結(jié)構(gòu)抗震基本知識.ppt

1、工程結(jié)構(gòu)抗震與防災(zāi)，發(fā)表人：黃雄軍手機：E-mail :第1章結(jié)構(gòu)抗震基本知識1-1地震基本知識地震是常發(fā)生的自然現(xiàn)象，但發(fā)生小于四級地震時，人們感覺不到。 但是，如果地震發(fā)生在人群居住地，地震水平大，會給人們帶來災(zāi)難，甚至?xí)斐蓽缤龅臑?zāi)害。 例如，1976年的唐山大地震，2008年的四川汶川大地震和2013年4月的四川蘆山地震。 現(xiàn)在，人們雖然不能控制和預(yù)測地震的發(fā)生，但是如果修建抗震性能優(yōu)良的建筑物，就是可能的，被證實可以減少地震造成的生命和財產(chǎn)損失。 因此，為了防止和減輕地震災(zāi)害，有必要對工程結(jié)構(gòu)進行抗震分析和設(shè)置修訂。 一、地球的構(gòu)造地球：地球是平均半徑約64

2、00km的橢圓球體。 從外側(cè)到內(nèi)側(cè)分為地殼、地幔、地核三層。 地殼：地球外表面的薄殼，平均厚度約30km，最薄的地方約5km，地震在這里多發(fā)。 地殼(地球的最外層)是由巨大的板塊構(gòu)成的，板塊向下延伸的深度大約為70-100km。 地幔主要由堅硬的橄欖巖組成。 由于地球內(nèi)部的放射性物質(zhì)不斷放熱，地球內(nèi)部的溫度隨著深度的增加而上升，引起地幔內(nèi)物質(zhì)的對流。 地核是地球的核心部分，分為內(nèi)核和外核。 二、地震類型和成因地震安全成因主要是構(gòu)筑地震火山地震壩引起地震礦山開發(fā)人工爆破中前兩個是天然地震，其次是誘發(fā)地震。 構(gòu)造地震的原因主要有：1.斷層在地球內(nèi)部不斷運動的過程中，經(jīng)常存在巨大的能量，地殼巖層不斷

3、連續(xù)變動，不斷變形，產(chǎn)生地應(yīng)力。 當?shù)貞?yīng)力引起的應(yīng)變超過某處巖層的極限應(yīng)變時，巖層會突然斷裂或偏移。 2 .根據(jù)板塊結(jié)構(gòu)，地球表面的巖石層不是一體的，而是由6塊大板塊和幾塊小板塊，即歐亞板塊、美國板塊、非洲板塊、太平洋板塊、澳大利亞板塊和南極板塊組成。 地幔物質(zhì)的對流使板塊緩慢相互移動，板塊構(gòu)造認為板塊構(gòu)造運動是構(gòu)造地震的根本原因。 從局部機理分析，地球板塊在運動中由于板塊間的相互作用力，地殼中的巖層發(fā)生變形。 如果這種變形積累到巖石能夠承受的程度以上，那里的巖體就會突然斷裂或偏移，引起地震。 三、根據(jù)世界地震活動的統(tǒng)一修訂，地球上每年發(fā)生8級以上震級、11級以上毀滅性地震2次的震級在7級以上

4、、9級以上的大地震不到20次震級在2.5級以上的有感地震在15萬次以上。 三、中國地震活動中國東臨太平洋地震帶，南接歐亞地震帶，地震分布相當廣泛。 中國6個地震活動區(qū)：臺灣及其鄰近海域喜馬拉雅山脈活動區(qū)南北地震帶天山地震活動區(qū)華北地震活動區(qū)東南沿岸地震活動區(qū)，五、 最近的世界地震活動2004年12月26日印度尼西亞發(fā)生的地震是8.7級2004年5月12日四川汶川發(fā)生的地震是8.0級2004年1月12日海地發(fā)生的地震是7.3級2004年2月27日智利發(fā)生的地震2011年3月11日日本發(fā)生的地震為里氏9.0級，引起海嘯和核泄漏，造成巨大災(zāi)害2013年4月20日四川蘆山發(fā)生的地震為里氏7.0 1-2

5、級地震的基本用語1，震源和震源的地球內(nèi)部因某種原因發(fā)生振動， 把以波的形式傳到地表地面的振動內(nèi)部振動的地方稱為震源，把震源地表的投影稱為震源，把從震源到地面的垂直距離根據(jù)震源的深度劃分為震源的深度不足60km。 中源地震的震源深度在60km- 300km之間，深源地震的震源深度超過300km，其中淺源地震的破壞性最大。二、地震波地震因地下巖體的斷裂、偏移而產(chǎn)生振動，以波的形式從震源向外傳播，即地震波，可分為體波和面波。 (1)體波體波是指在地球主體內(nèi)傳播的波，包括縱波、橫波。 縱波：質(zhì)點的振動方向與波的傳遞方向一致的波。 橫波：質(zhì)點的振動方向與波的傳遞方向垂直的波。 縱波：壓縮波無論在固體內(nèi)還

6、是液體內(nèi)都能傳播的周期短，振幅小，引起地面上下的搖晃運動。 橫波：剪切波只能在固體內(nèi)傳播的周期長，振幅大，引起地面水平方向的運動。 (2)面波是在介質(zhì)表面或地球表面及其附近傳播的波，可以認為是體波在地層界面多次反射形成的二次波，包括瑞波和樂普波。 瑞波傳播時，質(zhì)點在由波的行進方向和地表法線構(gòu)成的平面內(nèi)進行逆橢圓運動。 這種運動形態(tài)被認為是形成地面搖晃的主要原因。 樂夫波傳播時，質(zhì)點在與波的行進方向垂直的水平方向上移動，在地面上表現(xiàn)為蛇行運動。 瑞波的振動軌跡截面(a )和放射線(b )，地震波的傳播速度是縱波最快，橫波次慢。 因此，在地震發(fā)生的中心地區(qū)，有先上下?lián)u晃，然后左右搖晃的感覺。 橫波

7、和面波到達時，地面振動最強，產(chǎn)生的破壞作用也最大。 在遠離震源的地方，地震波衰減，地面的振動變?nèi)酰茐淖饔靡矞p輕。 三、地震烈度地震烈度是表示地震本身大小的尺度。 其數(shù)值根據(jù)地震修正所記錄的地震波圖來決定。 比如有一次在某個地方發(fā)生了7級地震。 地震震級m與震度的關(guān)系：地震震級m與震源釋放能量的關(guān)系由該式可知，地震震級m增加1級時，震源釋放能量e增加約30倍。 四、烈度烈度烈度是指某地區(qū)地表和各種建筑物受地震影響的平均強弱程度。 一次地震，表示地震本身大小的震度只有一個。 但是，同樣的地震根據(jù)地點的不同影響也不同，因此，與震源的距離不同，會出現(xiàn)各種各樣的震度。 另外，由于地層土不同，地震波的表

8、現(xiàn)也不同，所以震源距離相同的建筑物破壞程度也不同。 此外，震度還與地面建筑物的抗震性能有關(guān)。 08年8月末攀枝花發(fā)生的6.1級和2010年4月玉樹地震破壞也相對較大，原因之一是山區(qū)農(nóng)民房屋大部分是土房，即使不發(fā)生地震也應(yīng)該是危房。 地震級別在地震發(fā)生后馬上就能確定，但是震度必須經(jīng)過調(diào)查確定，比較花時間。 例如，發(fā)生5.12汶川地震時，國家地震局發(fā)表說地震等級為7.8級，2天后修正為8.0級。 烈度在九月初公布了。 汶川地震的震度分布情況、1-2地震特性地震波傳播產(chǎn)生的地震稱為地震。 一般通過記錄地面運動的加速度來了解地震的特性。 地震的三個要素是地震的峰值(最大振幅)、頻譜、持續(xù)時間。 工程結(jié)

9、構(gòu)的地震破壞與地震三要素密切相關(guān)。 每次的地震記錄都不一樣。 但是，用地震后構(gòu)筑物的破壞狀況和人工合成的方法可以確定幾個典型的地震，作為進行工程構(gòu)造的抗震分析用。地振幅特性地振幅可以是地面加速度、速度或位移的最大值或某種意義上的有效值。 現(xiàn)在采用最多的地震振幅是地震的最大加速度振幅，可以描述地震的強弱，與地震災(zāi)害有著密切的關(guān)系，可以作為震度的參考物理指標。二、地震波譜特性的震度、震源距離和場所條件對地震波譜有重要影響，震度越大，震源距離越遠，地震記錄的長周期成分越顯著。 由于地基土中的軟土，地層厚度在地基上的卓越周期偏向于長周期，地震的作用有可能擴大。 三、地震保持時的特性性振動保持時，對結(jié)構(gòu)

10、的破壞程度有很大影響。 根據(jù)相同的地面運動的最大加速度，強震的持續(xù)時間越長，該地點的震度越高，構(gòu)造物的地震破壞越嚴重。 地震破壞作用1 .地表破壞及其影響地表破壞以地裂、地面沉降、噴泉砂和滑坡等形式表現(xiàn)。 地裂分為結(jié)構(gòu)性地裂和重力性地裂。 地面的不均勻下沉容易引起建筑物的破壞和倒塌。 2 .建筑物及構(gòu)筑物的破壞地表破壞對建筑物的破壞性質(zhì)上是靜力破壞，這種破壞有時是毀滅性的，例如北川縣的幾個建筑物的破壞。 更多的建筑物(約90% )的破壞是由地震地面運動的動力響應(yīng)引起的性質(zhì)上的動力破壞，人們可以通過改善建筑物的修建來控制。 因此，分析結(jié)構(gòu)動力破壞機理是結(jié)構(gòu)抗震研究的重點和結(jié)構(gòu)抗震設(shè)置修訂的基礎(chǔ)。

11、 建筑物的動力破壞主要表現(xiàn)為主體結(jié)構(gòu)強度不足引起的破壞和結(jié)構(gòu)喪失整體性兩種破壞形式。 3 .次生災(zāi)害，如地震對防堵湖、水庫、煤氣、通信、易燃易爆、有毒物質(zhì)容器的破壞，也相當于人們的破壞。 比如北川的唐家山堰塞湖，如果不及時處理，對下游的破壞就有可能比地震本身的破壞還要大。 1-4工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防一、基本術(shù)語抗震設(shè)防烈度按國家規(guī)定的權(quán)限批準一個地區(qū)抗震設(shè)防依據(jù)的烈度。 一般來說，50年以內(nèi)超越的概率為10%的震度也稱為基本震度。 基本震度是在一個地區(qū)進行抗震設(shè)施修訂的主要依據(jù)。 如上所述，地震水平表示地震釋放能量的大小，震度是地上建筑物的破壞程度，因此，抗震修訂建筑物只有震度的大小。 在中國，基

12、本震度的區(qū)劃只能由國家地震局發(fā)布，基本上由縣級的行政區(qū)劃，在抗震設(shè)施修訂規(guī)范中，例如能夠檢測出震度、地震加速度的峰值。 抗震設(shè)防標準抗震設(shè)防要求的高低測定尺度包括抗震設(shè)防強度或由設(shè)防地振動殘奧儀和建筑物的抗震分類決定的地震作用是地震的結(jié)構(gòu)動態(tài)作用，包括水平地震作用和垂直地震作用。 設(shè)置修正地振動殘奧儀表抗震設(shè)置修正用的加速度(速度、位移)時間系列曲線、加法、速度反應(yīng)譜和峰值加速度設(shè)置修正基本加速度50年設(shè)置修正基準期超過概率10%的地震加速度的設(shè)置可修正的值設(shè)置修正特征周期抗震設(shè)置修正用的地震影響系數(shù)程序曲線反映地震震度、震源距離和場所類別等要素的下降開始點對應(yīng)的周期值其范圍相當于廠區(qū)、居民小

13、區(qū)和自然村或者1平方公里以上的平面面積。 抗震措施包括除地震作用訂正算和抵抗力訂正算以外的抗震設(shè)施訂正內(nèi)容、抗震構(gòu)造措施。 抗震結(jié)構(gòu)措施根據(jù)抗震概念設(shè)定修改原則，一般不需要修改計算結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)各部分所需的各種細節(jié)要求。 二、地震的影響和抗震強度抗震強度是一個地區(qū)作為抗震強度依據(jù)的地震強度。 通常，可以采用與中國地震運動區(qū)域圖的地震基本震度和建筑抗震設(shè)施修正基準(GB50011-2010 )設(shè)定修正基本地震加速度值對應(yīng)的震度值。 抗震標準中規(guī)定，為了防止震度在6度以上的地區(qū)建筑，必須進行抗震設(shè)施的修改。根據(jù)地震災(zāi)害調(diào)查，根據(jù)地域不同宏觀震級是一樣的，但是處于大震級遠的震源距離的靈活建筑物，與小震

14、級相比，接近震源距離的情況更多。 根據(jù)地震災(zāi)害調(diào)查，根據(jù)地域不同宏觀震級是一樣的，但是處于大震級遠震源距離的柔性建筑物，與小震級近震源距離的情況相比，震害要重得多。 因此，抗震規(guī)范在設(shè)訂地震組中表現(xiàn)震度和震源距離的影響，建筑工程的設(shè)訂地震分為3組。 第一組代表近震中距離，第二、三組代表遠震中距離的影響。 三、建筑分類我國的抗震規(guī)范將建筑物按其用途的重要性分為特殊防類(簡稱甲類)、重點防類(乙類)、標準防類(丙類)、適度防類(丁類)四類。 (1)特殊防類建筑：指使用特殊設(shè)施，涉及國家公共安全的重大建筑工程和地震時可能發(fā)生嚴重次生災(zāi)害等特殊重大災(zāi)害后果，需要進行特殊防類的建筑。 (2)重點防類建筑

15、：地震時使用功能不能中斷或需要盡快恢復(fù)的生命線相關(guān)建筑，以及地震時可能導(dǎo)致大量死傷等重大災(zāi)害結(jié)果，需要提高防標，標準建筑如城市建筑，簡稱乙類建筑。 例如城市供水、供電、通信、交通控制中心、三家醫(yī)院的主要醫(yī)技樓和中小學(xué)、幼兒園教學(xué)樓等。 (3)標準防類建筑： (1)、(2)、(4)等三種建筑以外的建筑，簡稱c類建筑。 (4)適度的防類建筑：指使用人員稀少，并且允許地震災(zāi)害不發(fā)生次生災(zāi)害，在一定條件下適度降低要求的建筑，簡稱丁類。 沒有崗哨的倉庫、臨時建筑等。 經(jīng)過汶川地震的教訓(xùn)，中國將中小學(xué)建筑調(diào)整為乙類建筑，國外如日本，學(xué)校建筑最安全。 中國建筑抗震設(shè)施修訂分類標準，各抗震設(shè)施修訂分類建筑的抗

16、震設(shè)施修訂標準應(yīng)當滿足以下要求： (1)特殊設(shè)施修訂類(甲類建筑)地震作用應(yīng)超過本地區(qū)抗震設(shè)施修訂強度的要求，其值應(yīng)根據(jù)批準的地震安全性評價結(jié)果確定。 抗震對策是，抗震強度為6-8度時，要滿足比本地區(qū)的抗震強度提高1度的要求，9度時，要滿足比9度抗震強度高的要求。 (2)重點防衛(wèi)類(乙類建筑)的地震作用滿足本地區(qū)的抗震強度要求，抗震對策一般來說，抗震強度為6-8度時，滿足比本地區(qū)的抗震強度提高一度的要求，9度時，滿足比9度抗震強度高的要求，地基基礎(chǔ)的抗震對策必須符合有關(guān)規(guī)定。 (3)標準防類(丙類建筑)的地震作用和抗震措施應(yīng)滿足本地區(qū)抗震防烈度的要求。 (4)在適度防衛(wèi)類(丁類建筑)的情況下，

17、地震作用仍應(yīng)滿足本地區(qū)抗震強度要求的抗震措施應(yīng)當比本地區(qū)抗震設(shè)施震度要求適當降低，但抗震設(shè)施震度為6度時不得降低。 抗震強度為6度時，除規(guī)范有具體規(guī)定外，也可以不對乙、丙、丁類建筑進行地震作用的修正計算。 四、多發(fā)震度和珍發(fā)地震多發(fā)震度：發(fā)生機會多的地震也稱為小震度，50年內(nèi)發(fā)生的可能性(或被超越的概率)為63.6%，也稱為小震度。 基本震度： 50年以內(nèi)發(fā)生的可能性(或者被超越的概率)是10%，也被稱為中震對應(yīng)的震度。 罕見的震度： 50年內(nèi)發(fā)生的可能性(或者被超越的概率)為2%，也被稱為大震度。 基本震度小的震度約高1.55度，比遭遇地震的頻率低1度。 圖：三種震度的含義及其關(guān)系，五是抗震設(shè)施修訂目標工程設(shè)施修訂的基本目的是在一定的經(jīng)濟條件下，最大限度地減輕建筑物的地震破壞，保障人民的生命財產(chǎn)安全。我國抗震規(guī)范明確提出了三個水平的抗震設(shè)施糾正要求：第一水