什么是地震作用

　　地震作用（earthquake action），建筑學(xué)術(shù)語，指由地運(yùn)動引起的結(jié)構(gòu)動態(tài)作用，分水平地震作用和豎向地震作用。設(shè)計時根據(jù)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，一起來看看。

　　強(qiáng)震地面運(yùn)動

　　強(qiáng)地震引起的地面運(yùn)動，一般可用強(qiáng)震儀以加速度時程曲線(兩個水平向、一個豎向)的形式記錄，其中對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用的最重要特征是加速度最大值(也稱加速度峰值)、頻率成分和持續(xù)時間。從圖1 a、b可知，兩個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卓越頻率(其倒數(shù)為卓越周期);土愈軟則卓越周期愈長，并隨震中距而異。持續(xù)時間從幾秒至幾十秒，隨震級、震中距以及地表軟土覆蓋層厚度而變化。地震時，在結(jié)構(gòu)的某些部位裝上傳感器把信號記錄下來，可得到地震反應(yīng)的物理量：如加速度、速度、位移和應(yīng)變等，用以定量估計地震作用，以便在工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中應(yīng)用。

　　地震作用理論

　　在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗御地震災(zāi)害的能力，早在19世紀(jì)就有許多學(xué)者研究地震作用的理論。到目前為止，以規(guī)范形式肯定下來的先后有靜力理論和反應(yīng)譜理論，此外，在一些重要工程中，往往直接通過地震反應(yīng)時程分析來改進(jìn)結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計。

　　靜力理論

　　20世紀(jì)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(yùn)動最大加速度(塯g)和重力加速度(g)的比值K定義為“水平烈度”，即當(dāng)房屋重量為G時，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?fàn)顟B(tài)。靜力理論曾被很多國家接受，直到現(xiàn)在個別國家還在某些結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用。

　　動力理論

　　考慮地面運(yùn)動加速度和結(jié)構(gòu)動力特性的計算理論。其中有反應(yīng)譜理論和地震反應(yīng)時程分析。

　　反應(yīng)譜理論

　　20世紀(jì)30年代初期，美國首先提出了反應(yīng)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，圖2是其中之一， 用扭擺模擬方法繪制，橫坐標(biāo)為單質(zhì)點(diǎn)體系的自振周期，縱坐標(biāo)為體系質(zhì)點(diǎn)的最大加速度值，這就是加速度反應(yīng)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(shù)量足夠多的實(shí)際地面運(yùn)動記錄作為輸入，可以得到多條類似的曲線，然后經(jīng)過統(tǒng)計分析可以確定一條或數(shù)條隨場地土質(zhì)條件變化的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜曲線以供設(shè)計應(yīng)用，這就是反應(yīng)譜理論。自50年代起，美國和蘇聯(lián)開始采用反應(yīng)譜理論，目前大多數(shù)國家的規(guī)范都采用了。中國自50年代中期開始在抗震設(shè)計中采用了反應(yīng)譜理論。70年代的譜曲線形狀如圖3所示，圖中α為地震影響系數(shù)，它是最大絕對加速度與重力加速度的比值，當(dāng)設(shè)計烈度為 7度、8度、9度時，α分別為0.23、0.45、0.90;Ⅰ類場地為堅硬的土，Ⅲ類場地為較軟弱土，Ⅱ類場地土介于Ⅰ、Ⅲ之間。在抗震設(shè)計中，從靜力理論過渡到反應(yīng)譜理論是一個質(zhì)的變化。反應(yīng)譜曲線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，也可以通過振型分解把結(jié)構(gòu)化為若干個單自由度以便利用同一譜曲線。

　　地震反應(yīng)時程分析

　　在抗震設(shè)計中，有時還要直接進(jìn)行確定性的地震反應(yīng)時程分析。在進(jìn)行分析時，除需選擇合適的地震記錄外，還要確定結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的恢復(fù)力特性和計算方法。

　　在建筑結(jié)構(gòu)中，可以根據(jù)實(shí)際情況把結(jié)構(gòu)簡化為單自由度體系或多自由度體系等力學(xué)計算模型。結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的恢復(fù)力與位移關(guān)系主要通過試驗(yàn)獲得。恢復(fù)力和位移的關(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(fù)力P和位移x關(guān)系可以簡化成折線的彈塑性模型。按照彈性恢復(fù)力關(guān)系求得的反應(yīng)便是確定性的彈性地震反映;按照彈塑性模型求得的反應(yīng)，則是確定性的彈塑性地震反應(yīng)。由于地面運(yùn)動加速度塯g(t)不能用數(shù)字式表達(dá)，因而只能把加速度-時間曲線按很小的時段劃分，逐段對運(yùn)動方程式用電子計算機(jī)進(jìn)行直接積分，從而求得各個時刻的地震反應(yīng)。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(yùn)動加速度記錄后的彈性反應(yīng)。很明顯，由于波形A的卓越周期長于波形B，因而波形A的反應(yīng)小于波形B。顯然結(jié)構(gòu)自振周期愈接近地面運(yùn)動卓越周期，其反應(yīng)也愈強(qiáng)烈。這樣，就需要輸入若干個與結(jié)構(gòu)物所在場地土條件相近的地表記錄求算最大反應(yīng)的包絡(luò)圖，找出結(jié)構(gòu)的薄弱之處，以便加強(qiáng)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(jié)構(gòu)，地震反應(yīng)時程分析的結(jié)果也能較好地揭示地震震害發(fā)生的位置和程度。此外，對于某些不滿足抗震鑒定要求的待加固結(jié)構(gòu)，可通過地震反應(yīng)時程分析作出進(jìn)一步鑒定和尋求最佳的加固方案。

　　在地震反應(yīng)時程分析中，對剛度中心與質(zhì)量中心不重合的結(jié)構(gòu)，要考慮水平地面運(yùn)動輸入引起的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn);對某些高聳結(jié)構(gòu)，特別是質(zhì)量分布不均并位于震中區(qū)附近的高聳結(jié)構(gòu)，要考慮豎向地面運(yùn)動的作用;對較長的結(jié)構(gòu)還要考慮沿結(jié)構(gòu)不同長度處的地面影響。

　　什么是地震預(yù)警

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

　　地震預(yù)警技術(shù)的原理，可以通過一個比喻來理解。一般來說，地震的縱波（P波）和橫波（S波）的特點(diǎn)如同兩支部隊(duì)：縱波（P波）是輕騎兵部隊(duì)，移動速度快但破壞性小；橫波（S波）是重裝步兵兵團(tuán)，移動速度慢但破壞力驚人。地震預(yù)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(xiàn)敵軍的輕騎兵部隊(duì)，向我軍發(fā)出警報，而此時敵軍主力還在趕來的路上。

　　地震預(yù)警有什么用

　　1.告訴大家地震要來了。

　　2.告訴大家地震的影響可能有多大。

　　地震預(yù)警時間一般只有數(shù)秒到數(shù)十秒，如果能夠合理利用這段時間，便可緊急制動高速行駛的列車，自動切斷燃?xì)夤艿篱y門、供電系統(tǒng)，使核電站停堆等，從而減輕損失，避免重大工程、生命線工程發(fā)生嚴(yán)重災(zāi)害。

　　地震預(yù)警的局限性

　　地震預(yù)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(qū)、減災(zāi)效果有限、可能誤報或漏報等。

　　預(yù)警盲區(qū)就是震中附近來不及獲得預(yù)警信息的地區(qū)。

　　對于大震來說，預(yù)警盲區(qū)外可能遭受地震破壞的區(qū)域，是地震預(yù)警作用最明顯的區(qū)域，也就是預(yù)警有效區(qū)。

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

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

　　地震預(yù)警系統(tǒng)與地震波“賽跑”也只能贏得數(shù)秒至數(shù)十秒的時間。在這樣短的時間內(nèi)，公眾和企業(yè)能夠采取的緊急處置措施和取得的減災(zāi)效果是相對有限的。

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

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