面都是為地震工程的總目標服務--防止地震成為災難?；A的研究發(fā)展成為以一個知識體系為科學依據(jù)的工程領域。地震工程包含著從科學與工程的不同分支而來的多學科領域,其目標是把地震危險控制在社會和經(jīng)濟能夠接受的水平。研究內(nèi)容1.地震動地震動作為結構動力分析的輸入,是工程結構動力性能與抗震減災理論的基礎,是地震工程學與地震學的交叉點。地震工程學側重于從地震地質(zhì)背景、強震觀測、地震動特性、地震動模擬、震害現(xiàn)象分析等方面來關注地震動。而地震學則側重于震源物理機制及模擬,震相分析、地震的強度及分布規(guī)律來研究地震動。2.工程結構地震反應工程結構地震反應包括抗震試驗與理論分析兩項內(nèi)容,經(jīng)過試驗(靜力試驗、擬動力實驗和動力試驗)現(xiàn)象獲得對結構構件或結構物動力性能的了解,以指導抗震設計,具有直觀、費用昂貴的特點。而理論研究則主要以結構動力學、土動力學、隨機振動理論,動力可靠度理論等為基礎,經(jīng)過仿真分析研究結構體系的抗震性能,具有可重復,費用省的特點。3.抗震減災理論抗震減災理論包括:抗震設計理論、結構振動控制理論、地震危險性分析、震害預測理論、防災規(guī)劃、災害控制理論,其目的是為了減輕和控制地震災害。特點地震工程學屬于綜合型應用學科,除具有應用學科的一般特點外,還包括:地震工程學是一門理論與實踐結合的學科,除了需要系統(tǒng)的理論知識外,還有賴于強震觀測、震害經(jīng)驗和試驗研究等經(jīng)驗背景;強震觀測是研究地震動的基礎,也是進行結構動力試驗的主要依據(jù);對震害經(jīng)驗的總結,是人們進行抗震設計、完善抗震技術和開拓研究領域的重要依據(jù);試驗研究是豐富地震工程學內(nèi)容,改進和完善地震工程學理論的有力手段。地震作用是動力荷載,與靜力荷載相比:1)荷載大小與結構動力特性(質(zhì)量分布與剛度分布)有關;2)真實的地震荷載時一種不規(guī)則的循壞往復荷載,其解具有時間概念;3)具有更大的隨機性,導致抗震設計不能完全依靠強度安全儲備。由于地震作用在強度上的不確定性,結構物可能在未來強震中進入塑性狀態(tài),因而結構非線性地震反應分析是地震工程學的一個研究熱點,特別是考察往復荷載作用下結構累積損傷的非線性變化過程。另外,隨著地震動差動臺陣強震數(shù)據(jù)的豐富和大跨度空間結構的修建,考慮復雜地震動輸入的結構反應成為地震工程學領域研究的新熱點。由基于隨機振動理論的結構動力可靠性理論、與結構隔震、減震技術相關聯(lián)的結構振動控制理論和議災害預測學、系統(tǒng)運籌學和系統(tǒng)控制論為基礎的防災規(guī)劃論的萌芽,標志著地震工程學的發(fā)展已經(jīng)進入到一個新的階段。地震問題的本質(zhì):災難及預備狀態(tài)產(chǎn)生地震災難的因素:地震地面運動的強弱;人口及經(jīng)濟發(fā)展的規(guī)模與分布;對地震來臨的準備程度。地震危險性的定義、評估與控制某一個場地、不同場地或建筑物指定的壽命期間,,地震造成的社會或經(jīng)濟后果等于或超過某個特定值的可能性。評估和控制某一場地地震危險性,需要以下步驟:1、估計場地的地震活動性;2、預測主要影響地震危險性的地震地面運動;3、評價這些地震地面運動是否會產(chǎn)生下述潛在危險;4、預測這些地震地面運動是否會導致地基失效;5、評估設施體系的性能;6、評價是否可能出現(xiàn)下面的事件;7、投資收益分析。地震工程學與地震學二者都以地震為研究對象,關系密切,類似于細菌學與醫(yī)學、水文學與水利工程之間的關系。即后者需要以前者的研究成果為基礎,前者需要從后者去實現(xiàn)其最終目的。地震學研究地震動,主要是經(jīng)過宏觀調(diào)查,研究其強度及分布規(guī)律,并結合地質(zhì)構造環(huán)境,預測和模擬未來地震;而地震工程學則從工程著眼,在了解未來發(fā)生地震的時間、強度、頻度和地點的前提下,進行結構物抗震設計,以確保安全。地震學研究的主要目標是地震本身而不是地震動(地震震源和地球介質(zhì)的特性)地震工程學的研究目標是地震動本身(三要素),是地震動與結構振動之間的關系,而不是或主要不是地震本身。地震工程學與土木工程學土木工程學是一個古老的學科,地震工程學能夠認為是它的一個新分支。地震工程學的發(fā)展過程中,受到土木工程需要的推動。地震工程學與社會學地震引起的損失,除直接經(jīng)濟損失外,還有社會經(jīng)濟損失等多方面間接損失,大地震影響范圍廣,災害影響到人們生產(chǎn)、生活的各個方面。為了有效的減輕地震災害造成的損失,能夠從地震工程和社會組織兩方面采取預防措施,有效的社會組織,如地震知識宣傳、強化防震減災意識、加強抗震救災組織,應急預案和快速的應急響應體系是減少人員傷亡、盡早恢復生產(chǎn)和正常生活的有效途徑。課程的主要參考資料包括:胡聿賢,《地震工程學》,地震出版社,1988李杰、李國強,《地震工程學導論》,地震出版社,1992A.K.Chopra,DynamicsofStructures:Theory&ApplicationtoEarthquakeEngineering,PrenticeHall,W.F.Chen,EarthquakeEngineeringHandbook,CRC,YousefBozorgnia,EarthquakeEngineering-FromEngineeringSeismologytoPerformance-BasedEngineering,CRC,W.F.Chen,EarthquakeEngineeringforStructuralDesign,Taylors,CharlesK.Erdey,EarthquakeEngineering-ApplicationtoDesign,JohnWiley,R.W.Day,GeotechnicalEarthquakeEngineeringHandbook,McGraw-Hill,ICodesandSpecificationsonSeismicDesignFederalHighwayAdministration(FHWA)CaltransAASHTOIIEarthquakeInformation(EarthquakeGroundMotionDatabase)(PEER,USA)(NIED,Japan)(NCEDC,USA)(NEIC,USGS,USA)IIIResearchonEarthquakeEngineeringCaltransEERC(EarthquakeEngineeringResearchCentre)(Berkeley,CA)(Abstractcanbeaccessed)EERL(EarthquakeEngineeringResearchLaboratory,Pasadena、CA)EERI(EarthquakeEngineeringResearchInstitute,USA)PEER(PacificEarthquakeEngineeringResearchCentre)DPRI(DisasterPreventionResearchInstitute,Japan)(Manyusefullinks)獨立行政法人土木研究所(Japan)http://.go.jp/index.htmlIRIS(IncorporatedResearchInstitutionsforSeismology,NCREE(國家地震工程研究中心,中國臺灣)期刊目錄:BulletinoftheSeismologicalSocietyofAmericaEarthquakeEngineeringandStructuralDynamicsEarthquakeSpectrumBulletinofEarthquakeEngineeringJournalofEarthquakeEngineering地震學報地震工程與工程振動建筑結構學報土木工程學報ProceedingsofWorldConferenceonEE.(1956第1屆舊金山,第14屆中國北京第15屆葡萄牙里斯本)……由于時間關系,講稿中的引用的圖片未注明出處,特此聲明!第一章地震工程學的早期發(fā)展和當代目標1.1緒論1.2地震工程學的誕生與成長十九世紀后期諸多事件和1906舊金山大地震的重創(chuàng)1908墨西拿大地震與1923關東(東京)大地震1925—1933年的發(fā)展1933美國長灘大地震的重創(chuàng)1933—1959年:建筑規(guī)范標準的發(fā)展EERI(美國工程地震研究所)的建立1952年和1956年的會議1960年以來結構動力學在地震工程學上的應用1960年國際地震工程學聯(lián)合會的建立關于美國地震工程學早期發(fā)展的進一步閱讀材料1.3自從1960年以來的地震工程學地震工程學的概念與目標的發(fā)展地震認識、地震災害與設防的現(xiàn)實地震風險的概念,評測與控制地震工程學的跨學科性1.4地震工程學最近的事件、發(fā)展與未來的挑戰(zhàn)1.5結束寄語1.1緒論

本章節(jié)介紹了特別是美國的地震工程學的早期發(fā)展,簡短地談到了1960年以前影響地震工程學發(fā)展的重大事件,以及對地震問題的認識,導致發(fā)生地震災害的影響因素和地震設防的重要性。之后的內(nèi)容包括了自從1960年發(fā)生的各種影響事件,地震工程發(fā)展與取得的進步,還談及了地震工程學的未來挑戰(zhàn),以及最后附上的結束寄語1.2地震工程學的誕生與成長

本節(jié)簡短的討論了特別是美國地震工程學的歷史,由于地域范圍的限制,地震工程學的全史超出了本章的范圍;由此只選擇性的討論了與地震工程學聯(lián)系密切的事件與人物。僅談論美國地震工程學的發(fā)展而不提及她國的重要發(fā)現(xiàn)顯然是不可能的。因此,會概述某些她國重要密切的發(fā)現(xiàn)。

根據(jù)哈德森(Hudson、1992)的說法,地震工程學既是一個古老的事物也是一個新鮮的事物。如果說,地震工程學是人類有意識的提高人造建筑的抗震能力的嘗試的話,那這的確很古老,中國3000多年的地震史就驗證了這一點。另一方面,如果被看作多學科共同努力下的科學成果的話,相正確這又是一個新鮮事物。經(jīng)過本章節(jié),我們強調(diào)的是要關注地震工程學的現(xiàn)代科學性。正像許多學者(比如豪斯那(Housner,1984);Usami,1988;哈德森Hudson,1992)表示的,根據(jù)EE的定義,很難確定一個精確的地震工程學發(fā)展的時間表。可是,不同時期發(fā)生的事件和活躍活動都和地震災后調(diào)查,抗震設計方法和抗震設防的改進相關聯(lián),這已經(jīng)確認的了;討論即以此為開始。1.2.1十九世紀后期諸多事件和1906舊金山大地震的重創(chuàng)

十九世紀晚期至20世紀早期,對地震及其效應的興趣開始在日本,意大利和美國(特別是加州)(弗里曼Freeman,1932;豪斯那Hounser,19