2. 地震能
一个7级地震，约相当于30枚2万吨TNT的原子弹爆炸所释放的能量。
地震规模增加1.0，则其释放能量增大31.6倍。 E2 / E1 = [1011.8+1.5(M+1)] / (1011.8+1.5M) = 101.5 = 31.6
地震规模与广岛原子弹爆炸威力之比较
地震规模 M
E=1011.8+1.5M
② Sa与阻尼比有关
③ Sa与地面运动（ ）有关
不同场地条件的地震反应谱图
不同震中条件的地震反应谱图
● 设计反应谱
用于设计应： ① ② ③
地震系数 考虑安全度等因素我国取
结构设计基准期内超越概率为10%的烈度水平
I：基本烈度（设防烈度）
“小震不坏，中震可修，大震不倒”
超越概率为63%
小震烈度 = 基本烈度 - 1.5 超越概率为2~3% 大震烈度 = 基本烈度 + 1
6 惊慌失措，仓皇 损坏—个别砖 0~0.1 河岸和松软土出现裂缝， 63
6
逃出
瓦掉落、墙体 微细裂缝
饱和沙层出现喷沙冒水。 (45~89) (5~9) 地面上有的砖烟囱轻度
裂缝、掉头
7 大多数人仓皇逃 轻度破坏—局 0.11~ 河岸出现塌方，饱和沙 125
13
出
部破坏、开裂， 0.30 层常见喷沙冒水。松软 (90~177) (10~18)
vsm：场地土平均剪切波速 dov：场地土覆盖层厚度
竖向运动 水平地震力计算
剪切波速小于500m/s 的场地土覆盖层厚度
第二节 单质点体系地震作用
• 单质点体系
当结构的质量相对集中在某一个确定位置 时，可将结构处理成单质点体系。
单质点体系简图
• 单质点体系地震反应
质点上三种力：
惯性力 阻尼力 弹性力
8.1
8.91 1023
1000
9/19/1985墨西哥市地震
3. 烈度
定义：某一特定地区遭受一次地震影响的强烈程度。
烈
人的感觉
度
1 无感 2 室内个别静止中的人感觉 3 室内少数静止中的人感觉
中国地震烈度表
一般房屋
大多数房屋 平均震 震害程度 害程度
其他现象
参考物理指标
水平加速度 水平速度 (cm/s2) (cm/s)
波 面波：瑞雷波（R波）、洛夫波（L波）
各种波特点
P波
S波
波速
快
较快Biblioteka 周期 振幅短较短
小
较小
R波和L波 慢 长 大
32
2. 地震地面运动
对于地面上的某一点，当地震体波到达该点或面波经过该点时，就会引起该点 往复运动，此即地震地面运动。
因波的折射，体波传播到地面时，其行进方向将近似与地面垂直。
P波 → 上下运动 S波 → 前后、左右运动 R波 → 上下、前后运动 L波 → 左右运动
槽形钢骨钢筋混凝土建筑结构 中间层 （第二层）的破坏
日本神户大地震对土木工程结构的破坏
地震破坏的公路
在日本HigashiKobe 轮渡破坏的码头墙
2011年3月11日 日本东北部海域9.0级地震
海啸
日本福岛第一核电站1~4号机组发生核泄漏事故
16
第一节 地震基本知识
一、地震的类型与成因 1. 地震类型
2. 中国地震分布
① 台湾地区 ② 喜马拉雅山地区 ③ 西北地区
④ 天山地区 ⑤ 华北地区
⑥ 东南沿海地区
三、震级与烈度 1. 震级
定义：衡量一次地震规模大小的数量等级。
里氏震级
A：距震中100km处的 最大水平地面位移（µm）
M<2 2<M<4 M>5 M>7 M>8
微震 有感地震 破坏性地震 大地震 特大地震
11
12
严重破坏— 墙体龟裂、 局部倒塌， 复修困难
倒塌—大部 倒塌，不堪 修复
毁灭
0.51~0.70 0.71~0.90 0.91~1.0
干硬土上有许多地方 出现裂缝，基岩上可 能出现裂缝。滑坡、 塌方常见。砖烟囱出 现倒塌。
500 (354~707)
50 (36~71)
山崩和地震断裂出现。 1000
第5章 地震作用
主要内容
• 第一节 地震基本知识 • 第二节 单质点体系地震作用 • 第三节 多质点体系地震作用
汶川地震
时间：08年5月12日14:28 震中：四川汶川县 震级：8.0级
3
学校 破坏
医院 破坏
厂房 破坏
道路 破坏
桥梁 破坏
紫坪铺大坝损坏
（据林皋，2008）
坝顶防浪墙震损
动力系数
根据场地条件和震中距将地震记录分类，计算
每一类记录β（T）和平均谱（T）
• 相近场地及相近震中距的规则化地震反应谱如图 （不同地震记录）
地震影响系数
场地条件 震中距
5Tg
同类地震记录的平均动力系数谱
● 设计地震作用的计算
场地土越软、场地土越厚、 震中距越大，Tg值越大。
第三节 多质点体系地震作用
门、窗轻微 作响
悬挂物微动
4 室内多数人感觉。室外少数 门、窗作响 人感觉。少数人梦中惊醒。
悬挂物明显 摆动，器皿 作响
中国地震烈度表(续一)
5 室内普遍感觉。 门窗、屋顶、 室外多数人感觉。 屋架颤动作响， 多数人梦中惊醒。 灰土掉落，抹 灰出现微细裂 缝。
不稳定物翻倒
31 (22~44)
3 (2~4)
地震导致倾覆的城市高架道路 （ 1969年建成）
日本神户大地震对土木工程结构的破坏
由于液化引起地面的下沉
桥梁钢筋混凝土墩的剪切破坏
日本神户大地震对土木工程结构的破坏
日本Nishinomiya 港口桥震落的桥跨 由于柱的剪切破坏引起的铁路框架桥的坍塌
日本神户大地震对土木工程结构的破坏
普通木结构房屋的典型破坏
● 多质点体系
多质点体系简图
● 多质点体系地震反应
Δ 运动方程
Δ 自由振动特性 特征方程： 特征值方程： 频率： 振型：
振型的正交性： Δ 地震反应的振型分解
振型参与系数
● 振型地震作用
地震影响系数
● 振型组合
Δ 各振型地震作用→振型最大反应 Δ 振型最大反应不在同一时刻发生 Δ 平方和开方法
层数影响系数
n = 1时，χ = 1； n > 1时， χ=0.75~0.90，可近似取χ=0.85。
Δ 地震作用分布 Δ 高阶振型影响
【例5-2】 已知一个三层剪切型结构，如图5-22所示。已知该结构的各阶周期
和振型为 T1 0.433s，T2 0.202s，T3 0.136s，
0.301
100
基岩上的拱桥破坏。 (708~1414) (72~141) 大多数砖烟囱从根部
破坏或倒塌。
地震断裂延续很长。 山崩常见。基岩上拱 桥破坏。
地面剧烈变化、山河 改观
4. 烈度与震级的关系
一次地震只有一个震级，但不同的地点将有不同的烈度。 震中烈度与震级关系：
烈度衰减关系：
∆：震中距
h：震源深度
下游坡面干砌石 块松动并伴有向 下滑移
5-8
隧道的破坏
衬砌厚度30-35cm
5-9
新县城
新北川中学滑坡
老县城
王家岩滑坡
北川滑坡与城市破坏
5-10
（据黄润秋，2008）
日本神户大地震对土木工程结构的破坏
发生日期 : 1995年1月17日 震源深度 : 14 km 震级 : 7.2 破坏的主要原因是抵抗水平 地震力的剪切抗力不足
2
（ 0.2 ）0.9 0.202
0.16
0.159
3 0.16
T T
2 max 0.4 5 max
5Tg
[作业] 已知一个两层剪切型，如图所示，试分别采用振型分解反
应谱法和底部剪力法求该结构在地震作用下的底部最大剪力和
顶部最大位移。已知设计反应谱的有关参数为：Tg=0.2s、
b=0.9、amax=0.16。
震中附近，体波成分较多，面波成分较少，随着震中距增加，体波成分减 少，面波成分增加。
3. 地面运动强度与烈度的关系
平均关系：
4. 影响地面运动频谱的主要因素
两个因素：震中距、场地条件
土层软弱程度 土层覆盖层厚度
周期短的波在有阻尼介质中传播较易衰减
周期长的波可能发生共振
水平运动
场地特征周期(或卓越周期)：
1
0.648
0.676
2.47
1.000
2
0.601
3
2.57
，设计反应谱的有关参数为：
Tg
0.2s，
1.000
1.000
b 0.9， max 0.16 。 采用振型分解反应谱法求该三层剪切型结构在
地震作用下的底部最大剪力和顶部最大位移。
1
（Tg T1
）0.9
max
（ 0.2 ）0.9 0.16 0.0798 0.433
三向地面运动 上下运动：由P波和R波引起 前后运动：由S波和R波引起 左右运动：由S波和L波引起
5-34
地震地面运动的记录
地震地面运动加速度记录
地面运动三要素：强度、频谱、强震时间
强弱程度
频率成分
对结构反复作用次数
一般两个方向水平地面运动的强度相等，而竖向地面运动的 强度一般小于 水平地面运动的强度。
相当于广岛原子弹 (20KT TNT)之个数
附注
4.0
6.31 1017
-
5.0
2.00 1019