ppt课件工程结构抗震理论及应用
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工程结构抗震设计 ppt课件
Vse
d0
(b) 折算土层
式中 Vsi——第i层土的剪切波速，m/s di ——第i层土的厚度，m d0 —— 场地土计算厚度，取地面下20m，但不 深于场地覆盖层厚度，m n —— 土层数目
3．对丁类建筑及不超过10层且高度不超过30m的丙类 建筑，当无实测剪切波速时，可根据岩土名称和性 状，先估计各土层剪切波速，再计算等效剪切波速。
坚硬土 中硬土 软弱土 液化土
山丘 山嘴
滑坡
地裂 泥石流
不利的场地条件
水边地的地下水位 较高，土质也较松 软，容易在地震时 产生土壤滑动或地 层液化。
山坡地在地震时会 产生土壤滑动。冲 积地的土质松软， 地震时容易塌陷， 如果此处有地下水 层，还容易发生液 化。
用另外的土石來填 补地基，常有土壤 密实度不足情形， 导致建筑物在地震 时产生倾斜、沉陷。
9.5
9.5
砂
190
37.8
28.3
淤泥质粘土
130
dov=63m
43.6
5.8
砂
240
60.1
16.5
淤泥质粘土
200
(2)地面下20m以上场地土等效剪
63 69.5
2.9 6.5
细砂 砾混粗砂
310 520
切波速
vsed0/t
nd0di
20
15.92 m/s
9.5/190 1.05/130
v i1 si
不利的场地条件
临近悬崖,容易滑落。
谷地或低地，这里的建筑物容易 在地震发生时，受土石崩塌破坏。
不利的场地条件
断裂带是地质上的薄弱环节，浅 源地震多与断裂活动有关。
第二节 场 地
一、场地概念
建筑结构抗震设计(ppt 53页)
据统计，我国大陆地震约占世界大 陆地震的三分之一。原因是：我国正 好介于地球的两大地震带之间。
我国是一个地震灾害最严重的国家
我国地震活动频度高、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%。20世纪全球两次死亡20万人
建筑结构抗震设计(ppt 53页)
2021年8月19日星期四
• 地震是一种危及人民生命财产安全、破坏性极 大的突发性自然灾害，地震造成生命、财产损 失的直接原因是建筑物的剧烈震动、破坏倒塌。
• 目前预测工作没有发展到准确预报的程度。随 着我国城市化的发展，人口和财富向城市高度 集中，基础设施高度发达，地震造成的后果将 日益严重。
因此，破坏性地震常常是突然发生的。
目前，科学技术上还无法控制地震的发生。 每次地震都会给人类社会带来灾难。
二、全世界地震带 主要分布于以下两个带： （1）环太平洋地震带（2）欧亚地震 带
这两个地震带 释放的能量，欧亚地震带 约占全球所有 地震释放能量 的3、地核：地球最 里面的一层，半径 约 为 3500km ， 是 地球的核心部分。 可分为外核（厚 2100km ） 和 内 核 （ 厚 1400Km ） ， 其主要构成物质是 镍和铁。根据推测，
什么是地震？
地震是指因地球内部缓慢积累的能量突然 释放而引起的地球表层的振动 。
地震是一种自然现象，地球上每天都在发 生地震，一年约有500万次。其中约5万 次人们可以感觉到；能造成破坏的约有 1000次； 7级以上的大地震平均一年有
3、按地震序列分类：
地震时弹性应变能，以波的形式释放扩散 射、折射形成持续过程，加之断裂错位不是 故在一定时间内（几十天或数月）相继发生 的一系列大小地震称为地震序列。 在一个地震序列中，最大的一次地震称为主 主震之前发生的地震称为前震。 主震之后发生的地震称为余震。
我国是一个地震灾害最严重的国家
我国地震活动频度高、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%。20世纪全球两次死亡20万人
建筑结构抗震设计(ppt 53页)
2021年8月19日星期四
• 地震是一种危及人民生命财产安全、破坏性极 大的突发性自然灾害，地震造成生命、财产损 失的直接原因是建筑物的剧烈震动、破坏倒塌。
• 目前预测工作没有发展到准确预报的程度。随 着我国城市化的发展，人口和财富向城市高度 集中，基础设施高度发达，地震造成的后果将 日益严重。
因此，破坏性地震常常是突然发生的。
目前，科学技术上还无法控制地震的发生。 每次地震都会给人类社会带来灾难。
二、全世界地震带 主要分布于以下两个带： （1）环太平洋地震带（2）欧亚地震 带
这两个地震带 释放的能量，欧亚地震带 约占全球所有 地震释放能量 的3、地核：地球最 里面的一层，半径 约 为 3500km ， 是 地球的核心部分。 可分为外核（厚 2100km ） 和 内 核 （ 厚 1400Km ） ， 其主要构成物质是 镍和铁。根据推测，
什么是地震？
地震是指因地球内部缓慢积累的能量突然 释放而引起的地球表层的振动 。
地震是一种自然现象，地球上每天都在发 生地震，一年约有500万次。其中约5万 次人们可以感觉到；能造成破坏的约有 1000次； 7级以上的大地震平均一年有
3、按地震序列分类：
地震时弹性应变能，以波的形式释放扩散 射、折射形成持续过程，加之断裂错位不是 故在一定时间内（几十天或数月）相继发生 的一系列大小地震称为地震序列。 在一个地震序列中，最大的一次地震称为主 主震之前发生的地震称为前震。 主震之后发生的地震称为余震。
第三章2 工程结构地震反应分析与抗震验算.ppt
h 1 ---直线下降段的斜率调整系数；按下式确定
h1 = 0.02 + (0.05 - z ) / 8 当h1 < 0时，取h1 = 0
h2 - -阻尼调整系数，h2 < 0.55时，取h2 = 0.55
h2
=1+
0.05 - z 0.06 +1.7z
Tg : 特征周期，见表3.2
max：水平地震系数的最大值 α max = kβ max ,β max= 2.25
结构在地震持续过程中经受的最大地震作用为
F
=
F (t ) max
= m &x&(t) + &x&g (t) max
= mSa
= mg Sa
&x&g (t) max = Gk = G
&x&g (t) max
g
G ---集中于质点处的重力荷载代表值；
g ---重力加速度
= Sa
&x&g (t) max
地震特征周期分组的特征周期值（s）
场地类别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
第一组 0.25
0.35
0.45 0.65
查表确定 Tg Tg = 0.3
第二组 0.30
0.40
第三组 0.35
0.45
0.55 0.75 0.65 0.90
例：单层单跨框架。屋盖刚度为无穷大，质量集中于屋 盖处。已知设防烈度为8度，设计地震分组为二组，Ⅰ类 场地；屋盖处的重力荷载代表值G=700kN，框架柱线刚 度 ic = EIc / h = 2.6104 kN m ,阻尼比为0.05。试求该结构多 遇地震时的水平地震作用。
工程地震与结构抗震-地震危险性分析PPT(共 44张)
12
2）划分地震构造区 单元划分； 划分的判断：构造活动年代
相同构造类型 构造应力场 地球物理场 地震活动性 实际就是在划分潜在震源区
13
3）确定最大震级 为尽量细地分析地震活动的非均匀性，将
发震断层分段。 用地震构造特征确定最大震级： 断层长度，错动类型，历史活动，综合
确定（需要经验） 4）最大原则：综合考虑各潜在震源影响，取 最大者
交 叉 学 科
5
地表及基岩地形
目的：工程场地的地震动
场地土层区（局部）
地震波传播
基岩区 （区域地质）
震 源
6
影响地震动及地震地质灾害的因素
• 地震、地质环境：震源特性
• 区域地质条件：地壳介质
对地震动的影响 空间上缓慢变化
• 局部场地条件：地形，土层，（近地表）断层
对地震动的影响空间上显著变化
7
21
一般说来，这样的分布模型将会是非常复杂 的，并且在缺少地震数据的情况下，建立这样的模 型也是非常困难的。在实际应用中，通常将这3个 参数独立开来而分别研究其统计特征。
地震危险性分析研究工作的发展
地震危险性研究起自四十年代。随着科学技术的 发展，为满足蓬勃发展的工程建设的需要，地震危险 性评定工作大致经历了两个重要的发展阶段：
第一阶段自50年代初期到70年代后期，所用的方 法称之为确定性方法，即地震基本烈度鉴定方法。基 本烈度确定后，其场地影响采用场地分类法，按照有 关抗震设计规范对场地进行分类以确定设计地震动参 数。
15
3）历史地震衰减资料 因为是有具体区域，所以要查尽相关
资料，反映区域特点 特殊的衰减关系 考虑烈度异常
以上确定性方法中都将震源看成点源，没有 考虑大震发震断层长度影响，如果直接以历 史地震资料为基础，有可能避免。
2）划分地震构造区 单元划分； 划分的判断：构造活动年代
相同构造类型 构造应力场 地球物理场 地震活动性 实际就是在划分潜在震源区
13
3）确定最大震级 为尽量细地分析地震活动的非均匀性，将
发震断层分段。 用地震构造特征确定最大震级： 断层长度，错动类型，历史活动，综合
确定（需要经验） 4）最大原则：综合考虑各潜在震源影响，取 最大者
交 叉 学 科
5
地表及基岩地形
目的：工程场地的地震动
场地土层区（局部）
地震波传播
基岩区 （区域地质）
震 源
6
影响地震动及地震地质灾害的因素
• 地震、地质环境：震源特性
• 区域地质条件：地壳介质
对地震动的影响 空间上缓慢变化
• 局部场地条件：地形，土层，（近地表）断层
对地震动的影响空间上显著变化
7
21
一般说来，这样的分布模型将会是非常复杂 的，并且在缺少地震数据的情况下，建立这样的模 型也是非常困难的。在实际应用中，通常将这3个 参数独立开来而分别研究其统计特征。
地震危险性分析研究工作的发展
地震危险性研究起自四十年代。随着科学技术的 发展，为满足蓬勃发展的工程建设的需要，地震危险 性评定工作大致经历了两个重要的发展阶段：
第一阶段自50年代初期到70年代后期，所用的方 法称之为确定性方法，即地震基本烈度鉴定方法。基 本烈度确定后，其场地影响采用场地分类法，按照有 关抗震设计规范对场地进行分类以确定设计地震动参 数。
15
3）历史地震衰减资料 因为是有具体区域，所以要查尽相关
资料，反映区域特点 特殊的衰减关系 考虑烈度异常
以上确定性方法中都将震源看成点源，没有 考虑大震发震断层长度影响，如果直接以历 史地震资料为基础，有可能避免。
工程结构抗震设计ppt
2．地震作用的计算
可采用底部剪力法。
3．楼层地震剪力在墙体间的分配
当抗震横墙间距不超过限值要求时，认为 横向地震作用全部由横墙承担 纵向地震作用全部由纵墙承担
各道墙间地震剪力的分配 1）刚性楼盖房屋：横墙承受的地震剪力按各横墙
的侧移刚度比例分配 2）柔性楼盖房屋：横墙承受的地震剪力按各横墙
从属面积上的重力荷载比例分配 3）中等刚性买的VIP时长期间，下载特权不清零。
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上述两种方法的平均值 4）纵向地震剪力可按各纵墙的侧移刚度比例分配
4．同一道墙上各墙段间地震剪力分配
地震剪力按各墙段的侧移刚度比例分配
5．墙体抗震承载力验算
（1）各类砌体的抗震抗剪强度设计值 fvE
fvE =N fv
式中，fv——非抗震设计的砌体抗剪强度设计值 N——砌体强度的正应力影响系数
（2）墙体截面的抗剪强度验算 选择不利墙段 1）承担水平地震作用较大的墙段 2）竖向压应力较小的墙段 3）墙体截面被削弱较多的墙段
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可采用底部剪力法。
3．楼层地震剪力在墙体间的分配
当抗震横墙间距不超过限值要求时，认为 横向地震作用全部由横墙承担 纵向地震作用全部由纵墙承担
各道墙间地震剪力的分配 1）刚性楼盖房屋：横墙承受的地震剪力按各横墙
的侧移刚度比例分配 2）柔性楼盖房屋：横墙承受的地震剪力按各横墙
从属面积上的重力荷载比例分配 3）中等刚性买的VIP时长期间，下载特权不清零。
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上述两种方法的平均值 4）纵向地震剪力可按各纵墙的侧移刚度比例分配
4．同一道墙上各墙段间地震剪力分配
地震剪力按各墙段的侧移刚度比例分配
5．墙体抗震承载力验算
（1）各类砌体的抗震抗剪强度设计值 fvE
fvE =N fv
式中，fv——非抗震设计的砌体抗剪强度设计值 N——砌体强度的正应力影响系数
（2）墙体截面的抗剪强度验算 选择不利墙段 1）承担水平地震作用较大的墙段 2）竖向压应力较小的墙段 3）墙体截面被削弱较多的墙段
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工程结构抗震课件
地震 动
地震动是指地震时作用于工程结构的地震力，其特性包括峰值、频率和持时等。 地震动具有随机性和不确定性，需通过地震观测和震害调查进行了解。
工程结构的震害与破坏机理
震害类型
工程结构的震害类型主要包括变形破坏、断裂破坏、倾倒破 坏和丧失使用功能等。不同类型结构的震害特点不同，需根 据具体情况采取相应的抗震措施。
新材料与新工艺的应用
01
02
03
新材料应用
采用高强度材料、复合材 料等新型材料，提高结构 的强度和刚度，降低地震 作用下的结构响应。
新工艺应用
采用新型连接方式、混合 结构设计等新工艺，提高 结构的整体性和稳定性， 增强结构的抗震能力。
优化结构设计
结合新材料和新工艺的应 用，优化结构设计，实现 工程结构的轻量化、高效 化和安全化。
减隔震技术的应用与发展
减隔震技术原理
减隔震技术是通过在结构关键部 位设置消能减震装置或隔震支座，
以减小地震作用对结构的影响。
减隔震装置类型
常见的减隔震装置包括摩擦阻尼 器、黏性阻尼器、支撑式悬挂减 震装置等，可根据不同结构和需
求选择合适的装置。
技术发展与推广
随着减隔震技术的不断发展，其 应用范围逐渐扩大，未来可在更 多工程结构中推广和应用该技术。
抗震加固方案
根据桥梁的结构特点和损伤情况，采用增设支撑、加固桥墩、更换部分桥面铺装等措施进行加固。同时，对桥面和桥 墩进行防震处理，以减少地震对桥梁的破坏。
抗震性能评估 在加固后，需要对桥梁的抗震性能进行评估，以确保桥梁在地震作用下的安全性和稳定性。评估内容包 括地震烈度、场地条件、结构类型、材料性能等因素。
抗震稳定性措施
为保障大坝在地震作用下的稳定 性，可采取一系列措施，如加强 坝体加固、优化排水系统、加强 防渗处理等。同时，还需要对大 坝进行定期检查和维护，确保其 处于良好的工作状态。
地震动是指地震时作用于工程结构的地震力，其特性包括峰值、频率和持时等。 地震动具有随机性和不确定性，需通过地震观测和震害调查进行了解。
工程结构的震害与破坏机理
震害类型
工程结构的震害类型主要包括变形破坏、断裂破坏、倾倒破 坏和丧失使用功能等。不同类型结构的震害特点不同，需根 据具体情况采取相应的抗震措施。
新材料与新工艺的应用
01
02
03
新材料应用
采用高强度材料、复合材 料等新型材料，提高结构 的强度和刚度，降低地震 作用下的结构响应。
新工艺应用
采用新型连接方式、混合 结构设计等新工艺，提高 结构的整体性和稳定性， 增强结构的抗震能力。
优化结构设计
结合新材料和新工艺的应 用，优化结构设计，实现 工程结构的轻量化、高效 化和安全化。
减隔震技术的应用与发展
减隔震技术原理
减隔震技术是通过在结构关键部 位设置消能减震装置或隔震支座，
以减小地震作用对结构的影响。
减隔震装置类型
常见的减隔震装置包括摩擦阻尼 器、黏性阻尼器、支撑式悬挂减 震装置等，可根据不同结构和需
求选择合适的装置。
技术发展与推广
随着减隔震技术的不断发展，其 应用范围逐渐扩大，未来可在更 多工程结构中推广和应用该技术。
抗震加固方案
根据桥梁的结构特点和损伤情况，采用增设支撑、加固桥墩、更换部分桥面铺装等措施进行加固。同时，对桥面和桥 墩进行防震处理，以减少地震对桥梁的破坏。
抗震性能评估 在加固后，需要对桥梁的抗震性能进行评估，以确保桥梁在地震作用下的安全性和稳定性。评估内容包 括地震烈度、场地条件、结构类型、材料性能等因素。
抗震稳定性措施
为保障大坝在地震作用下的稳定 性，可采取一系列措施，如加强 坝体加固、优化排水系统、加强 防渗处理等。同时，还需要对大 坝进行定期检查和维护，确保其 处于良好的工作状态。
地震作用和结构抗震验算工程振动稳定全套PPT课件
1
，
k kmax max 第33页/m共ax82页2.25
0.45max
例：单层单跨框架。屋盖刚度为无穷大，质量集中于屋
盖处。已知设防烈度为8度，设计地震分组为二组，Ⅰ类
场地；屋盖处的重力荷载代表值G=700kN，框架柱线刚
度
,阻尼比为0.05。试求该结构多遇地震时
的水平地震作用。
解：（1）求结构体系的自振周期
=0 =0
x(t) 1
t 0
xg
(
)e
(t
)sin
(t
)d
第11页/共82页
x(t) 1
t 0
xg
(
)e
(t
)sin
(t
)d
通过该式就可以求出单自由度弹性体系在地震作用下的振动反应，并可画出 振动的时程曲线。
但是由于地震的随机性，一次地震可能会出现多个地面运动加速度，就会有多 个振动反应曲线，对于抗震设计来说还是很麻烦。
第7页/共82页
1、运动方程的建立
质点相对地面的位移
m x(t)
质点位移 质点加速度 惯性力
m(x xg ) m
cx kx
弹性恢复力
xg (t)
阻尼力
地震引起的地面运动位移
根据达朗贝尔原理，物体在运动中的任一瞬时，作用 在物体上的外力与惯性力相互平衡，故
运动方程
还可以化简为：
第8页/共82页
mx(t) cx(t) kx(t) mxg (t)
罕遇地震 — 0.50（0.72） 0.90（1.20） 1.40
括号内的数字分别对应设计基本加速度0.15g和0.30g地区的地震影响系数。
第31页/共82页
抗震设计反应谱的特征及参数取值
建筑结构抗震设计理论与实例
结构抗震设防：
三水准的设防目标： 小震不坏、设防烈度可修、大震不到。
抗震设防目标的实现： 第一水准：按弹性计算结构在多遇地震下的内力进行强 度计算可保证小震不坏的设防目标； 第二水准：主要通过概念设计以及构造措施来保证； 第三水准：对脆性结构主要从抗震措施上加强；对延性 结构则进行弹塑性变形验算加以保证。
例题2.1解答
解：(1)确定地面下20m范围内土的类型
剪切波从地表到20m深度范围的传播时间：
n
t (di /Vst ) 9.5/17010.5/135 0.134s
t 1
Vse do / t 20 / 0.134 149 .3m / s
所以表层土属中软土。 (2).确定覆盖层厚度：68m以下土层为砾石夹砂、土层剪
第二章 场地、地基、和基础
2.1 建筑场地
一.建筑地段的选择(地质构造和地形) 1.地段类别的划分： (1)有利地段：基岩、坚硬土或密实均匀的中硬土。 (2)不利地段：软土、液化土、不均匀土(河道、暗浜等)。 (3)危险地段：地震时可能发生滑坡、崩陷、地裂、泥石
流等及发展断裂带。 2.发展断裂带的震害和避让： (1)震害：断裂带是地质构造上的薄弱环节，在地震时可
地震烈度：是地震对地面影响的强烈程度，主要依据宏 观的地震影响和破坏现象等方面来判断。 地震烈度是表示某一区域范围内地面和各种建筑物受到 一次地震影响的平均强弱程度的一个指标。 根据1999年颁布的中国地震烈度表划分地震烈度。
地震灾害：
1.4 地震灾害与抗震设防
1、地表破坏 2、建筑物破坏 3、次生灾害
3.根据表中数值计算场地等效剪切波速，并判 断场地类别。
土层厚度 2.2 5.8 8.2 4.5 4.3 Vs(m/s) 180 200 260 420 530
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记录的物理量不同可进一步分为位移计(摆)、速度计 (摆)和加速度计 ( 摆)。通常一点要采用一个测量竖向运动的拾振器、二个测量相互垂直 的水平向运动的拾振器。 ➢ 记录系统，机械、光、电流计、模拟磁带、数字磁带和固态存储； ➢ 触发-起动控制系统，节省存储空间等； ➢ 预存储系统，避免“丢头”、节省存储空间； ➢ 时标系统，以便各分量、相邻各点地震动的比较、分析，相对时标系 统（晶振）或绝对时标系统（GPS时间信号）； ➢ 电源系统，一旦强震发生造成正常供电系统的破坏和失灵，要保证整 套仪器驱动运转、线路控制、以及时标和光源正常工作。
❖ 震级越大、震中距越远，地震动记录的长周期分量就 越显著。
❖ 硬土且地层薄的地基上的地震动记录包含较为丰富的 高频成分，而软土且地层厚的地基上的地震动记录卓 越周期偏向长周期。
主讲：李宁 建工学院 研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
强震地面运动的类型
1、单脉冲（Single Shock）
地震为中等震级，可能引起局部破坏。例如，1966年6月27日的 Parkfield 地 震 记 录 ， 震 级 M=5.6 ， 震 中 距 R=0.07Km ， 震 源 深 度 H=5Km。
主讲：李宁 建工学院 研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
强震地面运动的类型
4、有大残余地表位移
例如 1964.6.16日本新澙地震M=7.7，R=38Km，由于砂土液化影响导 致地基出现变形；而1999年的集集地震，由于断层大规模错动的影响而使 近震源的地表发生较大的滑移。 以上四种类型的地震动中，第2种最为重要，并有大量的地震记录，第4种 最难研究。下图为几个典型的地震记录。
➢ 地震动特征的统计分析和结构抗震理论的发展。例如，从震源参 数、传播介质的性质演算地震动，随机合成地震动时程，从弹性 反应谱到非弹性反应谱，烈度定量标准及其观测仪器的建立，以 及场地条件对地震动的影响，地震时地基与结构的相互作用等研 究，都是在取得了强震观测记录的基础上发展起来的。
主讲：李宁 建工学院 研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
主讲：李宁 建工学院 研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
地震动观测
❖地震动观测的主要难点
➢ 绝对静止参考系 ➢ 摆（pendulum）的原理
主讲：李宁 建工学院 研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
地震动观测
❖ 强震仪主要由五个系统构成 ➢ 拾振系统，直接测量地震动的装置，通常称为拾振器或摆。根据其所
主讲：李宁 建工学院 研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
地震动观测
❖ 强震台网的布设 ➢ 台阵设计，根据具体的观测内容，给出能提供完整资料的仪
器布设方案,包括确定台阵的类型和规模，给出仪器的最优布 设方案，台阵的设置方法，提出对仪器性能、仪器安设和维 护管理技术的具体要求等。 ➢ 地震动观测台阵，震源机制台阵、传播效应(衰减）台阵、局 部场地效应台阵以及特殊地震动台阵等。 ➢ 结构反应台阵，房屋结构(工业与民用)地震反应台阵、地基结构系统地震反应台阵、桥梁、水坝、高炉、水塔、烟囱、 核反应堆等结构地震反应台阵等，了解各类典型结构在强烈 地震作用下的反应特征和破坏规律，确定结构在地震作用下 的反应和导致破坏的数学物理模式。
主讲：李宁 建工学院 研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
强震地面运动的类型
4、有大残余地表位移
例如 1964.6.16日本新澙地震M=7.7，R=38Km，由于砂土液化影响导 致地基出现变形；而1999年的集集地震，由于断层大规模错动的影响而使 近震源的地表发生较大的滑移。 以上四种类型的地震动中，第2种最为重要，并有大量的地震记录，第4种 最难研究。下图为几个典型的地震记录。
主讲：李宁 建工学院 研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
地震动特性
1 地震动幅值特性
❖ 地震动幅值可以是地面运动的加速度、速度或位移的 某种最大值或某种意义下的有效值。
❖ 目前采用最多的地震动幅值是地面运动最大加速度幅 值，它可以描述地面震动的强弱程度，且与震害有着 密切的关系，可作为地震烈度的参考物理指标。
主讲：李宁 建工学院 研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
本章提纲 第5章 地震地面运动
31 地震动观测 2 强震地面运动的类型 3 地面运动的特性 4 地震地面运动影响因素 35 地震动幅值沿深度变化规律 6 地面运动的衰减规律
主讲：李宁 建工学院 研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
地震动观测
❖ 地震动幅值的大小受震级、震源机制、传播途径、震 中距、局部场地条件等因素的影响。
❖ 一般地，在近场、基岩处的加速度峰值大于软弱场地 上的加速度峰值，而在远场则相反。
主讲：李宁 建工学院 研究生选修课程：工程结构抗震理论我国四川汶川地震时成 都某地震台站（CD2）记录的东西方向加速度 时程曲线，其最大峰值为304.8cm/s2。
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地震动特性
❖图示为该地震台站同时记录的东西方向速度和 位移时程曲线，速度最大峰值为11.3 cm/s， 位移最大峰值为6.4 cm。
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地震动特性
2 地震动频谱特性
❖ 地震动频谱特性是指地震动对具有不同自振周期的结 构的反应特性，通常可以用反应谱、功率谱和傅里叶 谱来表示。
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地震动观测
❖我国的强震观测
主讲：李宁 建工学院 研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
地震动观测
❖ 2002-2007年投入数亿元大规模扩建我国数字强震台 网
➢ 初步计划，增设2000台强震仪，其中自由场固定台 1160个，使8个国家一级重点监视区达到每600km2一 台强震仪(台距约25 km)，13个二级重点监视区达到每 1800km2一台强震仪(台距约42 km)。另在首都圈设 310台自由场固定台，速报烈度，台站密度达到每 50km2一台强震仪(台距约7 km)。还包括12个专门的 密集台阵和200台流动观测仪器。
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地震动观测
❖ 一级强震监控区（8个）
地
区
首都圈
四川中西部至滇东地区
滇西北地区
滇西南地区
甘东南至甘、青、川交界地区
宁夏北部至宁、蒙交界地区
新疆南天山西段地区
珠江三角洲
合
计
台数 130 240 90 62 130 60 60 28 800
主讲：李宁 建工学院 研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
天津大学
研究生选修课程
工程结构抗震理论 及应用
课程主讲人：李宁
开课单位：建筑工程学院 2020年11月3日
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31 地震动观测 2 强震地面运动的类型 3 地面运动的特性 4 地震地面运动影响因素 35 地震动幅值沿深度变化规律 6 地面运动的衰减规律
地震动观测
❖ 二级强震监控区（13个）
地
区
台数
山西中部、晋陕豫交界至西安地区
30
冀鲁豫交界地区
15
辽西至辽蒙交界地区
14
辽东半岛沈阳至大连、山东半岛潍坊至烟台
32
内蒙呼和浩特至包头地区
15
东北长春至哈尔滨地区
12
苏鲁皖浙沪地区
50
闽东南及闽粤赣地区
20
桂东南、粤西南至琼东北地区
22
祁连山中西段及青甘交界地区
主讲：李宁 建工学院 研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
地震动观测
❖ 如果没有强震观测及其所取得的科学资料，就谈不上现代 地震工程学的发展
➢ 地震工程之所以能成为一间定量的科学是和强震观测的成果分不 开的。
➢ 根据测量得到的地震加速度记录，计算了大量的反应谱曲线，获 得了“平均反应谱”或“标准反应谱”，使反应谱分析得以真正 应用于工程设计。
➢ 可以提供定量的数据 ➢ 可以测量地震破坏作用的全过程， ➢ 能够分别研究并测量导致建筑物破坏的各种因素 ➢ 不但为地震烈度和工程抗震措施提供定量数据和理论依
据，同时又检验从抗震研究实践中总结出来的认识、理 论和办法是否符合实际，从而加深人们对于抗震客观规 律的认识，成为不断推动地震工程研究发展的重要手段 。
20
青海格尔木及其以北三湖地区
10
新疆北天山中段地区
30
新疆南天山中段地区
30
合
计
300
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本章提纲 第5章 地震地面运动
31 地震动观测 2 强震地面运动的类型 3 地面运动的特性 4 地震地面运动影响因素 35 地震动幅值沿深度变化规律 6 地面运动的衰减规律
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地震动观测
❖强震台网的布设
Measuring Point
Basement
Ground
Observation Station 1
0
Structural array of CSB’s Disaster Prevention Building
Observation Station 2
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本章提纲 第5章 地震地面运动
31 地震动观测 2 强震地面运动的类型 3 地震动的特性 4 地震地面运动影响因素 35 地震动幅值沿深度变化规律 6 地面运动的衰减规律
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地震动特性
地震动观测
❖ 震级越大、震中距越远，地震动记录的长周期分量就 越显著。
❖ 硬土且地层薄的地基上的地震动记录包含较为丰富的 高频成分，而软土且地层厚的地基上的地震动记录卓 越周期偏向长周期。
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强震地面运动的类型
1、单脉冲（Single Shock）
地震为中等震级，可能引起局部破坏。例如，1966年6月27日的 Parkfield 地 震 记 录 ， 震 级 M=5.6 ， 震 中 距 R=0.07Km ， 震 源 深 度 H=5Km。
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强震地面运动的类型
4、有大残余地表位移
例如 1964.6.16日本新澙地震M=7.7，R=38Km，由于砂土液化影响导 致地基出现变形；而1999年的集集地震，由于断层大规模错动的影响而使 近震源的地表发生较大的滑移。 以上四种类型的地震动中，第2种最为重要，并有大量的地震记录，第4种 最难研究。下图为几个典型的地震记录。
➢ 地震动特征的统计分析和结构抗震理论的发展。例如，从震源参 数、传播介质的性质演算地震动，随机合成地震动时程，从弹性 反应谱到非弹性反应谱，烈度定量标准及其观测仪器的建立，以 及场地条件对地震动的影响，地震时地基与结构的相互作用等研 究，都是在取得了强震观测记录的基础上发展起来的。
主讲：李宁 建工学院 研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
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地震动观测
❖地震动观测的主要难点
➢ 绝对静止参考系 ➢ 摆（pendulum）的原理
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地震动观测
❖ 强震仪主要由五个系统构成 ➢ 拾振系统，直接测量地震动的装置，通常称为拾振器或摆。根据其所
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地震动观测
❖ 强震台网的布设 ➢ 台阵设计，根据具体的观测内容，给出能提供完整资料的仪
器布设方案,包括确定台阵的类型和规模，给出仪器的最优布 设方案，台阵的设置方法，提出对仪器性能、仪器安设和维 护管理技术的具体要求等。 ➢ 地震动观测台阵，震源机制台阵、传播效应(衰减）台阵、局 部场地效应台阵以及特殊地震动台阵等。 ➢ 结构反应台阵，房屋结构(工业与民用)地震反应台阵、地基结构系统地震反应台阵、桥梁、水坝、高炉、水塔、烟囱、 核反应堆等结构地震反应台阵等，了解各类典型结构在强烈 地震作用下的反应特征和破坏规律，确定结构在地震作用下 的反应和导致破坏的数学物理模式。
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强震地面运动的类型
4、有大残余地表位移
例如 1964.6.16日本新澙地震M=7.7，R=38Km，由于砂土液化影响导 致地基出现变形；而1999年的集集地震，由于断层大规模错动的影响而使 近震源的地表发生较大的滑移。 以上四种类型的地震动中，第2种最为重要，并有大量的地震记录，第4种 最难研究。下图为几个典型的地震记录。
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地震动特性
1 地震动幅值特性
❖ 地震动幅值可以是地面运动的加速度、速度或位移的 某种最大值或某种意义下的有效值。
❖ 目前采用最多的地震动幅值是地面运动最大加速度幅 值，它可以描述地面震动的强弱程度，且与震害有着 密切的关系，可作为地震烈度的参考物理指标。
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本章提纲 第5章 地震地面运动
31 地震动观测 2 强震地面运动的类型 3 地面运动的特性 4 地震地面运动影响因素 35 地震动幅值沿深度变化规律 6 地面运动的衰减规律
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地震动观测
❖ 地震动幅值的大小受震级、震源机制、传播途径、震 中距、局部场地条件等因素的影响。
❖ 一般地，在近场、基岩处的加速度峰值大于软弱场地 上的加速度峰值，而在远场则相反。
主讲：李宁 建工学院 研究生选修课程：工程结构抗震理论我国四川汶川地震时成 都某地震台站（CD2）记录的东西方向加速度 时程曲线，其最大峰值为304.8cm/s2。
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地震动特性
❖图示为该地震台站同时记录的东西方向速度和 位移时程曲线，速度最大峰值为11.3 cm/s， 位移最大峰值为6.4 cm。
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地震动特性
2 地震动频谱特性
❖ 地震动频谱特性是指地震动对具有不同自振周期的结 构的反应特性，通常可以用反应谱、功率谱和傅里叶 谱来表示。
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地震动观测
❖我国的强震观测
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地震动观测
❖ 2002-2007年投入数亿元大规模扩建我国数字强震台 网
➢ 初步计划，增设2000台强震仪，其中自由场固定台 1160个，使8个国家一级重点监视区达到每600km2一 台强震仪(台距约25 km)，13个二级重点监视区达到每 1800km2一台强震仪(台距约42 km)。另在首都圈设 310台自由场固定台，速报烈度，台站密度达到每 50km2一台强震仪(台距约7 km)。还包括12个专门的 密集台阵和200台流动观测仪器。
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地震动观测
❖ 一级强震监控区（8个）
地
区
首都圈
四川中西部至滇东地区
滇西北地区
滇西南地区
甘东南至甘、青、川交界地区
宁夏北部至宁、蒙交界地区
新疆南天山西段地区
珠江三角洲
合
计
台数 130 240 90 62 130 60 60 28 800
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天津大学
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工程结构抗震理论 及应用
课程主讲人：李宁
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本章提纲 第5章 地震地面运动
31 地震动观测 2 强震地面运动的类型 3 地面运动的特性 4 地震地面运动影响因素 35 地震动幅值沿深度变化规律 6 地面运动的衰减规律
地震动观测
❖ 二级强震监控区（13个）
地
区
台数
山西中部、晋陕豫交界至西安地区
30
冀鲁豫交界地区
15
辽西至辽蒙交界地区
14
辽东半岛沈阳至大连、山东半岛潍坊至烟台
32
内蒙呼和浩特至包头地区
15
东北长春至哈尔滨地区
12
苏鲁皖浙沪地区
50
闽东南及闽粤赣地区
20
桂东南、粤西南至琼东北地区
22
祁连山中西段及青甘交界地区
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地震动观测
❖ 如果没有强震观测及其所取得的科学资料，就谈不上现代 地震工程学的发展
➢ 地震工程之所以能成为一间定量的科学是和强震观测的成果分不 开的。
➢ 根据测量得到的地震加速度记录，计算了大量的反应谱曲线，获 得了“平均反应谱”或“标准反应谱”，使反应谱分析得以真正 应用于工程设计。
➢ 可以提供定量的数据 ➢ 可以测量地震破坏作用的全过程， ➢ 能够分别研究并测量导致建筑物破坏的各种因素 ➢ 不但为地震烈度和工程抗震措施提供定量数据和理论依
据，同时又检验从抗震研究实践中总结出来的认识、理 论和办法是否符合实际，从而加深人们对于抗震客观规 律的认识，成为不断推动地震工程研究发展的重要手段 。
20
青海格尔木及其以北三湖地区
10
新疆北天山中段地区
30
新疆南天山中段地区
30
合
计
300
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本章提纲 第5章 地震地面运动
31 地震动观测 2 强震地面运动的类型 3 地面运动的特性 4 地震地面运动影响因素 35 地震动幅值沿深度变化规律 6 地面运动的衰减规律
主讲：李宁 建工学院 研究生选修课程：工程结构抗震理论及应用
地震动观测
❖强震台网的布设
Measuring Point
Basement
Ground
Observation Station 1
0
Structural array of CSB’s Disaster Prevention Building
Observation Station 2
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本章提纲 第5章 地震地面运动
31 地震动观测 2 强震地面运动的类型 3 地震动的特性 4 地震地面运动影响因素 35 地震动幅值沿深度变化规律 6 地面运动的衰减规律
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地震动特性
地震动观测