《地震作用講義》課件

地震作用講義地震作用是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的考慮因素。地震作用會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成破壞，因此需要進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。地震的概念和分類地震定義地震是指地球內(nèi)部巖層斷裂或錯(cuò)位而發(fā)生的震動(dòng)。震動(dòng)從震源發(fā)出，以地震波的形式向周圍傳播，造成地面晃動(dòng)，有時(shí)還會(huì)引發(fā)海嘯。地震分類構(gòu)造地震火山地震誘發(fā)地震人工地震地震的成因1地球板塊運(yùn)動(dòng)板塊之間的相互作用，例如碰撞、擠壓、摩擦等，會(huì)引發(fā)地震。2斷層活動(dòng)斷層是地殼中巖石破裂并發(fā)生相對(duì)位移的部位，斷層活動(dòng)是導(dǎo)致地震的主要原因。3火山噴發(fā)火山噴發(fā)會(huì)引起火山地震，火山地震的強(qiáng)度一般較小，但會(huì)造成一定的影響。4地下核試驗(yàn)地下核試驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生巨大的能量，也會(huì)誘發(fā)地震。地震的成因主要與地球內(nèi)部的能量釋放有關(guān)，這些能量主要來(lái)源于地球內(nèi)部的熱量和放射性物質(zhì)衰變。地震的發(fā)生是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及多種因素。板塊構(gòu)造理論板塊運(yùn)動(dòng)地球表層由若干個(gè)巨大板塊組成，這些板塊在軟流層上緩慢移動(dòng)。板塊碰撞當(dāng)板塊相互碰撞時(shí)，會(huì)發(fā)生地殼變形，形成山脈、火山、海溝等地貌。板塊分離當(dāng)板塊相互分離時(shí)，會(huì)形成新的地殼，并伴隨火山噴發(fā)和地震活動(dòng)。板塊邊界板塊邊界是板塊運(yùn)動(dòng)最活躍的地方，也是地震和火山活動(dòng)最集中的區(qū)域。地震波傳播機(jī)理縱波橫波振動(dòng)方向與傳播方向一致振動(dòng)方向與傳播方向垂直速度快，約為橫波的1.7倍速度慢，約為縱波的0.6倍對(duì)建筑物造成上下顛簸對(duì)建筑物造成左右搖晃地震波分為縱波和橫波。縱波速度快，先到達(dá)地面，引起上下顛簸。橫波速度慢，后到達(dá)地面，引起左右搖晃。地震破壞的特點(diǎn)突然性地震發(fā)生突然，難以預(yù)測(cè)，破壞力巨大，對(duì)建筑物、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施造成嚴(yán)重破壞。破壞范圍廣地震波傳播范圍廣，可波及較大區(qū)域，造成廣泛的破壞，影響范圍遠(yuǎn)超地震震中。破壞力強(qiáng)地震波具有強(qiáng)大的能量，可使建筑物產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，甚至坍塌，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。地震的破壞作用地面破壞地震發(fā)生時(shí)，地面會(huì)發(fā)生震動(dòng)，造成房屋倒塌、道路損壞、橋梁斷裂等破壞。海嘯地震引發(fā)海底地殼運(yùn)動(dòng)，會(huì)造成海嘯，淹沒(méi)沿海地區(qū)，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失?；碌卣饘?dǎo)致山體松動(dòng)，容易發(fā)生滑坡，造成道路堵塞、房屋損毀，甚至危及生命安全?；馂?zāi)地震導(dǎo)致燃?xì)夤艿榔屏?，或房屋倒塌引發(fā)火災(zāi)，造成財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。地震的直接破壞11.結(jié)構(gòu)破壞房屋倒塌、橋梁斷裂、基礎(chǔ)沉降，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。22.設(shè)備損壞管道斷裂、電力設(shè)施損壞，導(dǎo)致供水、供電中斷，影響正常生活和生產(chǎn)。33.地形改變山體滑坡、地裂縫、地面沉降，改變?cè)械匦?，造成環(huán)境破壞。44.火災(zāi)發(fā)生地震引發(fā)火災(zāi)，造成更大范圍的破壞，需要及時(shí)救援和撲滅。地震的間接破壞火災(zāi)地震導(dǎo)致的火災(zāi)是間接破壞的主要形式之一。地震震動(dòng)會(huì)導(dǎo)致管道破裂，易燃物質(zhì)泄漏，引發(fā)火災(zāi)。海嘯地震引發(fā)海嘯，造成沿海地區(qū)洪水泛濫，破壞房屋和基礎(chǔ)設(shè)施?；碌卣鹫饎?dòng)會(huì)導(dǎo)致山體滑坡，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。疾病地震后，飲用水和衛(wèi)生條件惡化，容易爆發(fā)傳染病。地震引起的次生災(zāi)害地震后，由于地面震動(dòng)、地質(zhì)構(gòu)造變化或建筑物倒塌，可能引發(fā)一系列次生災(zāi)害，如火災(zāi)、洪水、滑坡和海嘯等。這些次生災(zāi)害往往比地震本身更具破壞性，給人類生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失，因此需要高度重視和防范。地震易損性分析地震易損性分析是指評(píng)估地震發(fā)生時(shí)，建筑物、基礎(chǔ)設(shè)施和其他資產(chǎn)遭受破壞的程度。它通常包括對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、抗震能力、地質(zhì)條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的綜合評(píng)估。地震易損性分析可用于確定地震風(fēng)險(xiǎn)，制定地震災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案，并指導(dǎo)抗震設(shè)計(jì)和城市規(guī)劃。1結(jié)構(gòu)強(qiáng)度建筑物、橋梁和道路等基礎(chǔ)設(shè)施的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)地震的抵抗能力至關(guān)重要。2抗震能力建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)是否符合抗震規(guī)范，并能夠承受地震力的作用。3地質(zhì)條件土壤類型、地下水位和斷層活動(dòng)等地質(zhì)條件會(huì)影響地震波的傳播和破壞力。4社會(huì)經(jīng)濟(jì)人口密度、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和應(yīng)急救援能力等社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素會(huì)影響地震造成的損失。地震烈度及其測(cè)量地震烈度地震烈度反映地震對(duì)地表和建筑物的影響程度。用羅馬數(shù)字Ⅰ至ⅩⅡ表示，Ⅰ度表示地震感受不到，ⅩⅡ度表示破壞性極強(qiáng)。測(cè)量方法地震烈度主要通過(guò)觀察地震造成的破壞程度和人們的感受來(lái)確定。還可借助地震儀記錄的地震波數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，但最終烈度等級(jí)仍需由專家根據(jù)實(shí)際情況判定。地震烈度的表述方法11.烈度分級(jí)地震烈度通常使用羅馬數(shù)字Ⅰ-Ⅻ來(lái)表示，數(shù)字越大，地震破壞程度越嚴(yán)重。22.地震烈度表地震烈度表描述了不同烈度下可能發(fā)生的現(xiàn)象和破壞程度，例如建筑物損壞程度、地面裂縫、人員傷亡等。33.烈度區(qū)劃圖烈度區(qū)劃圖是根據(jù)歷史地震資料和地質(zhì)構(gòu)造，將某一地區(qū)劃分為不同烈度區(qū)域的圖。44.烈度描述除了使用羅馬數(shù)字表示地震烈度外，還可以用文字描述地震烈度，例如“微震”、“輕微震動(dòng)”、“房屋輕微損壞”等。地震烈度及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)地震烈度是指地震對(duì)地面和建筑物的影響程度。烈度等級(jí)越高，地震破壞越嚴(yán)重。中國(guó)地震烈度分為12個(gè)等級(jí)，從I級(jí)到XII級(jí)，分別對(duì)應(yīng)著不同的地震破壞程度。常用的地震烈度評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)包括地震烈度表、地震動(dòng)參數(shù)、建筑物抗震性能等。地震烈度表是根據(jù)地震對(duì)地面、建筑物、自然界的影響程度來(lái)確定地震烈度的。地震動(dòng)參數(shù)則是指地震波的振幅、頻率、持續(xù)時(shí)間等特征參數(shù)。建筑物抗震性能則是指建筑物抵抗地震破壞的能力。地震動(dòng)特征參數(shù)地震動(dòng)特征參數(shù)是描述地震動(dòng)強(qiáng)度的指標(biāo)，用于衡量地震動(dòng)對(duì)建筑物的影響。1峰值加速度地震動(dòng)最大加速度值2峰值速度地震動(dòng)最大速度值3持續(xù)時(shí)間地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間4頻譜特性地震動(dòng)頻率分布這些參數(shù)可以用來(lái)確定地震動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)物的響應(yīng)，從而進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。地震動(dòng)特征參數(shù)的確定1地震記錄分析分析歷史地震記錄，確定地震動(dòng)峰值加速度、速度和位移等參數(shù)。2地震動(dòng)模型利用地震動(dòng)模型預(yù)測(cè)未來(lái)地震動(dòng)參數(shù)，包括時(shí)間歷程、頻率特性和空間分布。3地震動(dòng)衰減關(guān)系根據(jù)歷史地震記錄，建立地震動(dòng)衰減關(guān)系，預(yù)測(cè)不同震級(jí)和震源距離下的地震動(dòng)強(qiáng)度。地震負(fù)荷作用分析結(jié)構(gòu)類型不同結(jié)構(gòu)類型對(duì)地震負(fù)荷的響應(yīng)存在差異，例如鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)。地震動(dòng)參數(shù)地震動(dòng)特征參數(shù)，例如峰值加速度、峰值速度和持續(xù)時(shí)間，對(duì)地震負(fù)荷有重大影響。結(jié)構(gòu)特性結(jié)構(gòu)的剛度、阻尼和質(zhì)量分布影響地震負(fù)荷的傳遞和分配。場(chǎng)地條件場(chǎng)地土的類型和特性對(duì)地震動(dòng)輸入和結(jié)構(gòu)響應(yīng)有顯著影響。地震負(fù)荷計(jì)算方法地震負(fù)荷計(jì)算方法是抗震設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，用于確定地震作用下結(jié)構(gòu)物所承受的荷載。地震負(fù)荷計(jì)算方法主要有兩種：靜力法和動(dòng)力法。靜力法是將地震作用簡(jiǎn)化為靜力荷載，通過(guò)計(jì)算地震力來(lái)確定地震負(fù)荷。動(dòng)力法則是將地震作用視為動(dòng)態(tài)荷載，通過(guò)分析結(jié)構(gòu)物在地震作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)來(lái)確定地震負(fù)荷。選擇哪種方法取決于結(jié)構(gòu)物的類型、重要程度以及設(shè)計(jì)要求。地震作用設(shè)計(jì)原理抗震設(shè)計(jì)理念以建筑物在強(qiáng)烈地震作用下，避免倒塌，保證生命安全為主要目標(biāo)?？拐鹪O(shè)計(jì)目標(biāo)保證建筑物在震后能夠及時(shí)修復(fù)，恢復(fù)正常使用功能。地震安全與經(jīng)濟(jì)性在滿足安全需求的同時(shí)，盡可能降低抗震設(shè)計(jì)成本。地震作用設(shè)計(jì)方法1地震荷載計(jì)算根據(jù)地震烈度、場(chǎng)地條件等因素，計(jì)算地震作用的水平和豎向荷載。2抗震結(jié)構(gòu)體系選擇合適的抗震結(jié)構(gòu)體系，如框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)。3構(gòu)件抗震設(shè)計(jì)根據(jù)地震荷載和抗震規(guī)范要求，設(shè)計(jì)抗震構(gòu)件的尺寸、材料和連接方式。4結(jié)構(gòu)抗震性能分析通過(guò)計(jì)算和模擬分析，評(píng)估結(jié)構(gòu)的抗震能力，確保結(jié)構(gòu)在地震作用下具有足夠的安全性。5抗震設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)注意抗震設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，如節(jié)點(diǎn)連接、鋼筋配置和施工質(zhì)量控制?？拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)范提供建筑物抗震設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和指南。規(guī)范詳細(xì)說(shuō)明了抗震設(shè)計(jì)的要求、材料選擇、結(jié)構(gòu)形式以及計(jì)算方法。橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)范涵蓋橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)原則、地震荷載計(jì)算、抗震加固措施以及震后修復(fù)方案。管道抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)范涉及管道系統(tǒng)的抗震性能要求、地震荷載分析、管道支架設(shè)計(jì)和管道防震措施。建筑抗震設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)體系建筑結(jié)構(gòu)體系對(duì)抗震性能至關(guān)重要，常見(jiàn)的有框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)等，應(yīng)根據(jù)建筑物的類型和抗震等級(jí)進(jìn)行選擇?？拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，例如《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011，確保建筑物能夠抵御地震的破壞?？拐鸫胧┎扇∮行У目拐鸫胧?，如設(shè)置抗震支座、加強(qiáng)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)、增加抗震構(gòu)件等，提高建筑物的抗震性能?？拐鹦阅茉u(píng)估對(duì)建筑物進(jìn)行抗震性能評(píng)估，分析建筑物的抗震能力，并制定相應(yīng)的加固措施。管線抗震設(shè)計(jì)管道系統(tǒng)脆弱性地震時(shí)，管道系統(tǒng)容易受到震動(dòng)影響，可能發(fā)生斷裂、泄漏、變形等問(wèn)題。管道破損會(huì)導(dǎo)致燃?xì)庑孤⑺軘嗔训劝踩鹿?，造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失?？拐鹪O(shè)計(jì)的重要性管線抗震設(shè)計(jì)是確保地震發(fā)生時(shí)管道系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵措施。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，可以有效提高管道系統(tǒng)的抗震能力，防止地震造成重大災(zāi)害。橋梁抗震設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)抗震地震對(duì)橋梁的影響很大，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮地震力的影響。橋梁抗震設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是確保橋梁在遭遇地震時(shí)能保持穩(wěn)定和安全。橋梁地震破壞地震會(huì)導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)破壞，例如墩臺(tái)失穩(wěn)、橋面坍塌、橋梁整體倒塌等。了解橋梁地震破壞模式對(duì)于抗震設(shè)計(jì)至關(guān)重要。橋梁抗震加固對(duì)于老舊橋梁或抗震性能不足的橋梁，需要進(jìn)行抗震加固，提高橋梁的抗震能力，確保其安全運(yùn)行?？拐鸾Y(jié)構(gòu)體系1框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)由梁和柱組成，具有較好的延性，能承受較大的地震荷載。2剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)在房屋中設(shè)置了一定厚度的抗剪墻體，用于抵抗地震力，具有較高的剛度和強(qiáng)度。3框架-剪力墻結(jié)構(gòu)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是將框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)相結(jié)合，既能保證結(jié)構(gòu)的剛度又能保證結(jié)構(gòu)的延性，是目前最常用的抗震結(jié)構(gòu)體系。4鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、自重輕、抗震性能優(yōu)異的特點(diǎn)，在高層建筑中應(yīng)用廣泛。抗震構(gòu)件設(shè)計(jì)鋼筋混凝土構(gòu)件鋼筋混凝土構(gòu)件是抗震設(shè)計(jì)中常見(jiàn)材料，具有較強(qiáng)的抗拉和抗剪能力。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有重量輕、強(qiáng)度高、可塑性好等優(yōu)點(diǎn)，適合用于高層建筑抗震設(shè)計(jì)。砌體構(gòu)件砌體構(gòu)件具有成本低、施工方便等特點(diǎn)，但抗震性能相對(duì)較差。抗震性能要求抗震構(gòu)件設(shè)計(jì)需滿足抗震性能要求，確保構(gòu)件在遭遇地震時(shí)能夠承受住地震荷載?？拐鹪O(shè)計(jì)措施11.結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。22.抗震構(gòu)造措施采用合理的抗震構(gòu)造措施，防止結(jié)構(gòu)在發(fā)生地震時(shí)出現(xiàn)破壞。33.抗震材料應(yīng)用使用具有高強(qiáng)度、高韌性、高延展性的抗震材料。44.抗震加固措施對(duì)現(xiàn)有建筑進(jìn)行抗震加固，提高建筑物的抗震能力?？拐鹪O(shè)計(jì)實(shí)例抗震設(shè)計(jì)實(shí)例展示了各種建筑結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，包括鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)等。這些實(shí)例有助于理解不同結(jié)構(gòu)體系的抗震性能，以及如何根據(jù)場(chǎng)地條件和建筑功能選擇合適的抗震措施?？拐鸺夹g(shù)發(fā)展趨勢(shì)智能化抗震設(shè)計(jì)