地震与力学
关于《力学与工程实践》课程学习的报告
一、 姓名：伏飞龙
二、 班级：土木工程一班2008级
三、 主讲教授：周又和
四、 论文指导：周又和
2008年11月24日
地震与力学
伏飞龙
土木工程与力学学院土木工程专业一班2008级
摘要：如今地震频繁发生，建筑物的坚固成为一个重要课题，如何使建筑物在地震中受损减到最低，成为力学在以后研究的方向。
关键词：结构，抗震，应用，发展
一、 引言
  在地震中涉及的大多数问题是和力学有关的。力学作为工程学方面一个不可缺少的学科，在建筑物的结构和载重方面都有重要作用。现在国家要求在以后的建筑上都采用抗震、防震结构设计，这就与力学大有关系了，力学中的结构动力学与非线性运动规律的进一步研究都将在这方面作出显著成果。。其中理论力学作为研究物体机械运动的一般学科是建筑方面不可或缺的一个部分。地震对建筑物的损坏一般是对建筑材料的疲劳破坏，而我们的材料力学正是研究材料的强度、刚度、和稳定性的一门理论，对材料力学的深入研究就可以解决大部分由于地震而引起的材料变形。
  研究受力物体在弹性极限内的应力应变分布规律的弹性力学、研究受力物体超过屈服点f（y）的应力和应变分布的塑性力学、以及流体力学、土力学、断裂力学、损伤力学在防范地震和抗震减灾方面都有着巨大的贡献。（1）
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通用汽车旗下品牌  地震的波是非线性的，这就要求在非线性力学的研究领域要有一个突破，许多致力与非线性力学的专家、教授都对地震中的力学做出了巨大贡献。
    可以毫不夸张的说，没有力学的发展就不可能在防灾、减灾上有什么大的进展。当然地震对力学的进一步发展起着重大的作用。
    所以显而易见，对地震的进一步研究最重要的是力学的进一步发展。力学在地震方面的研究，既对整个科学的发展起了重要的作用，有对很多工程将有很大的帮助。所以在今后地震方面的研究要二者并重。
二、 地震对建筑的破坏方式
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一、   用“地动山摇”“山崩地裂”来描述地震到来时的情形一点也不过分。由于建筑物依附在地球表面，建筑物受地震破坏的方式主要受地震波的传播方式影响。简单地说建筑物破坏有三种方式：上下颠簸、水平摇摆、左右扭转。多数时候，还是三种方式的复合作用。（2）
二、       地震波传播方式有纵波、横波、面波，由于地球表层岩性的复杂性，传播过程中也会出现像激流中“漩涡”的复杂情况。    纵波使建筑物上下颠簸，力量非常大，建筑物来不及跟着运动，使底层柱子和墙突然增加很大的动荷载，叠加建筑物上部的自重压力，若
超出底层柱、墙的承载能力，柱、墙就会垮掉。底层垮掉后，上面几层建筑的重量就像锤子砸下来一样，又使第二层压坏，发生连续倒塌，整个建筑直接“坐”下来，原来的第三层瞬间变为“第一层”。 面波使建筑物水平摇摆，相当于对建筑物沿水平方向施加了一个来回反复的作用力，若底部柱、墙的强度或变形能力不够，就会使整栋建筑物向同一方向歪斜或倾倒，在震区常常看到这种现象
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三、     第三种作用是扭转。引起扭转的原因是有的地震波本身就是打着“旋儿”过来的，也有的情况是因为面波到达建筑物两端早晚的时间差引起的。这种情况引起建筑物扭动。建筑物一般抗扭能力较差，很容易  扭坏。震区有的房子角部坍塌，多属这种情况。
三、 力学对对抗震结构设计的几方面要求
一、 房子的体形。体形规则、均匀、对称的房子抗震能力强。上大下小头重脚轻的房屋体形叫竖向不规则，平面局部凸出的L形、“丁”字形体形叫平面不规则，一头沉一头轻的叫扭转不规则，不规则建筑抗震能力都较差。
二、 房子的结构形式。砖混结构的抗震能力要比钢筋混凝土框架、框架-剪力墙弱。底层
框架上部砖混、带转换层的房子、底层空旷的房子、板柱体系的房子抗震能力都比较差。（3）
三、 房屋必须考虑它所处的地方和地基的承载，以及房屋结构与当地的协调性，大跨度的结构设计要充分考虑其受力特点，考虑建筑物的形状和规则。
四、 房屋的建筑材料不同其受力也不相同，必须运用力学知识进行严格的分析和设计规划。
四、地震中决定房屋毁坏的因素
 首要因素是建筑物所在地区的地震烈度。这不仅与震级有关，也与距地震中心的远近和当地的地质条件有关（注：震级是用来衡量一次地震释放能量的大小，烈度是描述地震引起的破坏程度）。一般情况下离震中越近破坏越大，烈度就越高。所以说某建筑能抗几级地震是不对的，应该说某建筑物的设防烈度是多少度。第二个因素是建筑物所在地区的场地条件。如建筑物正好位于断层上，即使非常坚固的建筑物也会被破坏。第三个因素是建筑物结构。同样的地面运动，开间大的房间所承担的力就大，也相对易破裂和倒塌。第四个
因素是建筑物的施工质量。如果地震对某个地区造成的烈度在基本设防烈度内，建筑物应当没问题，若出现问题肯定与施工质量有关。
五、线性力学对地震中的贡献参数
  烈度与地面运动参数之间的关系是复杂的，还未到由加速度换算烈度的科学依据。在《中国地震烈度表》（GB/T17742-99）中所列的地面运动强度标志，包括了水平加速度峰值和水平速度峰值。在相应的宣贯教材（P72~75）中，对该标志的依据和含义做了论述，尤其强调了“平均值”的重要性。且该标志只是综合评定烈度的依据之一，既不是“必要”依据，也不是“充分”依据。
  世界上一些早期的烈度表，也曾把等价的地面加速度峰值作为烈度表的一部分。但在上世纪中后期的广泛讨论中（国外地震，1975.5,P5~24），相当一致的意见认为，烈度的定量标准应该全面反应地震的强度、频谱和持时，并对单纯以地面加速度峰值评定烈度持否定态度。因而在新的《欧洲地震烈度表》（1992）中，就删去了这部分内容。他们认为，烈度与地面运动参数之间不能以简单的关系来表述。同样有证据说明，地面加速度不是影响烈度的非常重要的参数。因此，不再把地面运动参数（如加速度）包括到烈度表中来。
越来越多的观测资料表明，相同烈度下的地面运动强度数据有很大的离散性，上下限的数值可以相差几倍到几十倍，显示出烈度与地面运动强度之间的相关性甚小，其关系复杂。胡聿贤院士在他著的《地震工程学》（P184～189）中，也曾论述过烈度同地面运动强度之间的复杂关系，指出了在考虑烈度同加速度峰值之间的关系时，至少还应考虑震级的因素。对同一烈度，由于震级的不同，加速度可以在一个数量级之间变化。正是由于这种复杂关系的存在，导致了在地震烈度与地面运动强度之间难以建立简单的对应关系。在《地震工程学》（P191~192）中，专门论述了分别以烈度为自变量和以地面加速度峰值为自变量所得的统计关系式差别很大。如若从烈度Ⅷ度推算的加速度峰值为0.25g；而从摩托车自驾游0.25g推算的烈度却为Ⅵ度强（6.7度）。人们无法接受这种差异。很显然，胡聿贤院士在十年前就已告诫我们，即使建立了地震烈度同加速度峰值之间的某种对应关系，并不能说明加速度峰值同烈度之间存在类似的对应关系。
地震运动波是非线性的，许多参数都很难获得，致力于参数的研究方面，裂度参数等方面都有了一定的进展。
下图给出记录的地面运动或者从一次地震的记录上破译的某一特殊方面的典型图解。在这
个例子中，曲线图是根据某一水平方向地面加速度随地震时间的变化绘制的。用物理试验或者计算机模拟，真实的地震记录可以对建筑物“重放”来分析它们的响应
这些重放用来进行科研和——些主要结构的设计，以便形成抗侧力体系设计标准。然而，多数建筑设计工作是通过实践经验、理论学习，以及研究和试验推得的联系等结合形成的标准和程序来完成的。现有的综合知识超前于整合在建筑规范中的被推荐的设计程序和标准。
  虽然地震似乎很难战胜，但每次当剧烈的地震导致一些主要的结构破坏时，我们的设计能力都会得到一些提高。工程界和其他团体通常派遣调查组到主震现场报告地震对建筑的作
用。人们对新建建筑给予特殊关注，因为它们实际上是通过真实试验来验证最新设计方法的正确性。每个新版本的建筑规范都反映了从最近的灾难中积累的知识情况。
非线性振动。振动是极常见的现象。大家都熟悉简谐振动，特别是通过富氏分析，了解了基频振动和高频分量的作用。但到了非线性振动，一系列完全不同的新现象出现了。其中由负阻尼引起的自激振动——系统靠内部维持振动，和次谐波共振（分频）——系统外部强迫激励几分之一的频率振动，最引人注目。不断分频而导致混沌，把确定性动力系统和随机统计结合了起来。地震也是一种特殊的振动，研究非线性的振动对于地震波的传播研究至关重要。
七、不同用途建筑的力学规划
 根据建筑物功能的重要性，我国还将抗震设防标准分成甲、乙、丙、丁4个类别。一般房屋是丙类，超过6000座的体育馆、超过1200座的剧场、超过10000人居住或办公的高层建筑，还有桥梁、机场、医院、小学和幼儿园、核电站等，其抗震设防标准要比周围建筑高出至少一个级别歌曲大全100首流行歌曲免费听
　抗震设防目标是指建筑结构遭遇不同水准的地震影响时，对结构、构件、使用功能、设备的损坏程度及人身安全的总要求。建筑设防目标要求建筑物在使用期间，对不同频率和强度的地震，应具有不同的抵抗能力，对一般较小的地震，发生的可能性大，故又称多遇地震，这时要求结构不受损坏，在技术上和经济上都可以做到；而对于罕遇的强烈地震，由于发生的可能性小，但地震作用大，在此强震作用下要保证结构完全不损坏，技术难度大，经济投入也大，是不合算的，这时若允许有所损坏，但不倒塌，则将是经济合理的。因此，中国的《建筑抗震设计规范》中根据这些原则将抗震目标与三种烈度相应，分为三个水准，具体描述为：
  第一水准：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震（或称小震）影响时，建筑物—般不受损坏或不需修理仍可继续使用；第二水准：当遭受本地区规定设防烈度的地震（或称中震）影响时，建筑物可能产生一定的损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用。第三水准：当遭受高于本地区规定设防烈度的预估的罕遇地震（或称大震）影响时，建筑可能产生重大破坏，但不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。通常将其概括为：“小震不坏，中震可修、大震不倒”。
  结构物在强烈地震中不损坏是不可能的，抗震设防的底线是建筑物不倒塌，只要不倒塌就可以大大减少生命财产的损失，减轻灾害。一般，在设防烈度小于6度地区，地震作用对建筑物的损坏程度较小，可不予考虑抗震设防，在9度以上地区，即使采取很多措施，仍难以保证安全，故在抗震设防烈度大于9度地区的抗震设计应按有关专门规定执行。所以《建筑抗震设计规范》适用于6～9度地区。（4）
六、结束语
    通过以上对地震与力学相关的粗略认识，让我们看到了力学在地震方面的应用与发展，在以后力学的发展中我们应该全方位的考虑，达到建筑物结构设计的合理化，可靠性，实用性和多功能性。是地震促进力学发展，同时力学又降低了地震造成的损失。
参考文献
1. 丁大钧、蒋永生，2003年二月第一版  中国建筑工业出版社，北京
2. 清华大学建筑学院博士论文集
3. 中国力学研究所调查报告
4. 《中国抗震设计规划》

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