什么是地震作用

什么是地震作用

　　地震作用（earthquake action），建筑學(xué)術(shù)語(yǔ)，指由地運動(dòng)引起的結構動(dòng)態(tài)作用，分水平地震作用和豎向地震作用。設計時(shí)根據其超越概率，可視為可變作用或偶然作用。下面是有關(guān)于地震作用的介紹，一起來(lái)看看。

　　強震地面運動(dòng)

　　強地震引起的地面運動(dòng)，一般可用強震儀以加速度時(shí)程曲線(xiàn)(兩個(gè)水平向、一個(gè)豎向)的形式記錄，其中對結構產(chǎn)生作用的最重要特征是加速度最大值(也稱(chēng)加速度峰值)、頻率成分和持續時(shí)間。從圖1 a、b可知，兩個(gè)記錄分別具有不同的頻率成分(波形A、波形B)，其各自的主要頻率也稱(chēng)卓越頻率(其倒數為卓越周期);土愈軟則卓越周期愈長(cháng)，并隨震中距而異。持續時(shí)間從幾秒至幾十秒，隨震級、震中距以及地表軟土覆蓋層厚度而變化。地震時(shí)，在結構的某些部位裝上傳感器把信號記錄下來(lái)，可得到地震反應的物理量：如加速度、速度、位移和應變等，用以定量估計地震作用，以便在工程結構抗震設計中應用。

　　地震作用理論

　　在結構設計中，為了增強結構抗御地震災害的能力，早在19世紀就有許多學(xué)者研究地震作用的理論。到目前為止，以規范形式肯定下來(lái)的先后有靜力理論和反應譜理論，此外，在一些重要工程中，往往直接通過(guò)地震反應時(shí)程分析來(lái)改進(jìn)結構的抗震設計。

　　靜力理論

　　20世紀初，日本首先提出水平最大加速度是地震破壞的重要因素。把地面運動(dòng)最大加速度(塯g)和重力加速度(g)的比值K定義為“水平烈度”，即當房屋重量為G時(shí)，水平地震力為KG;可理解為以房屋重量K倍的水平力破壞房屋的靜止狀態(tài)。靜力理論曾被很多國家接受，直到現在個(gè)別國家還在某些結構設計中應用。

　　動(dòng)力理論

　　考慮地面運動(dòng)加速度和結構動(dòng)力特性的計算理論。其中有反應譜理論和地震反應時(shí)程分析。

　　反應譜理論

　　20世紀30年代初期，美國首先提出了反應譜概念。1943年M.A.畢奧發(fā)表了以海倫娜等地地震為例的幾條加速度譜曲線(xiàn)，圖2是其中之一， 用扭擺模擬方法繪制，橫坐標為單質(zhì)點(diǎn)體系的自振周期，縱坐標為體系質(zhì)點(diǎn)的最大加速度值，這就是加速度反應譜。顯然，輸入相同的地震記錄，最大加速度值隨體系自振周期的改變而變化。如果把數量足夠多的實(shí)際地面運動(dòng)記錄作為輸入，可以得到多條類(lèi)似的曲線(xiàn)，然后經(jīng)過(guò)統計分析可以確定一條或數條隨場(chǎng)地土質(zhì)條件變化的標準反應譜曲線(xiàn)以供設計應用，這就是反應譜理論。自50年代起，美國和蘇聯(lián)開(kāi)始采用反應譜理論，目前大多數國家的規范都采用了。中國自50年代中期開(kāi)始在抗震設計中采用了反應譜理論。70年代的譜曲線(xiàn)形狀如圖3所示，圖中α為地震影響系數，它是最大絕對加速度與重力加速度的比值，當設計烈度為 7度、8度、9度時(shí)，α分別為0.23、0.45、0.90;Ⅰ類(lèi)場(chǎng)地為堅硬的土，Ⅲ類(lèi)場(chǎng)地為較軟弱土，Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地土介于Ⅰ、Ⅲ之間。在抗震設計中，從靜力理論過(guò)渡到反應譜理論是一個(gè)質(zhì)的變化。反應譜曲線(xiàn)不僅可以直接提供單自由度體系的彈性地震力，對于多自由度體系，也可以通過(guò)振型分解把結構化為若干個(gè)單自由度以便利用同一譜曲線(xiàn)。

　　地震反應時(shí)程分析

　　在抗震設計中，有時(shí)還要直接進(jìn)行確定性的地震反應時(shí)程分析。在進(jìn)行分析時(shí)，除需選擇合適的地震記錄外，還要確定結構的力學(xué)模型、結構構件的恢復力特性和計算方法。

　　在建筑結構中，可以根據實(shí)際情況把結構簡(jiǎn)化為單自由度體系或多自由度體系等力學(xué)計算模型。結構或結構構件的恢復力與位移關(guān)系主要通過(guò)試驗獲得�；謴土�和位移的關(guān)系可以分為彈性的和非彈性的。為了便于計算，非彈性的恢復力P和位移x關(guān)系可以簡(jiǎn)化成折線(xiàn)的彈塑性模型。按照彈性恢復力關(guān)系求得的反應便是確定性的彈性地震反映;按照彈塑性模型求得的反應，則是確定性的彈塑性地震反應。由于地面運動(dòng)加速度塯g(t)不能用數字式表達，因而只能把加速度-時(shí)間曲線(xiàn)按很小的時(shí)段劃分，逐段對運動(dòng)方程式用電子計算機進(jìn)行直接積分，從而求得各個(gè)時(shí)刻的地震反應。圖5為自振周期較短的某磚混房屋輸入不同波形的地面運動(dòng)加速度記錄后的彈性反應。很明顯，由于波形A的卓越周期長(cháng)于波形B，因而波形A的反應小于波形B。顯然結構自振周期愈接近地面運動(dòng)卓越周期，其反應也愈強烈。這樣，就需要輸入若干個(gè)與結構物所在場(chǎng)地土條件相近的地表記錄求算最大反應的包絡(luò )圖，找出結構的薄弱之處，以便加強由于地震作用引起房屋損壞的部位。又如對于已經(jīng)產(chǎn)生震害的結構，地震反應時(shí)程分析的結果也能較好地揭示地震震害發(fā)生的位置和程度。此外，對于某些不滿(mǎn)足抗震鑒定要求的待加固結構，可通過(guò)地震反應時(shí)程分析作出進(jìn)一步鑒定和尋求最佳的加固方案。

　　在地震反應時(shí)程分析中，對剛度中心與質(zhì)量中心不重合的結構，要考慮水平地面運動(dòng)輸入引起的結構扭轉;對某些高聳結構，特別是質(zhì)量分布不均并位于震中區附近的高聳結構，要考慮豎向地面運動(dòng)的作用;對較長(cháng)的結構還要考慮沿結構不同長(cháng)度處的地面影響。

　　什么是地震預警

　　地震預警，是指地震發(fā)生后，臨近震中的觀(guān)測儀器捕捉到地震波后，快速估測地震的大小并預測地震可能造成的影響，趕在破壞性的地震波到達目標區域前，發(fā)出緊急警報，以減輕災害損失。

　　地震預警技術(shù)的原理，可以通過(guò)一個(gè)比喻來(lái)理解。一般來(lái)說(shuō)，地震的縱波（P波）和橫波（S波）的特點(diǎn)如同兩支部隊：縱波（P波）是輕騎兵部隊，移動(dòng)速度快但破壞性��；橫波（S波）是重裝步兵兵團，移動(dòng)速度慢但破壞力驚人。地震預警就是抓住縱波（P波）跑得快的特點(diǎn)，在地震發(fā)生后，迅速發(fā)現敵軍的輕騎兵部隊，向我軍發(fā)出警報，而此時(shí)敵軍主力還在趕來(lái)的路上。

　　地震預警有什么用

　　1.告訴大家地震要來(lái)了。

　　2.告訴大家地震的影響可能有多大。

　　地震預警時(shí)間一般只有數秒到數十秒，如果能夠合理利用這段時(shí)間，便可緊急制動(dòng)高速行駛的列車(chē)，自動(dòng)切斷燃氣管道閥門(mén)、供電系統，使核電站停堆等，從而減輕損失，避免重大工程、生命線(xiàn)工程發(fā)生嚴重災害。

　　地震預警的局限性

　　地震預警雖然可以提供緊急警報信息，但是其技術(shù)本身也存在一定的局限性，主要是：存在盲區、減災效果有限、可能誤報或漏報等。

　　預警盲區就是震中附近來(lái)不及獲得預警信息的地區。

　　對于大震來(lái)說(shuō)，預警盲區外可能遭受地震破壞的區域，是地震預警作用最明顯的區域，也就是預警有效區。

　　距離震中較遠的區域，由于地震造成的破壞較小，地震預警所產(chǎn)生的作用有限，是預警弱效區。

　　目前，國內外地震預警信息發(fā)布條件通常為：針對6級以上地震，面向預測地震烈度大于Ⅵ度（6度）的區域進(jìn)行發(fā)布。

　　地震預警系統與地震波“賽跑”也只能贏(yíng)得數秒至數十秒的時(shí)間。在這樣短的時(shí)間內，公眾和企業(yè)能夠采取的緊急處置措施和取得的減災效果是相對有限的。

　　地震預警技術(shù)和流程復雜，若想快速發(fā)出警報，則可能出現較大誤差，或者增加技術(shù)系統“犯錯”的幾率，出現誤報，給社會(huì )造成不必要的恐慌和影響，也可能發(fā)生漏報，公眾無(wú)法獲得預警信息。

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