地震对建筑物的破坏作用主要是由于地震波在土层 中传播引起强烈地面运动造成的。 地震动使地基基础发生变形，上部结构发生振动。 当结构的振动超过它的许可极限时就将造成破坏甚 至倒塌。 为了抗御地震的破坏作用，需要了解建筑物在地震 作用下的振动过程（即地震反应），这是一个动力 学问题。 最简单的结构动力学问题是单自由度体系的振动问 题。 对于多自由度问题，通过引入简化假设，可归结为 单自由度问题解决。
CHY025
CHY101
震中
CHY027 CHY082
CHY024
CHY024 CHY028
TCU078
CHY104 CHY093
CHY101 CHY104 WGK CHY029 CHY028
CHY006
CHY093
CHY032
WSF
CHY039 CHY032 CHY033
CHY029 CHY036 CHY006
C E C2 C2 D F Q L
B C1 A C1
当地震很大时，断裂长度 L可达几十或上百公里，这时 断裂只能从某一薄弱部位开始 设为AB端，断裂传播方向设 为AD，整个面断裂常需要几 秒至几十秒。由于地震波的剪 切波速vs很接近断裂传播速度 vf，地表振动能量的分布将出 现多普勒效应。
设破裂从C1点开始，向C2点延 伸。当破裂达到C2点时，C1点破裂 所释放出来的振动能量的一部分也 传播到C2点，与C2点破裂释放的能 量叠加在一起，这就是多普勒效应。 这一效应并未改变通过各点的总能 量，但改变了能量在时间上的分布， 即能量密度。它使断裂传播方向上 的点的能量密度加大，振动持续时 间缩短；使相反方向的点（C3点） 的能量密度减小，振动持时加长。 对于刚性、脆性的结构而言，沿断 裂传播方向的震害可能加重，在相 反的一端则可能减轻。宏观烈度分 布有时可以发现这种现象。
工程结构的简化模型
单自由度体系 SDOF
结构参与振动的 质量集中于一点
结构的弹性 和阻尼特性 用杆件表示
工程结构的简化模型 多 自 由 度 体 系 MDOF
利用振型叠加法， 可以将多自由度体 系的振动问题简化 为一系列单自由度 体系的振动问题进 行求解。 单自由度体系的振 动问题是结构动力 学的基础。
地震动：典型的强震加速度记录-2
Taft波在结构地震反应 分析中获得了广泛应用
地震动：特殊的强震加速度记录：场地液化
1964年日本新 潟地震，场地大面 积液化，导致建筑 物整体倾斜。 在这次地震中 获得了强震加速度 记录，而且表现出 了特殊的特征。
砂土液化机理：饱和砂土由砂颗粒与孔隙水构成，在原始平衡状态下， 砂颗粒在静力长期作用下处于一种骨架状态；在地震作用下，若含水砂 土层在不排水的条件下，土颗粒之间的超孔隙水压上升，土颗粒之间的 有效应力减小，到一定程度后，孔隙水压接近或达到围压，土体液化， 砂土层变成砂的悬液，丧失承载，导致上部结构下陷或不均匀沉降。
地震动：地震动的量测 – 强震仪
在强震仪出现之前，历次大地震中，地震仪的指针很早就振飞。因此，大地震的 记录一次也没有得到过。后来制造了能够记录强地面运动的强震仪，按照设计要求，强 震仪在破坏性大地震时不会破坏，能如实地记录加速度波形。这样的强震仪，在美国 从三十年代初期起，主要在加利福尼亚各地开始布设。
TCU075
TCU071 TCU089
TCU074
TCU110
TCU076
TCU076
TCU084
TCU113 TCU119
TCU113
TCU089 TYC
TCU129
TCU129 WNT
TCU084
WTC
CHY082 CHY027
TCU141
CHY025 TCU141
TCU122 TCU122
SML TCU079 TCU079 TCU078
地震动：地震动的量测 – 地震仪 现代数字地震仪
地震动：地震动的量测 – 地震仪
中国地震台网
地震动：地震动的量测 – 地震仪
2012 年 9 月 7 日，云贵 交界连发两次5级以上 地震，中国地震台网 中心分析了此次地震 的发震构造。本次地 震发震构造为西鱼河 断裂及昭通断裂附近， 震源机制为走滑型。
地震动
地震工程学关注的是在地震动作用下工程结构的 动力响应、地震动的哪些参数会对结构地震反应 产生重要影响以及如何合理地估计这些参数。
地震动 地震动：地球介质中某一点的振动
振动分量（自由度） 平动
现阶段主要研究 地震动的平动分 量（三分量） 对地震动转动分量 的研究刚刚起步
转动
地震动：地震动的量测
地震动：地震动的量测 – 地震仪 地震仪的工作原理
地震仪基本原理非 常简单，带记录笔的重 锤通过弹簧固定在支架 上，地震时，重锤固有 摆动频率远小于地面振 动，从而在匀速移动的 纸张上留下振动的轨迹。 地震台一般同时装 备记录南北、东西和垂 直等3个方向震动的地震 仪。现代地震仪把振动 转变为电信号，通过电 路放大并储存到电脑中， 灵敏度大为提高。
地震动：特殊的强震加速度记录：场地液化
水平加速度记录上出现的大量Spike也是 液化场地上加速度记录的一个重要特征
地震动：特殊的强震加速度记录：场地液化
地震过程中，液化土层中的孔隙水压力逐渐积累，当 超过一定值时，土颗粒之间的有效应力趋近于零，土 层液化。
地震动：特殊的强震加速度记录：速度脉冲
地震动：特殊的强震加速度记录：场地液化
场地液化后，由于场地液化土层变成砂的悬液，其力学特性与液 体非常相似，因此液化土层无法向上传递高频剪切波，从而导致 其水平加速度记录分量的卓越频率突然降到一个非常低的水平。
在场地液化之后，记录富含低频成分
在场地液化之前，记录富含高频成分
由于液化土层依然能够传递纵波，因此竖直分量的频率成分没有 明显的变化。
以强震动为主要量测对象，地震工程工作者使用， 目的在于确定强地震时观测点处的地震动和结构 地震反应，以便了解结构物的地震动输入特性， 地震工程中主要的研究对象之一就是 结构物的抗震特性，从而为抗震设计提供数据。 强震仪记录到的强震加速度记录。 为了得到对结构破坏起主要作用的数据，强震仪 测量的重点是地表附近的地震动全过程，地震动 的物理量大多选定为与地震惯性力联系密切的地 震动加速度。
Depth (m)
Instrument house SM2 Recorder
P2
孔压计
P1 SM1 P3
强震仪
Holzer, T. L., Youd, T. L., and Hanks, T. C. (1989). Silt P6 Dynamics of Liquefaction During the 1987 Superstition SM: Strong Science motion seismometer P: Piezometer Hills, California, Earthquake. , Vol. 244, pp. 5615 59
TCU071
Latitude
一些近断层台站记录到的加速度时程积分得到 24.0 的速度时程中含有显著的速度大脉冲。
TCU123
TCU075 TCU140 TCU145
TCU106
TCU123
TCU120
TCU072
TCU074
TCU140 TCU145 TCU115 TCU119
TCU115
TCU120 TCU110
时 间
位移 质点 初始位置 地表
地震动：地震动的量测
时 间
位移 初始位置 地表
地震动：地震动的量测 – 地震仪
以弱震动为主要量测对象，地震工作者使用，目 的在于确定地震震源的地点和力学特性、发震时 间和地震大小，从而了解震源机制，地震波所经 过的路线中的地球介质及地震波的特性和传播规 律。除地震本身外，研究的内容还涉及地球内部 结构。通常记录地震动的速度或位移。
地震动：地震动的量测 – 地震仪
早期地震仪
1920年海原地震后，翁文灏所长安排李善邦于1930年在北京西山的鹫峰 建立了地震台，该台自 1930年冬到1937年抗日战争爆发为止，共记录 2472 次地震。这是中国人自己建立的第一个地震台。我国现代地震学研究的开 端。 这是1951年李善邦先生主持研制的我国第一台地震仪。
地震动：地震动的量测 – 地震仪
1920年宁夏海原8.5级地震，死亡24万人，毁城4座。 1920年海原地震后，当时的地质调查所所长翁文灏亲自 带队前往现场调查，回来写出了“甘肃地震考”等论文。 翁文灏所长认识到，地震现象不能只由地质学家通过宏观 考察进行研究，还需要设立地震台进行观测，以便应用物 理方法研究地震的本质。
地震动：宽频带地震仪得到的速度记录
除了用于地震学研究，现代宽频带地震仪记录到的地 震记录在地震工程中也得到了应用。 长周期地震动参数衰减关系 研究中得到了应用
第四代区划图编制 重大工程地震安全性评价
地震动：地震动的量测 – 地震仪
在强震作用下，早期地震仪的指针很早就被震飞。 因此工程地震学所关注的强地面运动一次也没有 被地震仪记录到。 现代数字化地震仪在记录强地面运动时存在的问 地液化
1987年美国Superstition Hills地震，Wildlife场地
在这次地震之前， 强震仪 0 在该场地布设了强震 Silt 观测台阵。 P5 地震发生时，这 Silty Sand P4 5 个土层发生了液化， (liquefiable layer) 易液化土层 整套台阵获得了宝贵 的观测资料。该成果 Silty Clay 刊登在Science上。 10
1999年9月21日台湾集集发生7.3级大地震 强震观测上的显著特征 记录到了大量近断层含速度脉冲的地震动
地震动：特殊的强震加速度记录：速度脉冲
石冈埤丰桥
光复国中跑道
地面永久位移