地震工程学

前言

第1篇 工程地震

第1章 地震学基础

1.1 地震发生的地质构造环境

1.1.1 地震学的主要研究内容

1.1.2 地球内部构造

1.1.3 板块运动

1.2 地震成因与地震类型

1.2.1 地震成因

1.2.2 地震类型

1.3 震源机制与地震活动性

1.3.1 震源机制

1.3.2 地震活动性

1.4 地震波传播

1.4.1 地球介质的基本假定

1.4.2 波动方程

1.4.3 弹性波的传播

第2章 地震灾害与地震烈度

2.1 地震灾害

2.1.1 地震灾害概况

2.1.2 地表变形

2.1.3 工程结构的破坏

2.1.4 次生灾害

2.2 地震震级

2.3 地震烈度与地震烈度表

2.3.1 地震烈度及其用途

2.3.2 地震烈度表

2.3.3 关于地震烈度的不同观点

2.4 地震烈度的衰减规律

2.4.1 震中烈度与震级关系

2.4.2 地震烈度的衰减关系

2.5 地震烈度的影响因素

2.5.1 震源影响

2.5.2 场地条件的影响

2.5.3 影响地震烈度的其他因素

第3章 地震动特性

3.1 强地震动观测

3.1.1 强震观测仪器

3.1.2 强震观测系统

3.2 地震动的随机过程描述

3.2.1 随机过程的概率结构

3.2.2 随机过程的平稳性和平稳化随机过程

3.2.3 随机过程的自相关函数与功率谱密度函数

3.2.4 平稳随机过程的互相关函数与互功率谱密度函数

3.2.5 平稳随机过程的谱参数

3.2.6 平稳随机过程的交差问题

3.2.7 平稳随机过程峰值的分布或极大值的概率密度函数

3.2.8 地震动的随机过程模型

3.3 地震动的工程特性及其影响因素

3.3.1 地震动的幅值

3.3.2 地震动频谱特性

3.3.3 地震动持时

3.4 地震烈度与地震动的关系

3.4.1 地震烈度与地震动峰值的关系

3.4.2 地震烈度与地震动参数关系的多值性

3.4.3 地震动参数衰减关系

3.5 近场地震动特征

3.5.1 近断层速度和加速度大脉冲

3.5.2 近断层破裂的方向性效应

3.5.3 上盘效应

3.5.4 近断层强地震动的集中性

3.6 远场强地震动特征

第4章 土体地震反应

4.1 土的动力特性

4.1.1 饱和砂性土震动液化机理

4.1.2 饱和砂土抗液化强度的影响因素

4.1.3 饱和砂土的抗液化强度

4.1.4 粘性土的动强度

4.1.5 饱和砂土振动孔隙水压力的增长规律

4.2 饱和砂土场地的地震液化判别

4.2.1 砂土液化的初步判别

4.2.2 砂土液化判别的NCEER法

4.2.3 《建筑抗震设计规范》的砂土液化判别方法

4.2.4 砂土液化概率判别法

4.3 土的动力本构关系

4.3.1 土的动应力应变关系的基本特性

4.3.2 土的粘弹塑性模型

4.3.3 土的等效非线性粘弹塑性模型

4.3.4 土的动剪切模量和阻尼比的经验估计

4.4 场地地震反应分析

4.4.1 一维场地地震反应分析

4.4.2 二维横向非均匀场地地震反应分析

4.4.3 人工边界条件

参考文献

第2篇 结构抗震技术与试验技术

第5章 结构抗震设计原理

5.1 结构抗震设计理论的发展

5.1.1 静力理论阶段

5.1.2 反应谱理论阶段

5.1.3 动力理论阶段

5.1.4 基于结构性能的抗震设计理论

5.2 结构抗震概念设计

5.2.1 场地和地基

5.2.2 建筑结构的规则性

5.2.3 抗震结构体系

5.2.4 非结构构件

5.2.5 结构材料与施工

5.3 基于性能的抗震设计

5.3.1 基于性能的抗震设计思想

5.3.2 地震风险水准

5.3.3 基于性能的抗震设计的性能水平和目标性能

5.3.4 基于性能的抗震设计方法

5.4 结构抗震体系

5.4.1 典型震害的启示

5.4.2 结构抗震体系

5.4.3 结构总体布置原则

5.4.4 结构的延性

5.4.5 设置多道抗震防线

第6章 结构线弹性地震反应分析方法与抗震设计反应谱

6.1 结构的运动方程

6.1.1 单自由度结构运动方程

6.1.2 多自由度结构运动方程

6.2 单自由度结构地震作用时程分析

6.3 单自由度结构地震反应分析的反应谱法

6.4 多自由度结构的振型和自振频率

6.4.1 自振频率和振型

6.4.2 振型坐标变换

6.5 多自由度结构地震反应分析的振型分解法

6.6 结构地震反应的振型分解反应谱法

6.6.1 振型最大地震作用

6.6.2 振型组合

6.6.3 反应谱理论基本假设

6.7 抗震设计反应谱

第7章 结构弹塑性地震反应分析方法

7.1 结构的力学模型

7.2 构件刚度模型

7.3 恢复力模型

7.4 恢复力特性计算

7.5 时域逐步积分法

7.5.1 中心差分法

7.5.2 Newmarkβ法

7.6 结构静力弹塑性（Pushover）分析方法

7.6.1 基本原理

7.6.2 结构能力曲线

7.6.3 结构抗震能力的评估

第8章 地震作用和结构抗震验算

8.1 水平地震作用计算

8.1.1 底部剪力法

8.1.2 振型分解反应谱法

8.1.3 时程分析方法

8.2 竖向地震作用计算

8.2.1 《抗震规范》给出的计算方法

8.2.2 反应谱法和时程分析方法

8.3 结构构件截面抗震验算

8.3.1 概述

8.3.2 基于可靠度的抗震分析

8.3.3 截面抗震验算

8.4 结构抗震变形验算

8.4.1 弹性层间位移角限值

8.4.2 弹塑性层间位移角限值

8.5 基于Pushover分析方法的结构抗震验算

8.5.1 能力谱方法

8.5.2 位移延性系数方法

8.5.3 位移影响系数法

第9章 结构动力试验

9.1 结构模型设计与相似理论

9.1.1 结构模型设计的相似条件

9.1.2 模型设计

9.1.3 破坏模型试验

9.1.4 结构抗震模型试验

9.2 结构拟静力试验（Pseudostatictest）

9.2.1 试件类型

9.2.2 拟静力试验的加载制度

9.2.3 加载设备和装置

9.2.4 加载的反力装置

9.2.5 试验数据的测量和采集

9.2.6 二维拟静力结构加载试验方法

9.3 结构拟动力试验（Pseudodynamictest）

9.3.1 拟动力试验的试验流程

9.3.2 拟动力试验理论问题

9.3.3 拟动力方法的若干应用

9.4 结构振动台试验

9.4.1 地震模拟振动台的分类

9.4.2 地震模拟振动台动力加载试验在抗震研究中的作用

9.4.3 地震模拟振动台试验的加载过程和试验方法

9.4.4 地震模拟振动台试验结构反应的测量

9.5 结构动力特性的现场试验

9.5.1 地震作用下结构的受力和变形特点

9.5.2 结构的动力特性及其量测

9.5.3 脉动方法测量结构的动力特性

9.5.4 数据处理

参考文献

第3篇 房屋结构抗震

第10章 钢筋混凝土结构抗震性能与抗震设计

10.1 钢筋混凝土结构的抗震性能

10.1.1 钢筋混凝土框架结构的抗震性能

10.1.2 钢筋混凝土剪力墙结构的抗震性能

10.1.3 框架剪力墙结构抗震性能

10.2 钢筋混凝土结构的抗震延性设计

10.2.1 钢筋混凝土框架结构抗震延性设计

10.2.2 剪力墙结构抗震延性设计

10.2.3 框架剪力墙结构抗震延性设计

10.3 钢筋混凝土结构基于位移/性能的抗震设计

10.3.1 基于位移/性能抗震设计理论的提出

10.3.2 基于位移的抗震设计方法

第11章 多高层房屋钢结构抗震性能与抗震设计

11.1 多高层房屋钢结构抗震性能

11.1.1 纯钢框架结构的抗震性能

11.1.2 钢框架支撑（抗震墙板）结构的抗震性能

11.2 多高层房屋钢结构抗震设计

11.2.1 地震作用计算

11.2.2 构件抗震验算

第12章 砌体结构抗震性能与抗震设计

12.1 砌体结构抗震性能

12.1.1 砌体结构墙抗震性能

12.1.2 多层砌体结构房屋的抗震性能

12.1.3 砌体结构墙抗震性能分析

12.2 多层砌体结构抗震设计

12.2.1 地震作用计算

12.2.2 墙体抗震验算

参考文献

第4篇 水工结构抗震

第13章 土石坝抗震分析

13.1 概述

13.1.1 我国土石坝工程建设概况

13.1.2 土石坝地震反应分析方法概述

13.1.3 土石坝抗震稳定性分析方法概述

13.2 土石坝震害特点及其对抗震分析理论发展的作用

13.2.1 土石坝震害特点

13.2.2 震害对土石坝抗震理论发展的作用

13.3 均质土坝地震反应分析的剪切梁法

13.3.1 均质土坝的动力微分方程及其求解

13.3.2 土坝地震反应最大值的简化计算

13.4 土石坝地震反应分析的有限元法

13.4.1 等效线性总应力法

13.4.2 非线性有效应力法

13.5 土石坝抗震稳定性分析方法

13.5.1 拟静力法

13.5.2 动力时程安全系数法

13.6 土石坝地震永久变形分析方法

13.6.1 滑动体位移法

13.6.2 等价结点力法

第14章 混凝土坝抗震分析

14.1 概述

14.1.1 我国混凝土坝工程建设概况

14.1.2 混凝土坝震害实例

14.1.3 混凝土坝抗震经验和教训

14.2 重力坝地震反应分析

14.2.1 悬臂梁法

14.2.2 振型和频率计算

14.2.3 地震作用计算方法

14.2.4 坝体应力计算方法

14.3 拱坝地震反应分析

14.3.1 频域子结构模型

14.3.2 时域子结构模型

14.3.3 时域整体模型

14.4 拱坝横缝非线性模拟

14.4.1 接触单元法

14.4.2 接触面法

14.5 拱坝坝肩动力稳定性分析

参考文献

第5篇 桥梁抗震

第15章 桥梁震害及其对桥梁抗震理论发展的推动作用

15.1 大地震桥梁震害现象描述

15.1.1 1976年唐山大地震

15.1.2 1989年美国洛马·普里埃塔地震

15.1.3 1994年美国北岭地震

15.1.4 1995年日本阪神地震

15.1.5 2008年汶川地震

15.1.6 缆索承重桥梁和钢桥震害

15.2 震害对桥梁抗震理论与技术发展的推动作用

第16章 桥梁抗震设计理论与方法

16.1 桥梁抗震设计思想

16.1.1 土木工程结构设计思想的演变

16.1.2 抗震设防水准、性能等级与设防目标

16.1.3 桥梁抗震设防目标

16.2 桥梁抗震分析建模

16.2.1 概述

16.2.2 墩柱

16.2.3 非线性支座单元

16.2.4 非线性挡块单元

16.2.5 土与基础的连接处理

16.2.6 高墩、长索等构件的大位移非线性行为

16.3 非一致地震动输入下的反应谱方法

16.3.1 基本方程

16.3.2 非一致地震动输入下的反应谱振型组合方法

16.3.3 长周期反应谱

16.4 桥梁抗震能力的计算方法

16.4.1 混凝土柱抗剪计算

16.4.2 钢筋混凝土构件变形能力计算方法

第17章 桥梁抗震分析与设计实例

17.1 广州市猎德大桥抗震性能分析

17.1.1 猎德大桥概况

17.1.2 地震反应计算

17.2 松原市城区第二松花江大桥抗震阻尼器设计

17.2.1 松原市城区第二松花江大桥概况

17.2.2 地震反应计算

17.3 北盘江大桥抗震性能分析

17.3.1 北盘江大桥概况

17.3.2 抗震验算

17.3.3 设计的改进

参考文献

第6篇 结构减震控制

第18章 基础隔震结构体系

18.1 概述

18.2 隔震房屋动力反应分析

18.2.1 隔震层分析模型

18.2.2 隔震体系分析模型及动力方程

18.2.3 隔震效果分析

18.3 隔震结构设计

18.3.1 隔震结构设计的一般原则

18.3.2 隔震结构的设计步骤

18.3.3 隔震结构的计算要点

18.3.4 构造措施

第19章 吸振减震结构体系

19.1 概述

19.2 调谐质量阻尼器

19.2.1 TMD的计算模型及影响参数分析

19.2.2 TMD系统对结构地震反应的控制

19.3 调谐液体阻尼器

19.3.1 TLD中动水压力的简化计算

19.3.2 TLD中液体动液压力的计算

19.3.3 TLD结构减震体系的简化计算方法

19.3.4 TLD结构减震体系的计算实例

19.4 调谐液体柱型阻尼器

19.4.1 TLCD中水运动的基本方程

19.4.2 调频TLCD设计

19.4.3 变截面TLCD

19.5 悬吊质量摆减震体系

19.5.1 体系计算模型和振动方程

19.5.2 数值计算与分析

第20章 耗能减震结构体系

20.1 概述

20.2 摩擦阻尼器

20.2.1 摩擦阻尼器的构造

20.2.2 摩擦阻尼器受力特性

20.2.3 摩擦阻尼器的减震效果和设计

20.3 粘弹性阻尼器

20.3.1 粘弹性阻尼器的构造

20.3.2 粘弹性阻尼器的受力特性

20.3.3 剪力贮存模量和损耗模量的影响因素

20.3.4 粘弹性阻尼器的减震效果和设计

20.4 粘滞液体阻尼器

20.4.1 粘滞液体阻尼器的受力特性

20.4.2 粘滞液体阻尼器的减震效果和设计

20.5 软钢阻尼器

20.5.1 软钢阻尼器的构造

20.5.2 软钢阻尼器的受力特性

20.5.3 软钢阻尼器的减震效果和设计

第21章 结构主动、半主动及智能控制

21.1 概述

21.2 主动控制系统

21.2.1 主动控制系统的组成

21.2.2 主动控制的减震机理

21.2.3 主动控制的设计

21.3 半主动控制系统

21.3.1 半主动变刚度系统

21.3.2 半主动变阻尼控制系统

21.4 智能控制系统

21.4.1 磁流变阻尼器控制系统

21.4.2 压电摩擦阻尼器控制系统

21.4.3 形状记忆合金阻尼器控制系统

参考文献

我国是一个多地震的国家，海城地震、唐山地震、汶川地震等给人民的生命财产造成了巨大损失。减轻地震灾害一直是地震工程研究者和土木工程师为之奋斗的目标。《土木工程研究生系列教材：地震工程学》涉及地震工程学的各个领域。第1篇介绍地震学的基础知识、地震动特性、场地地震效应与分析方法。第2篇介绍工程结构的抗震设计原理、地震反应分析方法与试验技术。第3篇介绍混凝土结构、钢结构、砌体结构房屋的抗震性能与抗震设计方法。第4篇介绍土石坝、混凝土坝的抗震分析方法。第5篇介绍桥梁抗震设计理论、分析方法与设计实例。第6篇介绍基础隔震、吸振减震、耗能减震与结构控制的理论、方法与技术。 《土木工程研究生系列教材：地震工程学》的读者对象为土木工程、水利工程、交通工程、海洋工程等学科相关专业的高年级本科生、研究生、工程技术人员及科学研究者。