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地震工程学概述

胡聿贤先生认为《地震工程学》是沟通工程地震和结构抗震学科间的桥梁。
随着地震工程理论与实践的发展, 地震工程学所涵盖的领域越来越宽。以工程地震和工程抗震为核心的地震工程学正朝着系统减灾的方向迈进。全面把握地震工程学研究领域的众多细节的越来越困难, 学习基础性的理论体系尤为重要, 它是我们在更加尖端的前沿领域开展研究工作的前提。

1 地震灾害
2 地震工程学的研究内容
3 地震工程学的发展概况
4 地震工程学的特点
5 地震工程学与相关学科的关系

1、 地震灾害
地震是人类面临的主要自然灾害之一, 在过去的20世纪里, 因地震死亡人数平均每年达到17000人, 即使不包括唐山地震的人员伤亡, 平均死亡人数也达到10000人/年。地震造成的灾难是多方面的, 以多种方式引起结构物破坏和人员伤亡, 从房屋倒塌到火灾、 海啸、 瘟疫、 滑坡。
20世纪地震灾害造成的绝对死亡人数没有减少的趋势, 当然考虑到人口的增长, 死亡人数占总人口的相对比例在下降。
由于城市化进程的加快, 地震灾害造成的经济损失和保险损失增长迅速。1995年阪神地震造成1000亿美元的损失, 预示着如果地震发生在东京、 洛杉矶、 旧金山等其它更大的城市时, 损失会更大。
东日本大地震
3月11日( 星期五) 世界标准时05时46分23秒, 即日本标准时间14时46分23秒, 震中位于仙台市以东的太平洋海域约130km处, 距日本首都东京约373千米。按日本气象厅震度阶级计算方法计算, 此次地震震级为矩震级规模8.8级。地震发生之初, 美国地质调查局发布此次地震的规模为矩震级规模7.9级, 后数次将震级修正为8.1级、 8.8级、 8.9级, 再于3月13日上午与日本气象厅共同修订至9.0级。
日本东北地域太平洋沿岸及北海道东部沿岸都受到了海啸的侵袭, 高度最高达40.5米。日本气象厅对东北、 关东太平洋沿海地区发出大海啸警报。宫城县、 岩手县、 福岛县等地遭到地震过后海啸, 沿海地区遭到毁灭性的破坏。
截至日本时间12月29日, 地震造成至少15,846人死亡、 3,320人失踪、 伤者6,011人, 遭受破坏的房屋1,135,446栋, 为日本二战后伤亡最惨重的自然灾害。损失总额约1.36万亿人民币。 ( 东日本地震已发现15848具遗体, 3305人仍下落不明)

汶川地震
5月12日14时28分04秒, 四川汶川、 北川, 发生8级强震。这是新中国成立以来破坏性最强、 波及范围最大的一次地震。此次地震重创约50万平方公里的中国大地! 为表示全国各族人民对四川汶川大地震遇难同胞的深切哀悼, 国务院决定, 5月19日至21日为全国哀悼日。自 起, 每年5月12日为全国防灾减灾日。

汶川地震宏观烈度与等震线
5月12日14时28分, 四川汶川发生8.0级地震, 截至 9月25日12时, 已确认374643人受伤, 69227人遇难, 失踪17923人。遇难和失踪人员达到87150人。
1997.1- .2.11大于7级地震-中国地震网
世界地震带　
地震震中分布集中的地带, 称为地震带。从世界范围看, 有些地区没有或很少有地震, 有些地区则地震频繁而强烈。地震带往往与活动性很强的地质构造带一致。
据世界震中分布规律, 大致能够划分以下几个地震带:

(1)环太平洋地震带 全世界约80％的浅源地震, 90％的中源地震和几乎全部深源地震都发生在这一带。所释放的地震能量约占全世界能量的80％, 但其面积仅占世界地震总面积的一半。
此地震带, 在太平洋西部大抵从阿留申群岛, 向西沿堪察加半岛、 千岛群岛, 至日本诸岛、 琉球群岛, 至中国台湾岛, 过菲律宾群岛、 伊里安岛, 南至新西兰为止。在太平洋东部, 大致从阿拉斯加西岸, 向南经加里福尼亚、 墨西哥( 在中美有一分支, 称为加勒比或安的烈斯环) 、 秘鲁, 沿智利至南美的极南端。这一带也是著名的火山带, 它与中、 新生带褶皱带和新构造强烈活动带是一致的。
(2)地中海—喜马拉雅地震带 这是一条横跨欧亚大陆, 并包括非洲北部, 大致呈东西方向的地震带, 总长约15000km、 宽度各地不一, 在大陆部分常有较大的宽度, 并有分支现象。太平洋地震带外几乎其余的较大浅源地震和中源地震都发生在这一带。释放能量占全世界地震释放总能量的15％。
此地震带西起葡萄牙、 西班牙和北非海岸, 东去经意大利、 希腊、 土耳其、 伊朗至帕米尔北边, 进入中国西北和西南地区; 南边沿喜马拉雅山山麓和印度北部, 又经苏门答腊、 爪哇至伊里安, 与环太平洋带相接。这一带也有许多火山分布。
(3)大洋中脊( 海岭) 地震带
①大西洋中脊( 海岭) 地震带 自斯匹次卑尔根岛经冰岛向南沿亚速尔群岛、 圣保罗岛等至南桑德韦奇群岛、 色维尔岛, 沿大西洋中脊分布, 向东与印度洋南部分叉的海岭地震带相连。
②印度洋海岭地震带 由亚丁湾开始, 沿阿拉伯—印度海岭, 南延至中印度洋海岭; 向北在地中海与地中海—南亚地震带相连; 向南到南印度洋分为两支, 东支向东南经澳大利亚南部, 在新西兰与环太平洋带相接; 西支向西南绕过非洲南部与大西洋中脊地震带相接。
　③东太平洋中隆地震带 从中美加拉帕戈斯群岛起向南至复活节岛一带, 分为东西二支, 东支向东南在智利南部与环太平洋地震带相接; 西支向西南在新西兰以南与环太平洋地震带和印度洋海岭地震带相连。以上三带皆以浅源地震为主。
(4)大陆断裂谷地震带 分布于一些区域性断裂带或地堑构造带, 主要有东非大断裂带, 红地堑, 亚丁湾及死海, 贝加尔湖以及太平洋夏威夷群岛等。此带主要为浅源地震。

中国主要地震带
中国位于世界两大地震带——环太平洋地震带与欧亚地震带之间, 受太平洋板块、 印度板块和菲律宾海板块的挤压, 地震断裂带十分发育。20世纪以来, 中国共发生6级以上地震近800次, 遍布除贵州、 浙江两省和香港特别行政区以外所有的省、 自治区、 直辖市。 　　
中国地震活动频度高、 强度大、 震源浅, 分布广, 是一个震灾严重的国家。19 以来, 中国死于地震的人数达55万之多, 占全球地震死亡人数的53%; 1949年以来, 100多次破坏性地震袭击了22个省(自治区、 直辖市), 其中涉及东部地区14个省份, 造成27万余人丧生, 占全国各类灾害死亡人数的54%, 地震成灾面积达30多万平方公里, 房屋倒塌达700万间。地震及其它自然灾害的严重性构成中国的基本国情之一。
中国地震主要分布在五个区域: 台湾地区、 西南地区、 西北地区、 华北地区、 东南沿海地区和23条地震带上。 　　中国的地震活动主要分布在五个地区的23条地震带上。这五个地区是: ①台湾省及其附近海域; ②西南地区, 主要是西藏、 四川西部和云南中西部; ③西北地区, 主要在甘肃河西走廊、 青海、 宁夏、 天山南北麓; ④华北地区, 主要在太行山两侧、 汾渭河谷、 阴山-燕山一带、 山东中部和渤海湾; ⑤东南沿海的广东、 福建等地。
中国的台湾省位于环太平洋地震带上, 西藏、 新疆、 云南、 四川、 青海等省区位于喜马拉雅-地中海地震带上, 其它省区处于相关的地震带上。中国地震带的分布是制定中国地震重点监视防御区的重要依据。

˜ 世界十大自然灾害( 据联合国, 1947-1980)
热带气旋( 飓风、 台风) 、 地震、 洪涝、 雷暴与龙卷风、 雪灾、
火山爆发、 热浪、 雪崩、 滑坡、 潮汐与海啸
˜ 中国是受灾最严重的国家之一
人员损失巨大( 7/17次 5万人, 4/4次20万人)
分布广
成灾比率高
˜ 近年来的三大自然灾害
地震、 风灾、 温室效应( 极端气候)
2、 地震工程学的发展概况
地震工程学的发展是随着人们对地震灾害认识的不断深入和科学技术的进步而推进的, 经济和生命的代价也激励人们不断提高抵御自然灾害的能力, 在顺应自然的前提下达到征服自然, 较少损失, 减轻灾害。能够说地震的不断发生推动了地震工程学学科的发展。
( 1) 20世纪前的地震事件
历史上最早一条关于地震的记载在公元前1831年( 1652年) , ”夏帝发七年泰山震”( 胡聿贤)
132年汉代人张衡( 78-139) 创造侯风地动仪;
1556年1月23日( 明嘉靖34年12月) 陕西关中大地震, ”……压死官吏军民奏报有名者八十二万有余”
1755年11月1日, 葡萄牙里斯本发生地震, 法国、 瑞士、 意大利北部乃至欧洲大部地区均有震感, 地震引起了火灾、 海啸等次生灾害, 60000~100000死亡。从科学的观点看, 地震后房屋结构的设计有所改变。
1755年11月18日, 马萨诸塞州首府波士顿附近发生地震;
1811-18 , New Madrid County, Missouri, USA, 发生震群型地震;
1857年1月9日, 加利福尼亚发生地震;
1886年查尔斯顿地震, 铁轨弯曲, 火车被掀翻; 地基土液化
( 2) 20世纪早期的地震事件
19 4月18, 旧金山地震
加里福尼亚洲历史上最严重的地震, 也是地震工程学发展史上最重要的地震之一。地震造成了被观察到的最长断层破碎带( 430公里) , 最大水平位移达到6.4米, 跨越断层的道路中断, 水管破裂。
地震及引起的火灾造成 余人死亡, 财产损失达5.24亿美元。由于水管破裂, 无法保证消防用水的供应, 大火燃烧了3天, 旧金山地区28000栋房屋被毁, 80%是由于火灾所致。人们不但关注地震对结构物的影响, 同样关注火灾对结构材料的影响, 详细的灾害调查表明: 体型较好的建筑物没有严重受损, 如果有较好的防火性能, 则能在地震和火灾后幸存。该地震给人们留下了一下经验:
1. 钢及钢筋混凝土房屋在较大的地震中受损较轻微;
2. ”大地震将会在50-1 重现, 期间没有地震发生; 火灾将造成严重的损失;
3. 加州的房屋抗震设计规范并未因此次地震事件而修改, 抗震设计;
该地震导致:
1. 开启了地震作用( 效应) 方面的现代研究和记载;
2. 瑞德的弹性回跳学说产生, 20世纪60年代成为板块构造学说的一部分;
3. 地震周期的概念.( 活跃期、 平静期)
4. 美国地震学会成立–(BSSA)
19 12月28, 意大利 墨西拿地震
19 发生在意大利西西里岛第二大城市墨西拿的一场7.5级的大地震, 地震引发近海掀起局部浪高达12米的海啸。是欧洲有史以来死亡人数最多的地震和海啸。
地震发生在当地时间19 12月28日凌晨5时25分。震源位于墨西拿附近的海底, 地震波及了墨西拿海峡对岸的雷焦卡拉布里亚。两座城市均被毁, 大地下陷了0.6米, 墨西拿人口的一半约7.5万人丧生。
巨大的人员伤亡, 促使政府指派9位有经验的工程师和5位教授研究地震, 制定工程抗震设计的建议。
1. 开启了实用的结构抗震设计时代;
2. 第一部采用等效静力法进行抗震设计的建议( 第1层的设计水平力为 1/12楼层以上建筑物重量; 2、 3层的设计水平力为1/8楼层以上建筑重量) ;

1923年9月1日, 日本关东地震
日本处于四大板块( 欧亚、 太平洋、 菲律宾、 北美) 交汇处, 地震活动频繁。1923年9月1日11: 58am, 关东地震发生。
尽管相模湾的海滨以及房总半岛也遭受地震、 3-6米海啸, 以及地面抬高2米等灾害的重创, 但横滨和东京等城区受灾最为严重.
地震发生在中午做饭时间, 因而引起大火, 同时由于炎热, 干燥和大风等天气条件, 加之水管破裂, 消防用水短缺, 因而引发了严重的火灾。关东大地震开启了地震工程研究的新时代:
1. 早期的基础隔震技术 – 柱底采用球形摇轴支座(Riuitchi Oka, 岡 隆一)
2. 柔性建筑物得到认可. (Kenzaburo Mashima, 眞島 健三郎)
砌体结构抗震性能最差, 其次是钢筋混凝土结构, 钢结构和木结构都具有较好的抗震性能。
3. Dr. Tachu Naito(内藤多仲)赞同采用刚性建筑物, 她认为抗震设计的三个重要因素是:
结构刚度, 合理的横向力分配, 减小弹性振子的自振周期, 使其小于地震的可能周期.

关东大地震后, 建筑规范随即得到改进, 并在横滨和东京的重建中生效。
1. 限制木结构建筑物最大高度, 增加支撑;
2. 砌体结构需要增加胸墙;
3. 钢结构建筑增设附加支架或支撑, 以增加柱与梁连接的刚度;
4. 改进钢筋混凝土结构的细部设计.

1925年圣芭芭拉地震, 1933年长滩地震
圣芭芭拉地震发生于6: 42am, 人们大多没上班, 因此尽管主要商业街的建筑大多受损, 部分倒塌, 但没有造成更多的人员伤亡。
由于不利的地质条件, 结构抗震性能差, 地震损失加重。房屋倒塌, 其中校舍普遍受损严重, 造成大量学生伤亡。
这两次地震损害虽不太严重, 但对工程和建筑规范的进展产生了积极影响:
制订了第一部包含抗震规定的现代规范: UBC-1927( 尽管是非强制条款)
研制了强震仪( 1931完成设计, 1932使用) , 并于1933年长滩地震中获得有史以来第一条强震记录, 具有里程碑意义。
由于大量没有加筋的砌体结构在长滩地震中毁坏, 特别是一些校舍, 使得加州采纳了一下规定:
1 禁止修建没有加筋的砌体结构;
2 加州的所有建筑必须满足强制性抗震要求: 即提供相当于结构重量3%的横向强度; 洛杉矶8%。
3 校舍的结构设计, 平面布置, 监理有了严格的标准。为加州的结构工程实践以及后来各类建筑物的建筑规范要求提供了借鉴。
( 3) 20世纪中期的地震事件
1952年7月21日加州Kern县地震
地震致使46厘米厚的钢筋混凝土隧道墙体开裂, 两隧道出口缩短约2.5m, 钢轨弯曲成S型曲线。
新一代结构工程师和地球科学家对地震进行了详细的调查, 几年后发表”加州工程师协会推荐的横向力需求”( 蓝皮书) 。成为第一本美国地震区的关于抗震要求的规范, 此后成为世界各国竞相效仿的关于抗震需求和建筑设计的规范。
1960年5月22日智利地震
这是一起记录到的最大地震, 矩震级为9.5。地震引起的海啸造成了智利海岸的毁坏, 也给夏威夷和日本带来了严重的人员伤亡和财产损失; 同时地震引起的地基下陷永久改变了该地区大部分的海岸线, 引起内涝; 地震47小时后, 引起火山喷发。
1952年在加州大学洛杉矶分校召开了”地震和爆炸效应对结构物的影响交流会”.
1956年在加州大学伯克利分校召开了首届”地震工程国际会议”。
1960年在第二届WCEE上, 建议成立国际地震工程协会(IAEE), 作为IAEE的官方期刊, 1972年地震工程研究领域最有影响的刊物”地震工程与结构动力学”(EESD)创刊。

( 4) 第一个转折点
1964年3月28日阿拉斯加地震
地震持时达到3分钟, 地震引起滑坡。
竖向位移( 与海平面的相对位移) 从抬高11.5米到下陷2.3米, 绝对位移大约是13-15m。地震引发的海啸浪高达到67m, 给阿拉斯加海湾, 加拿大和美国西海岸造成了损失。
阿拉斯加地震有两个显著影响:
影响程度大, 范围广。地理效应促进了美国地球科学的发展, 此地震的记录文件比较完善;
地震对现代结构的影响(剪力墙的抗震作用), 给结构工程师以警示, 为建筑规范在后续的十年中的主要变革提供了思路。
1964年6月16日日本新潟地震
此次地震的真正意义在于对某些显著失效的原因的技术调查及判别-----地基液化( 一个在多次大地震中出现的自然现象) 。
1971年2月9日加州圣费尔南多地震
尽管新建建筑满足抗震设计规范, 但由于建筑柱缺乏横向约束, 导致破坏。其它地上和地下公共设施都受到损坏。尽管没有观察到明显的断层, 但地裂缝和滑坡导致了广泛的破坏。
加州圣费尔南多地震对工程师的影响不在于人员和经济的损失, 而是:
1 工程师对于现代建筑在中等强度的地震下发生破坏感到震惊;
2 该地震得到约100条强震记录, 使强震记录数量增加了一倍。
新动向:
上述地震使得岩土和结构工程师认识到: 建筑规范需要改进, 现役结构需要增加减轻地震灾害的措施。在19世纪70年代:
UBC规范在1973, 1976年进行了修订, 增加了横向力需求, 修订了屋顶-墙间有缺陷的细部构造以及钢筋混凝土柱的横向钢筋间距。
ATC着手起早新的建筑抗震规范;
对液化现象的调查, 很快出现了实用的分析液化可能性的工程工具;
注重城市地区电力, 水和其它基础设施地震危险性的生命线地震工程的诞生;
美国启动了坝体安全性计划;
1977年, 1977地震灾害减轻行动, 95-124法案获得经过。
( 5) 第二个转折点
1985年9月19日墨西哥米却肯地震
此次地震极不寻常, 并应其广泛关注的原因是距震中400公里的墨西哥中心城区遭受重创, 大量人员伤亡, 这在一般情况下是不可能发生的。究其原因:
1、 这是一个强远震( M=7.9) , 高频成分大大衰减, 在墨西哥城坚硬土上记录到的PGA仅为0.03-0.04g, 但长周期部分的地震波在到达该地区时仍具有巨大的能量;
2、 本身独特的地质构造, 墨西哥城地处一个被活火山包围的盆地, 排水均被收集其中: a. 市区西部为山麓小丘区, 坚硬场地;
b. 湖区, 由火山灰沉积而成, 软弱场地, 具有较大的弹性应变能力, 自振周期约为2s;
c. 变化区
3、 墨西哥老城及许多高层建筑均位于湖区, 如果没有好的基础, 建筑物的沉降极大, 因而造成破坏;
4、 远震的长周期与场地的卓越周期匹配, 因而得到放大, 在过渡区与湖区边缘实测的PGA为0.18g;
5、 软弱场地上被放大的地震动作用于自振周期为1.0-1.5的建筑结构上, 致使其发生损伤或者刚度降低, 结构周期进一步延长, 与放大的反应谱发生二次共振。
1988年12月7日亚美尼亚地震
1970年代建造的现代混凝土房屋在此次地震中遭受了严重破坏, 而不是当地占主要的建筑形式-----老式的未加筋的石砌房屋。原因是面对住房短缺和城市化浪潮, 规划者降低了新的多层建筑标准, 将建筑高度从5层提高到9层。
两次地震后, 高层建筑的安全性问题突出。
1989年10月17日洛马.普里埃塔地震
下午5时04分( 星期二) , 地震持时20s, 由圣.安德烈斯断层发生破裂引起。震中区引发了大量的滑坡, 奥克兰、 旧金山地区发生了砂土液化和海啸。严重的灾害包括:
1、 奥克兰的一座双层桥梁倒塌;
2、 旧金山-奥克兰海湾桥有一孔落梁;
3、 旧金山地区许多房屋倒塌, 伴随着火灾;
由于许多人回家观看比赛, 故人员伤亡损失较小;
1994年1月17日北岭地震
在震级、 发震时间、 发震日期等方面与1971年圣费尔南多地震类似, 主震后的几周时间内伴随着大量的余震。一些场地上实测的最大加速度超过了1.0g, 最大为1.8g。

Caltrans投资计划在 前加固加州境内的所有桥梁;
加快了洛马地震后启动的项目;
联邦政府在减灾的研究方面加大了资金投入, 如钢节点; 一些大学也加快了她们的加固项目;

1995年1月17日阪神地震
民居破坏严重;
神户市中心商业区三宫附近的中层建筑( 6-12) 倒塌严重, 由于受到垂直于断层的长周期速度脉冲的作用, 破坏多是朝北的! 神户中心区60%的房屋受损, 20%的房屋完全倒塌或部分倒塌。
大阪与神户间有阪神高速和湾岸高速, 地震中致使阪神高速( 建于1960年代中后期) 发生严重破坏, 近500米桥梁全部垮塌。
高架的铁道结构和车站受到不同程度的破坏, 地下结构、 港口受损。引发火灾
1999年8月17日土耳其地震
地面沉降与砂土液化
生命线工程( 电力, 通讯、 铁路、 公路、 煤气及水管道) 抗震
马尔马拉地区的迅速发展修建了众多不规则建筑, 导致了不合理的横向力体系, 具有空心粘土瓦填充的无延性钢筋混凝土框架, 与薄弱层共同作用导致了薄煎饼式的损毁。

1999年9月21日台湾地震
许多高层建筑受损( 由于薄弱层的影响) , 断层错动。
1月26日印度地震

Earthquake engineering is the scientific field concerned with protecting society, the natural and the man-made environment from earthquakes by limiting the seismic risk to socio-economically acceptable levels. Traditionally, it has been narrowly defined as the study of the behavior of structures and geo-structures subject to seismic loading, thus considered as a subset of both structural and geotechnical engineering. However, the tremendous costs experienced in recent earthquakes have led to an expansion of its scope to encompass disciplines from the wider field of civil engineering and from the social sciences, especially sociology, political sciences, economics and finance.
地震工程学是一个在社会经济可接受的水平上限制地震风险, 关注保护社会、 自然和人为的环境的科学领域。传统意义上, 它被狭义地定义为研究承受地震荷载时结构和岩土结构的行为, 因此被视为结构工程和岩土工程的一个子集。然而, 近期地震带来的巨大经济损失, 使得其研究范围得以扩大, 涵盖更广泛的土木工程领域和社会科学领域, 特别是社会学、 政治学、 经济学和金融学科。
The main objectives of earthquake engineering are:
· Foresee the potential consequences of strong earthquakes on urban areas and civil infrastructure.
· Design, construct and maintain structures to perform at earthquake exposure up to the expectations and in compliance with building codes.
地震工程的主要目标是:
预见到城市地区和民用基础设施上的强震作用下的潜在后果;
按照建筑法规设计、 建造和维护结构, 使其在地震作用时达到预期的抗震性能。

冈本( 1973) : 地震工程学是由广泛的知识, 包括: 地球物理、 地理学、 地震学, 振动理论, 结构动力学、 材料动力学、 结构工程和施工技术等的集成。更确切的说, 地震工程是运用这些知识去达到一个目的: 保证结构物在地震中的安全。
豪斯奈( 1984) : 地震工程学是包含为减小有害地震影响而采取的所有的非技术和技术努力。有害地震影响包括生命安全、 以及社会的、 经济的和其它后果。
胡德生( 1988) : 地震工程学已经很快从以过去地震的经验为基础的研究发展成为以一个知识体系为科学依据的工程领域。
克拉夫( 1992) : 地震工程学是一个在设计建筑结构、 生命线系统和其它特殊结构时, 以合理的代价换取能够接受的地震安全水平。
德维多维奇( 1992) : 地震工程学的目标就是定义抵御可能地震作用的有效方法。第一个目的就是保护生命和建筑物安全, 可是减少经济损失也越来越重要。
胡德生( 1992) : 地震工程学包含着非常广泛的活动: 社会的、 经济的、 政治的以及科学技术的。所有这些方面都是为地震工程的总目标服务--防止地震成为灾难。基础的研究发展成为以一个知识体系为科学依据的工程领域。

地震工程包含着从科学与工程的不同分支而来的多学科领域, 其目标是把地震危险控制在社会和经济能够接受的水平。

研究内容
1. 地震动
地震动作为结构动力分析的输入, 是工程结构动力性能与抗震减灾理论的基础, 是地震工程学与地震学的交叉点。地震工程学侧重于从地震地质背景、 强震观测、 地震动特性、 地震动模拟、 震害现象分析等方面来关注地震动。而地震学则侧重于震源物理机制及模拟, 震相分析、 地震的强度及分布规律来研究地震动。
2. 工程结构地震反应
工程结构地震反应包括抗震试验与理论分析两项内容, 经过试验( 静力试验、 拟动力实验和动力试验) 现象获得对结构构件或结构物动力性能的了解, 以指导抗震设计, 具有直观、 费用昂贵的特点。而理论研究则主要以结构动力学、 土动力学、 随机振动理论, 动力可靠度理论等为基础, 经过仿真分析研究结构体系的抗震性能, 具有可重复, 费用省的特点。
3. 抗震减灾理论
抗震减灾理论包括: 抗震设计理论、 结构振动控制理论、 地震危险性分析、 震害预测理论、 防灾规划、 灾害控制理论, 其目的是为了减轻和控制地震灾害。
特点
地震工程学属于综合型应用学科, 除具有应用学科的一般特点外, 还包括:
地震工程学是一门理论与实践结合的学科, 除了需要系统的理论知识外, 还有赖于强震观测、 震害经验和试验研究等经验背景; 强震观测是研究地震动的基础, 也是进行结构动力试验的主要依据; 对震害经验的总结, 是人们进行抗震设计、 完善抗震技术和开拓研究领域的重要依据; 试验研究是丰富地震工程学内容, 改进和完善地震工程学理论的有力手段。
地震作用是动力荷载, 与静力荷载相比:
1) 荷载大小与结构动力特性( 质量分布与刚度分布) 有关;
2) 真实的地震荷载时一种不规则的循坏往复荷载, 其解具有时间概念;
3) 具有更大的随机性, 导致抗震设计不能完全依靠强度安全储备。
由于地震作用在强度上的不确定性, 结构物可能在未来强震中进入塑性状态, 因而结构非线性地震反应分析是地震工程学的一个研究热点, 特别是考察往复荷载作用下结构累积损伤的非线性变化过程。另外, 随着地震动差动台阵强震数据的丰富和大跨度空间结构的修建, 考虑复杂地震动输入的结构反应成为地震工程学领域研究的新热点。
由基于随机振动理论的结构动力可靠性理论、 与结构隔震、 减震技术相关联的结构振动控制理论和议灾害预测学、 系统运筹学和系统控制论为基础的防灾规划论的萌芽, 标志着地震工程学的发展已经进入到一个新的阶段。

地震问题的本质: 灾难及预备状态
产生地震灾难的因素:
地震地面运动的强弱;
人口及经济发展的规模与分布;
对地震来临的准备程度。
地震危险性的定义、 评估与控制
某一个场地、 不同场地或建筑物指定的寿命期间, , 地震造成的社会或经济后果等于或超过某个特定值的可能性。
评估和控制某一场地地震危险性, 需要以下步骤:

1、 估计场地的地震活动性;
2、 预测主要影响地震危险性的地震地面运动;
3、 评价这些地震地面运动是否会产生下述潜在危险;
4、 预测这些地震地面运动是否会导致地基失效;
5、 评估设施体系的性能;
6、 评价是否可能出现下面的事件;
7、 投资收益分析。

地震工程学与地震学
二者都以地震为研究对象, 关系密切, 类似于细菌学与医学、 水文学与水利工程之间的关系。即后者需要以前者的研究成果为基础, 前者需要从后者去实现其最终目的。
地震学研究地震动, 主要是经过宏观调查, 研究其强度及分布规律, 并结合地质构造环境, 预测和模拟未来地震; 而地震工程学则从工程着眼, 在了解未来发生地震的时间、 强度、 频度和地点的前提下, 进行结构物抗震设计, 以确保安全。
地震学研究的主要目标是地震本身而不是地震动( 地震震源和地球介质的特性)
地震工程学的研究目标是地震动本身( 三要素) , 是地震动与结构振动之间的关系, 而不是或主要不是地震本身。
地震工程学与土木工程学
土木工程学是一个古老的学科, 地震工程学能够认为是它的一个新分支。地震工程学的发展过程中, 受到土木工程需要的推动。
地震工程学与社会学
地震引起的损失, 除直接经济损失外, 还有社会经济损失等多方面间接损失, 大地震影响范围广, 灾害影响到人们生产、 生活的各个方面。为了有效的减轻地震灾害造成的损失, 能够从地震工程和社会组织两方面采取预防措施, 有效的社会组织, 如地震知识宣传、 强化防震减灾意识、 加强抗震救灾组织, 应急预案和快速的应急响应体系是减少人员伤亡、 尽早恢复生产和正常生活的有效途径。

课程的主要参考资料包括:

胡聿贤, 《地震工程学》, 地震出版社, 1988
李杰、 李国强, 《地震工程学导论》, 地震出版社, 1992
A.K. Chopra, Dynamics of Structures: Theory & Application to Earthquake Engineering, Prentice Hall,
W.F. Chen, Earthquake Engineering Handbook, CRC,
Yousef Bozorgnia, Earthquake Engineering-From Engineering Seismology to Performance-Based Engineering, CRC,
W.F. Chen, Earthquake Engineering for Structural Design, Taylors,
Charles K. Erdey, Earthquake Engineering-Application to Design, John Wiley,
R. W. Day, Geotechnical Earthquake Engineering Handbook, McGraw-Hill,

I Codes and Specifications on Seismic Design
Federal Highway Administration (FHWA)

Caltrans

AASHTO

II Earthquake Information (Earthquake Ground Motion Database)
(PEER, USA)
(NIED, Japan)
(NCEDC, USA)
(NEIC, USGS,USA)
III Research on Earthquake Engineering
Caltrans

EERC (Earthquake Engineering Research Centre)( Berkeley, CA) 　
(Abstract can be accessed)
EERL(Earthquake Engineering Research Laboratory, Pasadena、 CA)

EERI (Earthquake Engineering Research Institute, USA)

PEER (Pacific Earthquake Engineering Research Centre)

DPRI (Disaster Prevention Research Institute, Japan)
(Many useful links)
独立行政法人 土木研究所( Japan)
http://.go.jp/index.html
IRIS (Incorporated Research Institutions for Seismology, USA)

NCREE (国家地震工程研究中心, 中国台湾)

期刊目录:
Bulletin of the Seismological Society of America
Earthquake Engineering and Structural Dynamics
Earthquake Spectrum
Bulletin of Earthquake Engineering
Journal of Earthquake Engineering
地震学报
地震工程与工程振动
建筑结构学报
土木工程学报
Proceedings of World Conference on EE.
(1956 第1届旧金山, 第14届 中国北京 第15届 葡萄牙里斯本)
……

由于时间关系, 讲稿中的引用的图片未注明出处, 特此声明!
第一章 地震工程学的早期发展和当代目标
1.1 绪论
1.2 地震工程学的诞生与成长
十九世纪后期诸多事件和1906旧金山大地震的重创
1908墨西拿大地震与1923关东( 东京) 大地震
1925—1933年的发展 1933美国长滩大地震的重创
1933—1959年: 建筑规范标准的发展
EERI(美国工程地震研究所)的建立
1952年和1956年的会议
1960年以来结构动力学在地震工程学上的应用
1960年国际地震工程学联合会的建立
关于美国地震工程学早期发展的进一步阅读材料
1.3 自从1960年以来的地震工程学
地震工程学的概念与目标的发展 地震认识、 地震灾害与设防的现实 地震风险的概念,
评测与控制 地震工程学的跨学科性
1.4 地震工程学最近的事件、 发展与未来的挑战
1.5 结束寄语
1.1绪论
   本章节介绍了特别是美国的地震工程学的早期发展, 简短地谈到了1960年以前影响地震工程学发展的重大事件, 以及对地震问题的认识, 导致发生地震灾害的影响因素和地震设防的重要性。之后的内容包括了自从1960年发生的各种影响事件, 地震工程发展与取得的进步, 还谈及了地震工程学的未来挑战, 以及最后附上的结束寄语
1.2地震工程学的诞生与成长
   本节简短的讨论了特别是美国地震工程学的历史, 由于地域范围的限制, 地震工程学的全史超出了本章的范围; 由此只选择性的讨论了与地震工程学联系密切的事件与人物。仅谈论美国地震工程学的发展而不提及她国的重要发现显然是不可能的。因此, 会概述某些她国重要密切的发现。
  根据哈德森( Hudson、 1992) 的说法, 地震工程学既是一个古老的事物也是一个新鲜的事物。如果说, 地震工程学是人类有意识的提高人造建筑的抗震能力的尝试的话, 那这的确很古老, 中国3000多年的地震史就验证了这一点。另一方面, 如果被看作多学科共同努力下的科学成果的话, 相正确这又是一个新鲜事物。经过本章节, 我们强