橋梁抗風抗震

第二講地震基礎(chǔ)知識

及工程抗震概論福州大學(xué)土木工程學(xué)院卓衛(wèi)東博士教授，博士生導(dǎo)師2023/2/42第一部分——地震基礎(chǔ)知識地震術(shù)語地震分類構(gòu)造地震的成因地震震級與烈度地震波與地震動地震分布

第二部分——工程抗震概論地震安全性評價地震區(qū)劃抗震設(shè)防原則抗震設(shè)計極限狀態(tài)概念結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計基本參數(shù)抗震設(shè)計原則

內(nèi)容提要地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論2023/2/43震源：地球內(nèi)部發(fā)生地震的地方稱為震源。震源是地震能量的釋放中心，理論上可以將震源看作一個點，而實際上是一個區(qū)。震源深度：將震源看作一個點，該點到地面的垂直距離稱為震源深度。震源距：從震源到觀測點的距離稱為震源距。震中：震源在地面的投影稱為震中。震中附近的區(qū)域稱為震中區(qū)，理論上震中區(qū)為地面上遭受破壞最嚴重的地區(qū)（極震區(qū)），但實際上由于地表局部地質(zhì)條件的影響，震中區(qū)不一定與極震區(qū)相同。震中距：在地面上，從震中到觀測點沿大圓弧測量的距離稱為震中距。震級：表示地震能量大小的等級標度。

地震基礎(chǔ)知識——地震術(shù)語地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論2023/2/44地震波：地震引起的振動以彈性波的形式從震源向各個方向傳播并釋放能量。這種傳播地震能量的彈性波稱為地震波。主震：在某地區(qū)的某段時間內(nèi)，與其前后相比，地震顯著頻繁發(fā)生，其中規(guī)模最大、釋放地震能量最多者稱為主震。前震：發(fā)生在主震以前的地震。余震：發(fā)生在生震以后的地震。

地震基礎(chǔ)知識——地震術(shù)語地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論2023/2/45地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

地震可分為天然地震和人為地震兩大類。人為地震，主要指人工爆破、礦山開采、深井抽液或注液和工程活動（如興建水庫）所誘發(fā)的地震。人為地震一般都不太強烈，僅有個別情況（如水庫地震）會造成較大破壞。天然地震可以有以下幾種不同的分類方法：按成因分類按震源深度分類按震級分類按震中距分類

地震基礎(chǔ)知識——地震分類2023/2/46地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論按成因分類：主要有火山地震、陷落地震和構(gòu)造地震。由于火山活動而引起的地震叫火山地震。由于地下巖洞突然塌陷而引起的地震叫陷落地震。構(gòu)造地震則是地球內(nèi)部巖層構(gòu)造活動在某些階段發(fā)生急劇變化時引起的。天然地震中，構(gòu)造地震發(fā)生的次數(shù)最多（約為全球地震總數(shù)的90%），涉及的范圍最廣，釋放的能量最大，造成的危害也最大，是地震工程研究的主要對象。

地震基礎(chǔ)知識——地震分類2023/2/47地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論按震源深度分類：可分為淺源地震、中源地震和深源地震三類。淺源地震是指震源深度小于60km的地震。淺源地震造成的危害最大。我國發(fā)生的地震，絕大多數(shù)是淺源地震，震源深度在10~20km。中源地震是指震源深度在60~300km之間的地震。中源地震主要分布在臺灣省東部沿海、西藏雅魯藏布江以南地區(qū)和新疆帕米爾附近，其震源深度在100~200km之間。深源地震則是指震源深度大于300km的地震。深源地震集中分布在黑龍江、吉林兩省交界處的牡丹江-延吉一線以東地區(qū)，震源深度在40~600km之間。目前世界上觀測到的地震中，最大震源深度約為720km。當震源深度超過100km時，通常不會在地面上造成震害。

地震基礎(chǔ)知識——地震分類2023/2/48地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論按震級分類：可分為微震、有感地震、中強地震和強震四類。微震是指震級小于2級的地震。微震人們感覺不到，只有儀器才能記錄到。有感地震是指震級在2~5級之間的地震。有感地震一般人可以感覺到。中強地震是指震級大于5級、小于7級的地震。中強地震能造成不同程度的破壞。強震是指震級大于7級的地震。強震往往具有巨大的破壞性。按震中距分類：可分為地方震、近震和遠震三類。地方震是指離觀測點的震中距小于100km的地震。近震是指離觀測點的震中距小于1000km的地震。遠震是指離觀測點的震中距大于1000km的地震。

地震基礎(chǔ)知識——地震分類2023/2/49地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論為了解釋構(gòu)造地震的成因，我們首先需要了解地球的構(gòu)造。地球構(gòu)造:

地球是一個外形略呈梨形的橢球體，平均半徑約6400km。地球的內(nèi)部構(gòu)造，與雞蛋十分相似，由地表至核心可分為性質(zhì)不同的三層，最外一層是相當薄的地殼，只占地球體積的0.5%；其下為地幔，厚約2900km，約占地球總體積的83.3%；地殼與地幔的分界面稱為莫霍面，它是一個地震波傳播速度急劇變化的不連續(xù)面；最里面的部分叫做地核，半徑約3500km。

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因2023/2/410地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論地殼:

地殼表層由很不均勻的巖石組成，它的厚度也不是均勻的，高山或高原處厚度可達60~80km，如我國青藏高原；而在深海底只有5~8km，如大西洋海底；海陸地殼的平均厚度約為33km。世界上絕大多數(shù)的地震都發(fā)生在地殼這一層內(nèi)。地幔:

一般認為，地幔由質(zhì)地非常堅硬、比重較大的黑色橄欖巖組成。從莫霍面以下約40km~70km內(nèi)的地幔上部是剛性的巖石層，它與地殼共同組成所謂的巖石圈。

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因由于巖石圈的剛性和脆性，當巖層所受的拉力或壓力大于巖石強度時，巖層發(fā)生斷裂，造成節(jié)理或斷層。節(jié)理（joint）是斷裂面兩側(cè)并沒有相對位置移動或僅有輕微位移的斷裂面，幾乎廣泛地出現(xiàn)于所有巖層中。若斷裂面兩側(cè)的巖塊沿斷裂面錯動，發(fā)生顯著的位置移動，便稱為斷層（fault）。斷層的規(guī)模變化很大，小的只有幾米，大的可至數(shù)百公里。

2023/2/411地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因2023/2/412地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論軟流圈:

觀測研究發(fā)現(xiàn)，在巖石圈以下存在著一個厚約幾百公里的地震波低速層，稱為軟流圈。形成低速層的原因是該處巖石處于部分熔融狀態(tài)，以致當?shù)卣鸩ù┻^此層時波速降低，其中剪切波的衰減特別明顯。地核:地核是地球的核心，體積占整個地球的16.2%，但總質(zhì)量卻占到整個地球的31.5%。根據(jù)地震波傳播的分析，地核分為外地核、過渡層和內(nèi)核三個層次。外核可能處于液態(tài)，過渡層處于由液態(tài)向固態(tài)過渡的狀態(tài)，而內(nèi)核可能是固態(tài)。據(jù)推測，地核主要由鐵、鎳等物質(zhì)組成，內(nèi)核的壓力高達360萬個大氣壓力，溫度高達4000~50000C。

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因2023/2/413地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因2023/2/414地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論彈性回跳說——局部機制:

彈性回跳說是里德在1910年提出的。這一假說，最初是根據(jù)1906年舊金山8.3級大地震前后橫跨圣安德烈斯斷層的一些測標位移實測數(shù)據(jù)而得出的結(jié)論。

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因

彈性回跳說認為：地殼由彈性的、有斷層的巖層組成；地殼運動產(chǎn)生的能量以彈性應(yīng)變能的形式在斷層及其附近巖層中長期積累；當彈性應(yīng)變能積累及其巖層變形達到一定程度時，斷層上某一點的兩側(cè)巖體會發(fā)生相對錯動，并使沿斷層的鄰近點隨之發(fā)生位移，以致斷層兩側(cè)巖體向相反方向突然滑動，地震因之產(chǎn)生，此時，斷層上長期積累的彈性應(yīng)變能突然釋放；地震后，過去在應(yīng)變能作用下發(fā)生變形的巖體又重新恢復(fù)沒有變形的狀態(tài)。2023/2/415地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因2023/2/416地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因正斷層、逆斷層及平移斷層系根據(jù)斷層兩盤巖塊相對移動性質(zhì)分類的。2023/2/417地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論粘滑說——彈性回跳說的修正理論

彈性回跳說無法解釋地殼為何發(fā)生運動、彈性應(yīng)變能怎樣得以積聚等宏觀原因，而板塊構(gòu)造學(xué)說恰巧在這一點上彌補了其不足。此外，彈性回跳說也無法解釋伴隨大地震發(fā)生的地震序列現(xiàn)象（在一定時間內(nèi)某一區(qū)域連續(xù)發(fā)生的大小地震，按時間順序排列起來，即稱為一個地震序列）。為此，在20世紀60年代提出了粘滑說，對彈性回跳說進行了修正。

粘滑說認為，每一次斷層發(fā)生錯動時只釋放了積累的總應(yīng)變能中的一小部分，而非全部，而剩余部分則為斷層面上很高的動摩擦力所平衡。地震后，斷層兩側(cè)仍有摩擦力使之固結(jié)，并可以再積累應(yīng)力而發(fā)生較大的地震。粘滑說的這些觀點，合理地解釋了地震序列現(xiàn)象。

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因2023/2/418地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論板塊構(gòu)造學(xué)說——宏觀機制

被稱為“地學(xué)革命”的板塊構(gòu)造學(xué)說，建立在大陸漂移和海底擴張說的基礎(chǔ)上。早在1912年，德國氣象學(xué)家魏格納（Wegener）就提出了大陸漂移假說，但由于受科學(xué)觀測資料不足的限制，在當時沒有為多數(shù)人所接受。1962年，赫斯（Hess）依據(jù)深海鉆探、海洋地質(zhì)和海底地貌等方面的研究成果，提出了海底擴張假說。至1968年，通過多位學(xué)者先后發(fā)表的研究成果，板塊構(gòu)造學(xué)說大體上趨于完整。1969年正式形成了板塊構(gòu)造這一名稱。

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因2023/2/419地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因

大陸漂移說——科學(xué)探索精神1910年有人第一次提出了這種疑問：位于大西洋兩岸的南美大陸和非洲大陸的海岸線，為何如此相似？這個人就是德國地球物理學(xué)家、氣象學(xué)家阿爾弗萊德·魏格納。2023/2/420地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因

大陸漂移說——論點1912年，魏格納提出大陸漂移假說：大約在3億年前，全球只有一塊“超級大陸”——稱為“泛大陸”，后來這塊“超級大陸”分裂為若干塊大陸，經(jīng)過漫長歲月的移動，終于形成了今天的大陸位置關(guān)系。2023/2/421地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因

大陸漂移說——證據(jù)古生物證據(jù)：兩億年前的陸生動物化石﹙例如中龍﹚，能在南美洲和非洲發(fā)現(xiàn)；二至三億年前的舌羊齒植物化石，可在南美洲、非洲、印度、澳洲、南極洲發(fā)現(xiàn)。2023/2/422地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因

大陸漂移說——證據(jù)古氣候證據(jù)：從各大陸冰河遺跡地點、流動方向來看，由于泛大陸的南半部深入南極圈，因此覆蓋著厚厚的冰河，而目前在南美洲、非洲、印度、澳洲這些不會有冰河的地方卻都可發(fā)現(xiàn)冰河的遺跡；另外，從遺跡中冰河的流動方向來看，當各大陸拚回泛古陸時可發(fā)現(xiàn)冰河流動方向有一個源頭。2023/2/423地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因

大陸漂移說——證據(jù)2023/2/424地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因

大陸漂移說——來自當時其他科學(xué)家的質(zhì)疑認為地殼滑動會產(chǎn)生極大的摩擦力，而要超過這么大的摩擦力而使地殼滑動，應(yīng)該會導(dǎo)致地殼支離破碎﹙例如兩大片巖石相互疊著，要將上面的一片做水平移動是何等的困難）？這樣堅實的大陸怎么會像水上的木筏一樣漂來漂去呢？漂移的動力是什么？為什么漂移發(fā)生在2億5千萬年前？遺憾的是，這些問題在當時都沒有得到很好的解決。因此，大陸漂移理論在提出后不久，便被視為是一種荒唐的臆想，直到1930年魏格納去世后，還是沒有被接受！2023/2/425地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因

海底擴張說——論點之前的資料都來自于大陸地殼，而對于覆蓋地表70%的海洋地殼卻一無所知。但是從20世紀50年代伊始，在第二次世界大戰(zhàn)中開發(fā)的新技術(shù)被廣泛用于海洋觀測，比如采用聲納裝置觀測海底地形，利用海洋磁場儀探測海底磁場異常情況等。1962年美國人赫斯根據(jù)海洋勘探資料，提出“海底擴張說”：

地殼下方有地幔，地幔的熱能熔融上部地幔的物質(zhì)形成“巖漿”，巖漿自大洋中脊流出形成新的海洋地殼，新的地殼向兩側(cè)推擠，海洋地殼因而向兩側(cè)擴張；老的海洋地殼則在另一端沒入地幔再度熔融成地幔的一部分。2023/2/426地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因

海底擴張說——論據(jù)主要證據(jù)之一：大洋中脊兩側(cè)地磁倒轉(zhuǎn)對稱2023/2/427地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因

海底擴張說——論據(jù)主要證據(jù)之二：大洋中脊兩側(cè)地質(zhì)年代對稱2023/2/428地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

板塊構(gòu)造學(xué)說

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因在大陸漂移和海底擴張說的基礎(chǔ)上，20世紀60年代提出了板塊構(gòu)造學(xué)說。板塊構(gòu)造觀點認為，板塊的物質(zhì)組成是巖石圈，具剛性，它包括地殼和上地幔頂部，厚約70~100km。巖石圈下面是具塑性可流變物質(zhì)構(gòu)成的地幔軟流圈，厚度約幾百公里。全球巖石圈由于受到地幔的上升流和下降流及其牽引作用而分裂成若干似板塊的巨大塊體，稱為板塊。板塊運動形成的構(gòu)造，稱為板塊構(gòu)造。全球主要有六大板塊，即歐亞板塊、太平洋板塊、美洲板塊、非洲板塊、印度板塊和南極板塊。其中除太平洋板塊幾乎全為海洋外，其余五個板塊既包括大陸又包括海洋。此外，在板塊中還可以分出若干次一級的小板塊，如把美洲大板塊分為南、北美洲兩個板塊，菲律賓、阿拉伯半島、土耳其等也可作為獨立的小板塊。2023/2/429地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因全球主要板塊包括：歐亞板塊、太平洋板塊、美洲板塊、非洲板塊、印度板塊和南極板塊，若加上如菲律賓海板塊等較小的板塊，則全球約有十四個板塊。

板塊構(gòu)造學(xué)說2023/2/430地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

根據(jù)板塊構(gòu)造學(xué)說，地球表面覆蓋著不變形且堅固的板塊，這些板塊確實在以每年1厘米到10厘米的速度在移動。由于地球表面積是有限的，地球板塊分類為三種狀態(tài)：其一為彼此接近的匯聚型板塊邊界（匯聚邊界）；其二為彼此遠離的分離型板塊邊界（擴張邊界）；其三為彼此交錯的轉(zhuǎn)換型板塊邊界（轉(zhuǎn)換斷層邊界）。板塊本身是不會變形的，地球表面活動便都在這三種狀態(tài)下集中發(fā)生。

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因

板塊構(gòu)造學(xué)說2023/2/431地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

板塊構(gòu)造學(xué)說

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因板塊構(gòu)造示意圖2023/2/432地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

在地幔對流的傳送下，全球板塊發(fā)生緩慢的漂移現(xiàn)象。當兩個板塊相遇時，發(fā)生兩板塊之間的碰撞現(xiàn)象。碰撞既可能在兩個海洋板塊之間發(fā)生，也可能在海洋板塊和大陸板塊之間發(fā)生，或在兩個大陸板塊之間發(fā)生。當海洋板塊和大陸板塊發(fā)生碰撞時，較薄的洋殼板塊前緣向下彎曲，同時因比重較大俯沖插入到大陸板塊之下，并最終進入地幔軟流圈中成為地幔物質(zhì)。洋殼板塊與大陸板塊匯聚的區(qū)域，就叫做消減帶。在消減帶附近，因洋殼板塊彎曲，形成有深海溝。如位于日本海海底的馬里亞納海溝，其深度達11033m，為全世界最深的海溝。

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因

板塊構(gòu)造學(xué)說2023/2/433地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

在消減帶附近的大陸一側(cè)，分布有弧形的火山島，稱火山島弧或島弧。火山島弧的成因，目前仍知之甚少。據(jù)推測，當洋殼板塊俯沖到大陸板塊下面距地表150-200km深度時，由于與大陸板塊之間的摩擦生熱和逐漸進入地幔，溫度不斷升高，致使前緣巖石層部分熔融成巖漿。新形成的巖漿與地幔物質(zhì)相比，比重較輕，因此緩慢上升，并有少部分涌出地表，從而形成了火山島。兩個海洋板塊之間的碰撞，與海洋板塊和大陸板塊之間的碰撞現(xiàn)象相似。在消減帶附近，也分布有弧形的火山島。當兩個大陸板塊之間發(fā)生碰撞時，兩個板塊會“焊接”到一起，形成縫合線或地縫合線。島弧、海溝和縫合線，均為板塊的匯聚邊界。

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因

板塊構(gòu)造學(xué)說2023/2/434地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因

板塊構(gòu)造學(xué)說2023/2/435地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

板塊擴張邊界位于大洋中脊。因此處地貌為高聳的山嶺，故又稱為海嶺。在大洋中脊，地幔軟流圈的巖漿因?qū)α鬟\動從洋脊裂縫中涌出洋殼表面，冷卻后就形成了巖墻，原有的海底被推向兩側(cè)。每一次巖漿上升都凝固成巖墻，巖墻也隨之不斷增高，更新的海底把前次形成的海底向兩側(cè)推擠，造成海底不斷向兩側(cè)擴張的現(xiàn)象。據(jù)測定，在太平洋海底，海嶺兩側(cè)的洋殼向外擴張的速率約為每年6cm，在大西洋是每年2cm左右。

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因

板塊構(gòu)造學(xué)說2023/2/436地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

板塊構(gòu)造學(xué)說

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因2023/2/437地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

轉(zhuǎn)換斷層是第三類板塊邊界。由于洋脊海底擴張速度或海溝俯沖速度在各個地段不同，產(chǎn)生了水平錯開洋脊的斷層，稱為轉(zhuǎn)換斷層。由于沿這種斷層兩側(cè)的板塊相對運動狀態(tài)可以轉(zhuǎn)換，故得名為轉(zhuǎn)換斷層。

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因

板塊構(gòu)造學(xué)說2023/2/438地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

板塊觀點認為，全球板塊由于地幔對流運動而相互地運動著。在兩個板塊交界地區(qū)，或發(fā)生板塊的消減（在海溝—島弧地帶），或發(fā)生板塊的碰撞（在縫合線地帶），或發(fā)生板塊的擴張（在洋脊地帶），或因板塊水平錯動出現(xiàn)轉(zhuǎn)換斷層。因此，板塊交界地區(qū)是構(gòu)造運動最活躍的地區(qū)。歷史資料表明，全球主要地震帶就位于這些板塊的交界地區(qū)。另一方面，板塊內(nèi)部在長期的板塊構(gòu)造運動作用下，板內(nèi)地殼中也會逐漸積累很大的壓應(yīng)力，加之軟流圈與板塊之間的界面極不平坦，造成板塊內(nèi)部復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)和不均勻變形，因此，表現(xiàn)在發(fā)生板內(nèi)地震時，遠不及板塊邊界地震的頻度高和集中成帶，而且震中分布零亂，機制多變。據(jù)統(tǒng)計，全球約85%的地震發(fā)生在板塊邊界地區(qū)，僅有15%左右發(fā)生于大陸內(nèi)部或板塊內(nèi)部。

板塊構(gòu)造運動——宏觀背景

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因2023/2/439地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論1963-1998年全球358,214次地震震中分布圖

（PaulD.Lowman,Jr和BrainC.Montgomery繪制）

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因2023/2/440地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論全球數(shù)字化板塊構(gòu)造運動圖（DTAM，NASA）

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因2023/2/441地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

自20世紀初里德（Reid）提出斷層的彈性回跳說以來，一般認為，構(gòu)造地震主要是由于斷層的錯動而造成的。但能夠促使斷層錯動的力來自什么地方呢？在很長時間里，這一直是個迷。自板塊構(gòu)造學(xué)說提出后，人們已廣泛接受這樣的觀點：斷層錯動是由全球性的大規(guī)模板塊構(gòu)造運動所造成的?？梢哉f，板塊構(gòu)造運動是構(gòu)造地震發(fā)生的宏觀背景，而斷層錯動則是構(gòu)造地震發(fā)生的局部機制。

地震基礎(chǔ)知識——構(gòu)造地震的成因2023/2/442地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論地震震級:震級是衡量地震能量大小的等級標度。常用的震級標準有里氏震級、面波震級和矩震級。里氏震級是里克特（C.F.Richter）于1935年提出的，也稱為地方震級（LocalMagnitude），它的定義是：在離震中100km處用伍德-安德生（Wood-Anderson）式標準地震儀（擺的自振周期為0.8s，阻尼系數(shù)為0.8，放大倍數(shù)為2800倍）所記錄到的最大水平位移（即振幅A，以微米計）的常用對數(shù)值。其表達式為

地震基礎(chǔ)知識——地震震級與烈度2023/2/443地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論面波震級（Surface-WaveMagnitude）是古登堡（B.Gutenberg）于1939年提出的，這個震級可以利用遠距離的地震臺記錄確定，它定義為：式中，A為距離震中△處記錄到的面波的最大水平位移；A0為起算值。矩震級（MomentMagnitude）是漢克斯和金森博雄（Hanks和Kanamori）于1979年提出的，它定義為：

地震基礎(chǔ)知識——地震震級與烈度2023/2/444地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論地震震級:震級的大小直接與震源釋放的能量有關(guān)。震級M與地震釋放能量E（單位為“爾格”）之間有如下關(guān)系：依次計算，震級每差一級，地震釋放的能量就相差32倍之多。據(jù)測算，一個百萬噸級的TNT炸彈爆炸產(chǎn)生的能量大約為5×1020爾格，而一次7級地震釋放的能量與四千萬噸級的TNT炸彈爆炸釋放的能量相當。

地震基礎(chǔ)知識——地震震級與烈度2023/2/445地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

地震烈度:地震烈度是用來衡量地震破壞作用大小的一個指標，它表示某一地區(qū)的地面和各類建筑物遭受某一次地震影響的強弱程度。對于一次地震來說，震級只有一個，烈度則隨著地點的變化，而有若干個。一般說來，距震中越遠，地震影響越小，烈度越低；反之，距震中越近，地震影響越大，烈度越高。震中的烈度最高。但是，在某一烈度區(qū)里，有時會因局部場地的地形、地質(zhì)條件等的影響，出現(xiàn)局部烈度較高或較低的“烈度異常區(qū)”。

地震基礎(chǔ)知識——地震震級與烈度2023/2/446地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論地震烈度:

地震烈度值是根據(jù)人的感覺、器物的反應(yīng)以及地面、建筑物的破壞程度等宏觀現(xiàn)象，以地震烈度表為標準綜合評定的。目前除日本采用從0到7的8個等級劃分外，我國和世界絕大多數(shù)國家采用1~12等級劃分的地震烈度表。表2-1是1999年修訂的中華人民共和國國家標準——中國地震烈度表（GB/T17742-1999）。地震烈度的評定具有粗略、綜合、主觀判斷的特點，缺乏具體的物理量作為依據(jù)。不過，它不僅是區(qū)分地震區(qū)遭受地震影響的標度，而且對于處理歷史地震資料、研究地震活動等方面有重要作用。

地震基礎(chǔ)知識——地震震級與烈度2023/2/447地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論表2-1中華人民共和國國家標準——中國地震烈度表（GBT17742-2008）

地震基礎(chǔ)知識——地震震級與烈度烈度在地面上人的感覺房屋震害程度其他震害現(xiàn)象水平向地面運動震害現(xiàn)象平均震害指數(shù)峰值加速度m/s2峰值速度m/sⅠ無感

Ⅱ室內(nèi)個別靜止中人有感覺

Ⅲ室內(nèi)少數(shù)靜止中人有感覺門、窗輕微作響

懸掛物微動

Ⅳ室內(nèi)多數(shù)人、室外少數(shù)人有感覺，少數(shù)人夢中驚醒門、窗作響

懸掛物明顯擺動，器皿作響

Ⅴ室內(nèi)普遍、室外多數(shù)人有感覺，多數(shù)人夢中驚醒門窗、屋頂、屋架顫動作響，灰土掉落，抹灰出現(xiàn)微細裂縫，有檐瓦掉落，個別屋頂煙囪掉磚

不穩(wěn)定器物搖動或翻倒0.31（0.22-0.44）0.03（0.02-0.04）Ⅵ多數(shù)人站立不穩(wěn)，少數(shù)人驚逃戶外損壞——墻體出現(xiàn)裂縫，檐瓦掉落，少數(shù)屋頂煙囪裂縫、掉落0－0.10河岸和松軟土出現(xiàn)裂縫，飽和砂層出現(xiàn)噴砂冒水；有的獨立磚煙囪輕度裂縫0.63（0.45-0.89）0.06（0.05-0.09）2023/2/448地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論續(xù)表2-1中華人民共和國國家標準——中國地震烈度表（GBT17742-2008）

地震基礎(chǔ)知識——地震震級與烈度烈度在地面上人的感覺房屋震害程度其他震害現(xiàn)象水平向地面運動震害現(xiàn)象平均震害指數(shù)峰值加速度m/s2峰值速度m/sⅦ大多數(shù)人驚逃戶外，騎自行車的人有感覺，行駛中的汽車駕乘人員有感覺輕度破壞——局部破壞，開裂，小修或不需要修理可繼續(xù)使用0.11-0.30河岸出現(xiàn)坍方；飽和砂層常見噴砂冒水，松軟土地上地裂縫較多；大數(shù)獨立磚煙囪中等破壞1.25（0.90-1.77）0.13（0.10-0.18）Ⅷ多數(shù)人搖晃顛簸，行走困難中等破壞——結(jié)構(gòu)破壞，需要修復(fù)才能使用0.31-0.50干硬土上亦出現(xiàn)裂縫；大多數(shù)獨立磚煙囪嚴重破壞；樹稍折斷；房屋破壞導(dǎo)致人畜傷亡2.50（1.78-3.53）0.25（0.19-0.35）Ⅸ行動的人摔倒嚴重破壞——結(jié)構(gòu)嚴重破壞，局部倒塌，修復(fù)困難0.51-0.70干硬土上出現(xiàn)許多地方有裂縫；基巖可能出現(xiàn)裂縫、錯動；滑坡坍方常見；獨立磚煙囪許多倒塌5.00（3.54-7.07）0.50（0.36-0.71）Ⅹ騎自行車的人會摔倒，處不穩(wěn)狀態(tài)的人會摔離原地，有拋起感大多數(shù)倒塌0.71-0.90山崩和地震斷裂出現(xiàn)；基巖上拱橋破壞；大多數(shù)獨立磚煙囪從根部破壞或倒塌10.00（7.08-14.14）1.00Ⅺ

普遍倒塌0.91-1.00地震斷裂延續(xù)很長；大量山崩滑坡

Ⅻ

地面劇烈變化，山河改觀

2023/2/449地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論震級與震中烈度的關(guān)系:地震震級與地震烈度是完全不同的兩個概念，這兩者的關(guān)系可用炸彈爆炸來比喻。震級好比炸彈的裝藥量，烈度則是炸彈爆炸時所造成的破壞程度。盡管如此，從數(shù)學(xué)上震中烈度卻可以表示為震級和震源深度的函數(shù)。在環(huán)境條件基本相同的情況下，震級越大，震源深度越淺，則震中烈度越高。對于發(fā)生頻度最高的淺源地震來說，根據(jù)我國的地震資料，可以由下面經(jīng)驗公式估定震中烈度I0與震級M之間的關(guān)系：

地震基礎(chǔ)知識——地震震級與烈度2023/2/450地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論地震波斷層在瞬間破裂錯動（地震）時，引起劇烈的振動，這種振動以彈性波的形式從震源向各個方向傳播并釋放能量。傳播地震能量的彈性波就稱為地震波。地震波分為在地球內(nèi)部傳播的“體波”和在地面附近傳播的“面波”。一般認為，面波是體波經(jīng)地層界面多次反射、折射所形成的次生波。體波具有兩種形式的波，即縱波（P波）和橫波（S波）?？v波在傳播過程中，其介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的前進方向一致，質(zhì)點間的彈性相對位移疏密相間，所以也稱為壓縮波或疏密波。如在空氣中傳播的聲波就是一種縱波。由于任何一種介質(zhì)（固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)）都可以承受不同程度的壓縮與拉伸變形，所以縱波可以在所有介質(zhì)中傳播。這是縱波的一個重要特性。縱波的周期較短，振幅較小。

地震基礎(chǔ)知識——地震波與地震動2023/2/451地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

地震波橫波傳遞時，其介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的前進方向垂直。橫波只能在固體介質(zhì)中傳播。這是因為橫波的傳播過程是介質(zhì)質(zhì)點不斷受剪切變形的過程，液態(tài)和氣態(tài)介質(zhì)不能承受剪切作用，因此不能傳播橫波。由于橫波的這個特征，所以又稱為剪切波。橫波的周期較長，振幅較大。縱波的傳播速度比橫波的傳播速度要快，所以當某地發(fā)生地震時，在地震儀上首先記錄到的地震波是縱波，隨后才記錄到橫波。為此，通常也稱縱波為“初波”或“P波”，稱橫波為“次波”或“S波”。

地震基礎(chǔ)知識——地震波與地震動2023/2/452地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

地震基礎(chǔ)知識——地震波與地震動兩種體波運動特征示意圖2023/2/453地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

地震波面波也包括兩種形式的波，即瑞利波（Rayleigth波）和樂甫波（Love波）。瑞利波傳播時，質(zhì)點在與地面垂直的平面內(nèi)沿波的前進方向做橢圓反時針方向運動。瑞利波的特點是振幅大，在地表以豎向運動為主。洛夫波傳播時，類似蛇行運動，質(zhì)點在地平面內(nèi)做與波前進方向相垂直的運動。一般地說，與體波相比，面波的周期長，振幅大，速度慢，衰減慢，能傳到較遠的地方。在距離震中近的地方，面波成分較少，隨著震中距離的增加，面波的成分也增加。

地震基礎(chǔ)知識——地震波與地震動2023/2/454地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論兩種面波運動特征示意圖

地震基礎(chǔ)知識——地震波與地震動2023/2/455地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

地震波P波使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生上下顛簸，S波使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生水平搖動，而面波則使結(jié)構(gòu)既產(chǎn)生上下顛動又產(chǎn)生水平搖動，一般是在S波和面波都到達時振動最為劇烈。由S波和面波產(chǎn)生的水平振動是招致結(jié)構(gòu)地震破壞的重要因素；在震中區(qū)，由P波產(chǎn)生的豎向振動所造成的破壞有時也不容忽視。

地震基礎(chǔ)知識——地震波與地震動2023/2/456地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論地震動地震動，也稱地震地面運動，是指由震源釋放出來的地震波引起的地表附近土層的振動。地震動是引起橋梁震害的外因，其對結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)與靜力荷載相當，但兩者存在以下幾個個本質(zhì)的差別：靜力荷載以力的形式出現(xiàn)，而地震動是以運動方式出現(xiàn)。靜力荷載與時間無關(guān)，而地震動是迅速變化的隨機振動，地震動的這一特點，導(dǎo)致了抗震設(shè)計對地震作用峰值的關(guān)注。靜力荷載大小一般與結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和變形結(jié)果無關(guān)，而地震動對結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)與結(jié)構(gòu)的動力特性和變形反應(yīng)有關(guān)。除了這些本質(zhì)區(qū)別之外，與靜力荷載相比，地震動具有更大的不確定性，這使得抗震設(shè)計不能完全依靠強度安全儲備。由于地震動與靜力荷載的這些不同特點，使得橋梁抗震設(shè)計不能照搬常規(guī)靜力荷載設(shè)計思路。

地震基礎(chǔ)知識——地震波與地震動2023/2/457地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論地震動地震動可以通過儀器記錄下來。對結(jié)構(gòu)抗震而言，關(guān)心的是強震動地面運動記錄。這是因為只有強震動才能危及結(jié)構(gòu)安全，才是結(jié)構(gòu)抗震研究的對象。記錄強震動的儀器為強震加速度儀，簡稱強震儀，它能夠記錄測點處三個互相垂直的地震動加速度分量（兩個水平向分量加上一個豎向分量)。下圖所示為著名的埃爾森特羅三分量（東西、南北、上下）地震波加速度記錄。由圖可見，地震動的顯著特點是其時程函數(shù)（即加速度、速度、位移的時間函數(shù)）的不規(guī)則性。

地震基礎(chǔ)知識——地震波與地震動2023/2/458地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論埃爾森特羅地震波記錄（1940年美國帝國峽谷地震）

地震基礎(chǔ)知識——地震波與地震動

地震動2023/2/459地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論在地震工程中，研究的對象主要有三個：即地震動、結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)反應(yīng)。若把這三者看作一個系統(tǒng)，則地震動是系統(tǒng)的輸入部分，結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)的體系部分，結(jié)構(gòu)反應(yīng)則是系統(tǒng)的輸出部分。因此，強震動記錄是地震工程的重要資料。在地震動的特性中，對工程抗震有重要意義的量是地震動的幅值（最大振幅或叫峰值）、頻譜（波形）和持續(xù)時間（簡稱持時），常被稱為地震波三要素。此外，最近常被強調(diào)的另外一個地震動特性是速度脈沖。影響地震動特性的因素包括震源、傳播介質(zhì)與途徑和局部場地條件這三類。

地震基礎(chǔ)知識——地震波與地震動

地震動2023/2/460地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論a）加速度時間函數(shù)b）速度時間函數(shù)c）位移時間函數(shù)美國北嶺地震Rinaldi地震臺站記錄（南北向分量）

地震基礎(chǔ)知識——地震波與地震動

地震動2023/2/461地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論世界地震分布

對歷史地震進行研究，可以看出地震發(fā)生的地理位置是有一定規(guī)律的。P39頁圖是根據(jù)1963~1998年全球358,214次地震震中位置繪制出來的世界地震震中分布圖。從圖中可以清楚地看出，世界的地震活動集中分布在兩個主要地帶和其他幾個次要地帶。這兩個主要地震帶是：環(huán)太平洋地震帶和歐亞地震帶。

地震基礎(chǔ)知識——地震分布2023/2/462地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論環(huán)太平洋地震帶：它從南美洲西部海岸起，經(jīng)北美洲西部海岸、阿拉斯加、千島群島到日本列島，其后分東西兩支，西支經(jīng)我國臺灣省、菲律賓至印尼，東支經(jīng)馬里亞納群島至新幾內(nèi)亞，兩支匯合后，經(jīng)所羅門至湯加，然后突轉(zhuǎn)向南至新西蘭。該地震帶總長近四萬公里，震中帶平均寬約兩百公里，震源最深達七百余公里。環(huán)太平洋地震帶基本上是大洋巖石圈與大陸巖石圈匯聚的板塊邊緣地帶，全球約有80%的淺源地震和90%的深源地震以及絕大部分中源地震都集中發(fā)生在這一帶。歐亞地震帶：該地震帶西起伊比利亞半島，經(jīng)意大利—巴爾干半島—土耳其—中央亞細亞—伊朗—喜馬拉雅山脈—緬甸—蘇門答臘—爪哇，與太平洋地震帶相銜接。帶內(nèi)地震震源淺，震中分布零散，震中帶散布寬度約2000~3000km，幾乎10倍于環(huán)太平洋地震帶的展布寬度。地震成因一方面與板塊構(gòu)造運動相聯(lián)系，另一方面，又在很大程度上與板內(nèi)斷塊（小板塊）構(gòu)造密切相關(guān)。

地震基礎(chǔ)知識——地震分布

世界地震分布2023/2/463地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

根據(jù)板塊構(gòu)造學(xué)說，我國位于歐亞板塊的東南端，東接太平洋板塊，南鄰印度板塊。亞洲大陸以東的太平洋板塊，每年以4~10cm的速度向西移動，在日本海溝一帶向下俯沖。在亞洲大陸的西南部，印度板塊每年以5~6cm的速度向北移動，在喜馬拉雅山南側(cè)沿板塊邊界大斷裂向下俯沖。同時，歐亞板塊本身又在歐洲受到向東的推力。因此，我國大陸受到太平洋板塊向西、印度板塊向北、歐亞板塊向東的推動和擠壓。當這種擠壓應(yīng)力在大陸巖石圈中持續(xù)積累，以至超過巖石圈所能承受的限度時，大陸地殼就會破裂而產(chǎn)生地震。從地震地質(zhì)背景看，我國大陸存在發(fā)生頻繁地震的內(nèi)因與外在條件，因此，我國的地震頻繁而強烈。

地震基礎(chǔ)知識——地震分布

中國地震分布2023/2/464地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

對歷史地震進行的大規(guī)模搜集整理及統(tǒng)計結(jié)果表明，我國境內(nèi)的地震活動也成帶分布。習慣上把我國境內(nèi)的地震活動大致劃分為六個區(qū)帶：（1）臺灣及其附近海域（2）喜馬拉雅山脈地震活動區(qū)（3）南北地震帶（4）天山地震活動區(qū)（5）華北地震活動區(qū)（6）東南沿海地震活動區(qū)應(yīng)當指出，地震區(qū)、帶的劃分只是對地震活動地域分布的概略描述，不同的研究者往往給出形狀迥異的劃分結(jié)果。因此，不應(yīng)將地震區(qū)、帶的劃分絕對化。

地震基礎(chǔ)知識——地震分布

中國地震分布2023/2/465地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

地震基礎(chǔ)知識——地震分布

中國地震分布2023/2/466地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

工程抗震概論——地震安全性評價

對未來地震作防震抗震準備時，需要知道未來的地震活動性，它是引起災(zāi)害的外因。

在設(shè)計建于地震區(qū)的工程時，希望具體了解此工程在其使用壽命內(nèi)可能遭遇到的地震動強弱及其它特性，以便合理地進行設(shè)計。由于迄今地震的發(fā)生和地震動的特性都不能精確地預(yù)測，所以，必須在概率含意上推測工程可能受到的地震威脅或危險，這就是地震安全性評價。地震安全性評價工作的目的是為了給各項工程，包括重大工程等提供科學(xué)、合理的抗震設(shè)計地震動參數(shù)。2023/2/467地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

工程抗震概論——地震安全性評價

具體地講，地震安全性評價是指對具體建設(shè)工程場址及其周圍地區(qū)的地震地質(zhì)條件、地球物理環(huán)境、地震活動規(guī)律、現(xiàn)代地形變及應(yīng)力場等方面進行研究的基礎(chǔ)上，采用地震危險性分析方法，科學(xué)地給出相應(yīng)的工程規(guī)劃或設(shè)計所需要的有關(guān)抗震設(shè)防要求的地震動參數(shù)和基礎(chǔ)資料。其主要內(nèi)容包括地震烈度復(fù)核、地震危險性分析、設(shè)計地震動參數(shù)確定、地震小區(qū)劃、場地及其周圍的地震地質(zhì)穩(wěn)定性評價和震害預(yù)測等。對某一特定場地進行的地震安全性評價，不僅要給出特定場地強烈地震動的特性，而且要給出遭遇這種預(yù)期地震的概率。特定橋址場地遭遇預(yù)期地震的概率，可以用地震超越概率或地震重復(fù)周期來表示。這就引出地震安全性評價中的以下兩個常用概念：地震超越概率地震重復(fù)周期2023/2/468地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

所謂地震超越概率，是指一定場地在未來一定時間內(nèi)遭遇到大于或等于給定地震特征值（如給定震級、烈度、地震動加速度峰值等）的地震的概率，常以年超越概率或設(shè)計基準期超越概率表示。假設(shè)某一場地超過給定值的未來地震的發(fā)生概率為均勻Poisson過程，則場地在t年內(nèi)發(fā)生n次大于或等于給定值I的地震概率為：

式中，為大于或等于給定值I的地震年平均發(fā)生率。

工程抗震概論——地震安全性評價

地震超越概率2023/2/469地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

根據(jù)上式，可分別得到特定場地未來遭遇到大于或等于給定值I的地震的年超越概率P1(I)和設(shè)計基準期超越概率：

工程抗震概論——地震安全性評價

年超越概率及設(shè)計基準期超越概率2023/2/470地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

地震重復(fù)周期是指一定場地大于或等于給定地震特征值的地震重復(fù)出現(xiàn)的平均時間間隔。地震重復(fù)周期T與年平均發(fā)生率互為倒數(shù)關(guān)系：

此外，地震重復(fù)周期與設(shè)計基準期超越概率之間存在以下的相互對應(yīng)關(guān)系：

工程抗震概論——地震安全性評價

地震重復(fù)周期2023/2/471地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

工程抗震設(shè)防首先要進行地震安全性評價，合理估計不同地區(qū)可能遭受的地震破壞作用；也就是說，首先要確定不同地區(qū)遭遇一定超越概率的地震的基本烈度或地震動參數(shù)，以此作為抗震設(shè)防的依據(jù)。地震區(qū)劃就是對各地區(qū)的地震危險性作出估計，并將其結(jié)果以區(qū)劃圖的形式表示出來。

20世紀50年代，李善邦主持編制了中國第一代地震烈度區(qū)劃圖。該圖采用了兩條原則：1）曾經(jīng)發(fā)生過地震的地區(qū)，同樣強度的地震將來還可能重演；2）地質(zhì)特點相同的地區(qū)，地震活動性亦可能相同。該圖首次反映了我國地震烈度分布的基本面貌，但沒有賦予明確的時間概念。

工程抗震概論——地震區(qū)劃2023/2/472地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論1977年編制出版了1:300萬的第二代《中國地震烈度區(qū)劃圖》。為適應(yīng)抗震設(shè)防的發(fā)展要求，1992年國務(wù)院頒發(fā)了我國第三代《中國地震烈度區(qū)劃圖（1990年）》。2001年發(fā)布的1：400萬的《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（2001）》為我國第四代區(qū)劃圖，該區(qū)劃圖也采用地震危險性概率分析方法和選擇50年超越概率為10%的風險水平作為區(qū)劃圖的設(shè)防標準。第四代區(qū)劃圖是我國第一套用地震動參數(shù)表示的地震區(qū)劃圖，它具有科學(xué)性、先進性和工程可應(yīng)用性。采用“地震動峰值加速度區(qū)劃圖”、“中國地震動反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖”和“地震動反應(yīng)譜周期調(diào)整表”表述的《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（2001）》的編制完成及頒布執(zhí)行，標志著我國地震區(qū)劃工作進入了一個新的階段，地震區(qū)劃理論及其應(yīng)用達到國際先進水平。

工程抗震概論——地震區(qū)劃2023/2/473地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

工程抗震概論——地震區(qū)劃2023/2/474地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

預(yù)防為主的指導(dǎo)方針抗震設(shè)防標準多級抗震設(shè)防思想

工程抗震概論——工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防原則2023/2/475地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

工程抗震概論——工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防原則

預(yù)防為主的指導(dǎo)方針

我國現(xiàn)行的抗震設(shè)計規(guī)范均在總則第1條開宗明義地提出，抗震工作應(yīng)貫徹“預(yù)防為主”的方針。眾所周知，地震工作包括震前的抗震防災(zāi)，震時的應(yīng)急處理，震后的搶險救災(zāi)和恢復(fù)重建。震前的抗震防災(zāi)又包括地震的預(yù)測預(yù)報、新建工程的抗震設(shè)防、現(xiàn)有工程的抗震加固，以及城市抗震防災(zāi)規(guī)劃的編制與實施等。這是減輕地震災(zāi)害的對策系統(tǒng)。預(yù)防為主的方針，就是要把工作重點放在震前的抗震防災(zāi)上，并且，“從預(yù)測到預(yù)防，以預(yù)防為主”。2023/2/476地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

我國的地震區(qū)分布廣，震中分散，以致不易捕捉地震發(fā)生的地點。地震發(fā)生的時間與強度，目前也尚未達到能準確預(yù)報的水平。實際上，即使到了能準確預(yù)報地震（地點、時間和震級）的時候，如果不能做好抗震防災(zāi)的各項預(yù)防措施，各類工程結(jié)構(gòu)、尤其是城市生命線工程沒有抗震能力，一旦中強地震發(fā)生在城市及其周圍地區(qū)，則仍會造成重大的損失。因此貫徹“預(yù)防為主”的方針，做好震前抗震防災(zāi)的各項預(yù)防工作，是減輕地震災(zāi)害最有效的戰(zhàn)略決策。工程結(jié)構(gòu)抗震防災(zāi)的目標是減輕結(jié)構(gòu)的地震破壞，保障人民生命財產(chǎn)的安全，減少經(jīng)濟損失。這意味著，抗震設(shè)防的要求很大程度上依賴于經(jīng)濟政策和技術(shù)水平，即既要使震前用于抗震設(shè)防的經(jīng)濟投入不超過我國當前的經(jīng)濟能力，又要使地震中經(jīng)過抗震設(shè)計的工程結(jié)構(gòu)的破壞程度限制在人們可以承受的范圍內(nèi)。

預(yù)防為主的指導(dǎo)方針

工程抗震概論——工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防原則2023/2/477地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

工程抗震概論——工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防原則

通常情況下，建設(shè)工程從選址到使用壽期內(nèi)的防震措施可分為三個階段：抗震設(shè)計、保證施工質(zhì)量與合理的維護保養(yǎng)。其中，抗震設(shè)計是至關(guān)重要的龍頭環(huán)節(jié)?？拐鹪O(shè)計要遵從一定的標準，這就是抗震設(shè)防標準。它包括抗震設(shè)防目標、工程設(shè)防類別、設(shè)防地震和場地選擇等內(nèi)容。

抗震設(shè)防標準是科學(xué)性和政策性（或社會性）的結(jié)合?？茖W(xué)性就是要嚴格按照現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)范要求進行工程場地地震安全性評價工作，使得評價結(jié)果較好地符合實際，具有較好的可重復(fù)性。政策性則要考慮到工程類型、重要程度、投資強度風險程度等。我國還屬于發(fā)展中國家，財力物力有限，國家總的防災(zāi)政策決定了抗震設(shè)防標準不宜過高。隨著科學(xué)技術(shù)的進步和國民經(jīng)濟的發(fā)展，以及人們防災(zāi)意識的加強，抗震設(shè)防標準也在逐漸提高。

抗震設(shè)防標準2023/2/478地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論抗震設(shè)防標準——工程設(shè)防類別

系指根據(jù)工程結(jié)構(gòu)遭遇地震破壞后可能產(chǎn)生的經(jīng)濟損失和社會影響程度，以及在抗震救災(zāi)中的作用，對其所做的抗震重要性類別劃分。一般分為四類，也有的行業(yè)工程分為二類或三類?？拐鹪O(shè)防標準——設(shè)防地震

系指針對不同重要性類別的工程，采用特定安全水準的地震作用強度為設(shè)防依據(jù)。這個特定安全水準的地震作用強度，常以一定概率水平下的地震烈度或地震動參數(shù)來表達。在現(xiàn)行的多種抗震設(shè)計規(guī)范中稱為“設(shè)防烈度”，有的規(guī)范(水工、水運)稱為“設(shè)計烈度”，也有稱為“設(shè)防地震”或“設(shè)計地震”的。

工程抗震概論——工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防原則2023/2/479地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論抗震設(shè)防標準——抗震設(shè)防目標系指工程結(jié)構(gòu)通過抗震設(shè)計所要達到的宏觀防震目標。設(shè)防目標同設(shè)計方法有關(guān)。比如，對于建筑來說是三級設(shè)防，其目標可簡述為“小震不壞、中震可修、大震不倒”；而對于水工、水運、公路、鐵路等工程來說，現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范規(guī)定只是進行一級設(shè)防，即在設(shè)防地震作用下，如有局部損壞，經(jīng)一般處理后仍可正常使用?？拐鹪O(shè)防標準——場地選擇

系指在地震區(qū)選擇建設(shè)場地時，宜選擇有利地段，避開不利地段，當無法避開時應(yīng)采取適當?shù)目拐鸫胧?。這是經(jīng)濟合理的抗震設(shè)防前提，往往比其他抗震措施的作用還大。因為，地震對建設(shè)工程的破壞；除地震動引起工程結(jié)構(gòu)的破壞外，還有場地條件的因素，諸如地震引起的地表錯動與地裂，地基土的不均勻沉陷，滑坡和粉、砂土液化等。對有利，不利和危險地段的劃分，應(yīng)按地震活動性、構(gòu)造活動性，邊坡穩(wěn)定性和場地地基條件等進行綜合評定。

工程抗震概論——工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防原則2023/2/480地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

上面介紹的工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防標準中的設(shè)防地震，是從概率意義上描述的，它也可以從確定意義上來描述。

從確定意義上來描述這一基本原則，首先需要規(guī)定兩個或三個地震動水準，常稱之小震和大震，或小震、中震和大震。小震指的是對工程建設(shè)地點而言經(jīng)常發(fā)生的，中震是指在工程的使用年限內(nèi)僅偶然發(fā)生的，大震則指在使用年限內(nèi)發(fā)生概率極小的地震。小震、中震和大震，也稱為多遇地震、偶遇地震和罕遇地震。

工程抗震概論——多級抗震設(shè)防思想2023/2/481地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

國內(nèi)外現(xiàn)行的一些結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范，通常以50年為基準期，把基準期內(nèi)超越概率63%的地震（重復(fù)周期約為50年）定義為小震，超越概率10%的地震（重復(fù)周期約為475年）定義為中震，超越概率2%~3%的地震（重復(fù)周期分別約為2475年和1642年）定義為大震。與這三個地震動水平相應(yīng)的抗震設(shè)防目標是：在小震作用下，結(jié)構(gòu)物不需修理，仍可正常使用；在中震作用下，結(jié)構(gòu)物無重大損壞，經(jīng)修復(fù)后仍可繼續(xù)使用；在大震作用下，結(jié)構(gòu)物可能產(chǎn)生重大破壞，但不致倒塌。這種抗震設(shè)防思想，即所謂的“小震不壞，中震可修，大震不倒”的三級設(shè)防標準。

工程抗震概論——多級抗震設(shè)防思想2023/2/482地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

多級抗震設(shè)防的思想最早是在核電站抗震設(shè)計中提出的，以后逐漸在其他重大工程（如近海平臺、高壓貯液設(shè)備、生命線工程等）中也被采用。目前，國內(nèi)外現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范中，也多有采用這種抗震設(shè)防思想的，如日本和美國現(xiàn)行的橋梁抗震設(shè)計規(guī)范等，我國早在1989年實施的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GBJll－89）中，就明確提出了“三水準兩階段”的多級抗震設(shè)防思想，但我國現(xiàn)行的《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》（JTJ004—89），則仍使用單一水準的抗震設(shè)防原則。今天，值得特別注意的一個問題是，城市生命線工程的抗震設(shè)防標準及設(shè)防目標。長期以來，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的基本目標是避免結(jié)構(gòu)倒塌破壞，其它的設(shè)防目標則被隱含地認為自動滿足，并沒有一個特定的程序用于評估結(jié)構(gòu)設(shè)計是否滿足這些設(shè)防目標。然而，從最近十來年國內(nèi)外發(fā)生的幾次都市地震的震害經(jīng)驗中，人們普遍認識到，現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防思想存在一定的缺陷，尤其是對城市生命線工程的抗震設(shè)防問題。由此，就產(chǎn)生了一種新的抗震設(shè)防思想——基于性能的抗震設(shè)計（performancebasedseismicdesign）。性能設(shè)計思想目前已被廣泛認為是未來結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范發(fā)展的基本思想。

工程抗震概論——多級抗震設(shè)防思想2023/2/483地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

對結(jié)構(gòu)靜力設(shè)計而言，所謂極限狀態(tài)，一般是指一個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分達到一個使它不適合使用的特殊狀態(tài)。一般有兩類極限狀態(tài)：即正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)。對結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計而言，由于作為結(jié)構(gòu)外部作用的地震動性質(zhì)不同于靜力荷載，因此，抗震設(shè)計的極限狀態(tài)概念與靜力設(shè)計的極限狀態(tài)概念不盡相同。從結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的發(fā)展看，采用分級抗震設(shè)防原則是必然趨勢。以下，從分級抗震設(shè)防思想出發(fā)，定義結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的極限狀態(tài)概念。

工程抗震概論——結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的極限狀態(tài)概念2023/2/484地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論正常使用極限狀態(tài)：這個極限狀態(tài)與靜力設(shè)計中使用的概念基本一致。混凝土結(jié)構(gòu)達到正常使用極限狀態(tài)時，可能會出現(xiàn)較多的裂縫，但裂縫寬度應(yīng)受到限制，鋼筋不會發(fā)生明顯屈服，混凝土保護層不出現(xiàn)剝落。結(jié)構(gòu)一般不受損壞或不需修理仍可繼續(xù)使用。結(jié)構(gòu)處于正常使用極限狀態(tài)時，結(jié)構(gòu)基本上保持彈性狀態(tài)。有限損壞極限狀態(tài)：

這個極限狀態(tài)主要是用于控制結(jié)構(gòu)的破壞程度?；炷两Y(jié)構(gòu)達到有限損壞極限狀態(tài)時，鋼筋發(fā)生明顯屈服，導(dǎo)致較寬的裂縫，混凝土保護層可能剝落，但不應(yīng)出現(xiàn)箍筋斷裂或縱向鋼筋的屈曲現(xiàn)象，而且塑性鉸區(qū)域的核心混凝土無須更換。結(jié)構(gòu)經(jīng)表面修復(fù)或不需修理仍可繼續(xù)使用。有限損壞極限狀態(tài)給出了能經(jīng)濟地修復(fù)的破壞與不能修復(fù)或不能經(jīng)濟地修復(fù)的破壞之間的界限。

工程抗震概論——結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的極限狀態(tài)概念2023/2/485地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

工程抗震概論——結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的極限狀態(tài)概念免倒塌極限狀態(tài):

這個極限狀態(tài)是為了確保結(jié)構(gòu)不會發(fā)生倒塌或危及生命的嚴重破壞。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基本目標，就是防止結(jié)構(gòu)在預(yù)期的地震作用下倒塌破壞?；炷两Y(jié)構(gòu)達到免倒塌極限狀態(tài)時，結(jié)構(gòu)可能大量損壞，修復(fù)可能是不經(jīng)濟的，或者在技術(shù)上是不可行的。結(jié)構(gòu)處于免倒塌極限狀態(tài)時，結(jié)構(gòu)的側(cè)向抗力早已不足于抵抗地震作用，而且由于結(jié)構(gòu)破壞，側(cè)向抗力實際上也已經(jīng)明顯下降。此時，結(jié)構(gòu)保持不倒的關(guān)鍵是其非彈性變形能力。2023/2/486地震基礎(chǔ)知識及工程抗震概論

工程結(jié)構(gòu)的剛度、強度和延性，是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的三個基本參數(shù)。剛度為了正確可靠地計算結(jié)構(gòu)在地震側(cè)向力作用下的變形，進而控制其變形，工程師必須估算出結(jié)構(gòu)的實際剛度。這個量值把荷載或作用力與結(jié)構(gòu)的變形聯(lián)系起來。對結(jié)構(gòu)剛度的估計值將直接影響到對結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)位移的