地震動三要素

(1)地震動強(qiáng)度 

表征地震動強(qiáng)度常用的參數(shù)是最大幅值（峰值），如加速度峰值，速度峰值，位移峰值。峰值取值簡單，直觀明了，在地震工程研究和抗震設(shè)計(jì)中廣泛使用。

加速度峰值是地震動加速度時(shí)程中最大幅值的絕對值，記為為PGA或 amax；單位為cm/s2（亦稱gal），或m/s２，或重力加速度g。是地震工程中最常用的地震動參數(shù)。

加速度幅值反應(yīng)地震動的高頻特性。高頻地震動具有強(qiáng)烈的隨機(jī)性，震源、介質(zhì)和場地的局部變化都可能引起很高的加速度值，是不穩(wěn)定的參數(shù)，受巖石強(qiáng)度限制，大震的地震動峰值不隨震級而增大。研究表明結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)并不取決于單個(gè)峰值，個(gè)別尖銳的峰值是超過結(jié)構(gòu)自振頻率很多的高頻運(yùn)動引起的，削去個(gè)別突出的峰值，結(jié)構(gòu)反應(yīng)幾乎不受影響，實(shí)際上經(jīng)常出現(xiàn)地震動峰值雖然很高而震害并不嚴(yán)重的現(xiàn)象。為克服這個(gè)缺點(diǎn)，從結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)研究和抗震設(shè)計(jì)要求出發(fā)，提出了多種等效峰值的定義，試圖代替峰值表示地震動強(qiáng)度，常用的是均方根加速度和有效峰值加速度，在研究文獻(xiàn)中還提出過譜強(qiáng)度、阿里亞斯強(qiáng)度、等效反應(yīng)譜加速度、等效諧振加速度、持續(xù)峰值、概率有效峰值加速度、靜力等效加速度等。

(2)地震動頻譜 

地震動頻譜特性指組成地震動的各簡諧振動振幅和相位特性，頻譜顯示不同頻率分量的強(qiáng)度的分布，反映了地震動的動力特性。對于線性體系，結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)取決于地震動頻譜和結(jié)構(gòu)體系傳遞函數(shù)的乘積，在時(shí)域表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)總體反應(yīng)等于各簡諧振動輸入反應(yīng)的疊加。如果地震動的某個(gè)簡諧振動分量與體系固有頻率相同，就產(chǎn)生共振，是引起結(jié)構(gòu)破壞的關(guān)鍵原因。震害中有大量的軟土地基高層房屋破壞嚴(yán)重，硬土地基上低矮房屋破壞嚴(yán)重的現(xiàn)象就是例證。地震動的頻譜特性是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的反應(yīng)譜理論和振型分解法的基礎(chǔ)，在結(jié)構(gòu)非線性反應(yīng)分析中也有很大作用。

地震工程常用的頻譜有：傅里葉鋪，反應(yīng)譜，功率譜。

(3)地震動持續(xù)時(shí)間 

地震動時(shí)間過程的持續(xù)時(shí)間有長有短，在結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)進(jìn)入非線性階段后，地震動持續(xù)時(shí)間的長短對結(jié)構(gòu)的最終損傷程度有影響；持續(xù)時(shí)間越長，造成累積損傷的可能性越大。工程中關(guān)心的是具有較高幅值的強(qiáng)地震動持續(xù)時(shí)間。

地震動持續(xù)時(shí)間有不同的定義，如絕對括弧持時(shí)，相對括弧持時(shí)，能量持時(shí)的等，強(qiáng)震段持時(shí)的定義是不統(tǒng)一而且困難的，目前的特定定義都不能滿足分析的一般要求。隨著計(jì)算機(jī)和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，直接用時(shí)程反應(yīng)計(jì)算分析結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)已成為常用的分析方法，時(shí)程反應(yīng)計(jì)算中已經(jīng)包含持時(shí)的影響，將持時(shí)作為獨(dú)立變量研究結(jié)構(gòu)反應(yīng)已不多見。 

影響強(qiáng)地震動的因素 

地震波從震源出發(fā)，經(jīng)過地殼介質(zhì)到達(dá)場地。震源、地殼介質(zhì)、場地使地表的地震動過程非常復(fù)雜。

① 首先，震源對地震動有重要影響，研究震源（發(fā)震斷層）附近的地震動不能將震源簡化為點(diǎn)源，而要考慮斷層的尺度和破裂過程的影響。

方向性效應(yīng)是因斷層破裂沿一個(gè)方向傳播而引起破裂傳播前方和后方地震動幅值、頻率和持時(shí)出現(xiàn)顯著差別的現(xiàn)象。當(dāng)破裂在斷層面上朝著一個(gè)方向傳播、且破裂速度接近剪切波速時(shí)，將導(dǎo)致斷層面輻射的能量幾乎同時(shí)到達(dá)前方觀測點(diǎn)（多普勒現(xiàn)象）；破裂后方觀測點(diǎn)的能量隨時(shí)間分布比較分散。因此，傳播前方觀測點(diǎn)的地震動較后方觀測點(diǎn)地震動幅值大、持時(shí)短。

斷層錯(cuò)動可造成的近斷層地面永久位移（又稱滑沖）。如1999年臺灣集集地震中車籠埔斷層產(chǎn)生的地表破裂長度達(dá)100多千米，斷層?xùn)|側(cè)（上盤）15 km范圍以內(nèi)的地塊都向西北方向移動并向上隆起，上盤相對于下盤錯(cuò)動產(chǎn)生的斷層崖在南段高1 m，在北段則高達(dá)8 m。不少大地震都記錄到類似的永久位移。

近斷層地震動常出現(xiàn)大的速度脈沖，可由破裂傳播的方向性效應(yīng)和斷層滑沖造成。

當(dāng)發(fā)震斷層為傾斜斷層時(shí)，斷層附近具有相同斷層距的上盤地震動相對下盤強(qiáng)度可能更強(qiáng)，稱為上盤效應(yīng)。

②其次，地震波在地殼介質(zhì)中的幾何擴(kuò)散和介質(zhì)非彈性阻尼使地震動能量減少，隨著震源距的增加地震動幅值呈減小趨勢，且高頻成分衰減迅速。地震波在地下界面反射和折射，形成P波和S波的轉(zhuǎn)換和面波，改變地震波的強(qiáng)度和傳播方向。復(fù)雜的傳播介質(zhì)使地震波的強(qiáng)度、頻譜和持續(xù)時(shí)間都將發(fā)生很大變化。

③ 場地的土層構(gòu)造對地震動特性也有重要影響。軟弱土層會放大地震動的低頻成分，如1985年墨西哥地震中，距震中約400公里的墨西哥城軟土場地的地震動強(qiáng)度遠(yuǎn)高于巖石場地的強(qiáng)度，造成許多10層左右的樓房倒塌或嚴(yán)重破壞；相反，堅(jiān)硬場地會放大地震動的高頻成分，危及剛性建筑。上述現(xiàn)象稱為場地的選頻放大作用。土層的阻尼使地震動幅值減小，砂土液化將使地震動卓越周期顯著加長。震害和研究還表明，地表地形起伏、地下介質(zhì)特性的橫向變化也對地震動有非常大的影響，如高聳山脊的地震動一般較強(qiáng)，地震波在盆地內(nèi)的往復(fù)傳播會加大地震動強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間，后者稱為盆地效應(yīng)。