結(jié)構(gòu)抗震基本知識(shí).ppt

1、工程結(jié)構(gòu)抗震與防災(zāi)，發(fā)表人：黃雄軍手機(jī)：E-mail :第1章結(jié)構(gòu)抗震基本知識(shí)1-1地震基本知識(shí)地震是常發(fā)生的自然現(xiàn)象，但發(fā)生小于四級(jí)地震時(shí)，人們感覺(jué)不到。 但是，如果地震發(fā)生在人群居住地，地震水平大，會(huì)給人們帶來(lái)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(cè)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(shí)可以減少地震造成的生命和財(cái)產(chǎn)損失。 因此，為了防止和減輕地震災(zāi)害，有必要對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jiān)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(duì)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(kāi)發(fā)人工爆破中前兩個(gè)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(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，經(jīng)常存在巨大的能量，地殼巖層不斷

3、連續(xù)變動(dòng)，不斷變形，產(chǎn)生地應(yīng)力。 當(dāng)?shù)貞?yīng)力引起的應(yīng)變超過(guò)某處巖層的極限應(yīng)變時(shí)，巖層會(huì)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(guó)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(duì)流使板塊緩慢相互移動(dòng)，板塊構(gòu)造認(rèn)為板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是構(gòu)造地震的根本原因。 從局部機(jī)理分析，地球板塊在運(yùn)動(dòng)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(huì)突然斷裂或偏移，引起地震。 三、根據(jù)世界地震活動(dòng)的統(tǒng)一修訂，地球上每年發(fā)生8級(jí)以上震級(jí)、11級(jí)以上毀滅性地震2次的震級(jí)在7級(jí)以上

4、、9級(jí)以上的大地震不到20次震級(jí)在2.5級(jí)以上的有感地震在15萬(wàn)次以上。 三、中國(guó)地震活動(dòng)中國(guó)東臨太平洋地震帶，南接歐亞地震帶，地震分布相當(dāng)廣泛。 中國(guó)6個(gè)地震活動(dòng)區(qū)：臺(tái)灣及其鄰近海域喜馬拉雅山脈活動(dòng)區(qū)南北地震帶天山地震活動(dòng)區(qū)華北地震活動(dòng)區(qū)東南沿岸地震活動(dòng)區(qū)，五、 最近的世界地震活動(dòng)2004年12月26日印度尼西亞發(fā)生的地震是8.7級(jí)2004年5月12日四川汶川發(fā)生的地震是8.0級(jí)2004年1月12日海地發(fā)生的地震是7.3級(jí)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(jí)，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(jí)地震的基本用語(yǔ)1，震源和震源的地球內(nèi)部因某種原因發(fā)生振動(dòng)， 把以波的形式傳到地表地面的振動(dòng)內(nèi)部振動(dòng)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(guò)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(dòng)，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(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳遞方向一致的波。 橫波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳遞方向垂直的波。 縱波：壓縮波無(wú)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(yùn)動(dòng)。 橫波：剪切波只能在固體內(nèi)傳播的周期長(zhǎng)，振幅大，引起地面水平方向的運(yùn)動(dòng)。 (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(rèn)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(lè)普波。 瑞波傳播時(shí)，質(zhì)點(diǎn)在由波的行進(jìn)方向和地表法線構(gòu)成的平面內(nèi)進(jìn)行逆橢圓運(yùn)動(dòng)。 這種運(yùn)動(dòng)形態(tài)被認(rèn)為是形成地面搖晃的主要原因。 樂(lè)夫波傳播時(shí)，質(zhì)點(diǎn)在與波的行進(jìn)方向垂直的水平方向上移動(dòng)，在地面上表現(xiàn)為蛇行運(yùn)動(dòng)。 瑞波的振動(dòng)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(jué)。 橫波

7、和面波到達(dá)時(shí)，地面振動(dòng)最強(qiáng)，產(chǎn)生的破壞作用也最大。 在遠(yuǎn)離震源的地方，地震波衰減，地面的振動(dòng)變?nèi)?，破壞作用也減輕。 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(lái)決定。 比如有一次在某個(gè)地方發(fā)生了7級(jí)地震。 地震震級(jí)m與震度的關(guān)系：地震震級(jí)m與震源釋放能量的關(guān)系由該式可知，地震震級(jí)m增加1級(jí)時(shí)，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(qiáng)弱程度。 一次地震，表示地震本身大小的震度只有一個(gè)。 但是，同樣的地震根據(jù)地點(diǎn)的不同影響也不同，因此，與震源的距離不同，會(huì)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(jí)和2010年4月玉樹(shù)地震破壞也相對(duì)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(jí)別在地震發(fā)生后馬上就能確定，但是震度必須經(jīng)過(guò)調(diào)查確定，比較花時(shí)間。 例如，發(fā)生5.12汶川地震時(shí)，國(guó)家地震局發(fā)表說(shuō)地震等級(jí)為7.8級(jí)，2天后修正為8.0級(jí)。 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(guò)記錄地面運(yùn)動(dòng)的加速度來(lái)了解地震的特性。 地震的三個(gè)要素是地震的峰值(最大振幅)、頻譜、持續(xù)時(shí)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(gè)典型的地震，作為進(jìn)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(qiáng)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(biāo)。二、地震波譜特性的震度、震源距離和場(chǎng)所條件對(duì)地震波譜有重要影響，震度越大，震源距離越遠(yuǎn)，地震記錄的長(zhǎng)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(zhǎng)周期，地震的作用有可能擴(kuò)大。 三、地震保持時(shí)的特性性振動(dòng)保持時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)

10、的破壞程度有很大影響。 根據(jù)相同的地面運(yùn)動(dòng)的最大加速度，強(qiáng)震的持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，該地點(diǎn)的震度越高，構(gòu)造物的地震破壞越嚴(yán)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(duì)建筑物的破壞性質(zhì)上是靜力破壞，這種破壞有時(shí)是毀滅性的，例如北川縣的幾個(gè)建筑物的破壞。 更多的建筑物(約90% )的破壞是由地震地面運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力響應(yīng)引起的性質(zhì)上的動(dòng)力破壞，人們可以通過(guò)改善建筑物的修建來(lái)控制。 因此，分析結(jié)構(gòu)動(dòng)力破壞機(jī)理是結(jié)構(gòu)抗震研究的重點(diǎn)和結(jié)構(gòu)抗震設(shè)置修訂的基礎(chǔ)。

11、 建筑物的動(dòng)力破壞主要表現(xiàn)為主體結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(duì)防堵湖、水庫(kù)、煤氣、通信、易燃易爆、有毒物質(zhì)容器的破壞，也相當(dāng)于人們的破壞。 比如北川的唐家山堰塞湖，如果不及時(shí)處理，對(duì)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(yǔ)抗震設(shè)防烈度按國(guó)家規(guī)定的權(quán)限批準(zhǔn)一個(gè)地區(qū)抗震設(shè)防依據(jù)的烈度。 一般來(lái)說(shuō)，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(gè)地區(qū)進(jìn)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(guó)，基

12、本震度的區(qū)劃只能由國(guó)家地震局發(fā)布，基本上由縣級(jí)的行政區(qū)劃，在抗震設(shè)施修訂規(guī)范中，例如能夠檢測(cè)出震度、地震加速度的峰值。 抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)抗震設(shè)防要求的高低測(cè)定尺度包括抗震設(shè)防強(qiáng)度或由設(shè)防地振動(dòng)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(dòng)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(dòng)殘奧儀表抗震設(shè)置修正用的加速度(速度、位移)時(shí)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(zhǔn)期超過(guò)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(chǎng)所類別等要素的下降開(kāi)始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的周期值其范圍相當(dāng)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(jì)算結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)各部分所需的各種細(xì)節(jié)要求。 二、地震的影響和抗震強(qiáng)度抗震強(qiáng)度是一個(gè)地區(qū)作為抗震強(qiáng)度依據(jù)的地震強(qiáng)度。 通常，可以采用與中國(guó)地震運(yùn)動(dòng)區(qū)域圖的地震基本震度和建筑抗震設(shè)施修正基準(zhǔn)(GB50011-2010 )設(shè)定修正基本地震加速度值對(duì)應(yīng)的震度值。 抗震標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，為了防止震度在6度以上的地區(qū)建筑，必須進(jìn)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(jí)是一樣的，但是處于大震級(jí)遠(yuǎn)的震源距離的靈活建筑物，與小震

14、級(jí)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(jí)是一樣的，但是處于大震級(jí)遠(yuǎn)震源距離的柔性建筑物，與小震級(jí)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(yuǎn)震中距離的影響。 三、建筑分類我國(guó)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(jiǎn)稱甲類)、重點(diǎn)防類(乙類)、標(biāo)準(zhǔn)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(guó)家公共安全的重大建筑工程和地震時(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害等特殊重大災(zāi)害后果，需要進(jìn)行特殊防類的建筑。 (2)重點(diǎn)防類建筑

15、：地震時(shí)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(shí)可能導(dǎo)致大量死傷等重大災(zāi)害結(jié)果，需要提高防標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)建筑如城市建筑，簡(jiǎn)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(biāo)準(zhǔn)防類建筑： (1)、(2)、(4)等三種建筑以外的建筑，簡(jiǎn)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(jiǎn)稱丁類。 沒(méi)有崗哨的倉(cāng)庫(kù)、臨時(shí)建筑等。 經(jīng)過(guò)汶川地震的教訓(xùn)，中國(guó)將中小學(xué)建筑調(diào)整為乙類建筑，國(guó)外如日本，學(xué)校建筑最安全。 中國(guó)建筑抗震設(shè)施修訂分類標(biāo)準(zhǔn)，各抗震設(shè)施修訂分類建筑的抗

16、震設(shè)施修訂標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)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(guò)本地區(qū)抗震設(shè)施修訂強(qiáng)度的要求，其值應(yīng)根據(jù)批準(zhǔn)的地震安全性評(píng)價(jià)結(jié)果確定。 抗震對(duì)策是，抗震強(qiáng)度為6-8度時(shí)，要滿足比本地區(qū)的抗震強(qiáng)度提高1度的要求，9度時(shí)，要滿足比9度抗震強(qiáng)度高的要求。 (2)重點(diǎn)防衛(wèi)類(乙類建筑)的地震作用滿足本地區(qū)的抗震強(qiáng)度要求，抗震對(duì)策一般來(lái)說(shuō)，抗震強(qiáng)度為6-8度時(shí)，滿足比本地區(qū)的抗震強(qiáng)度提高一度的要求，9度時(shí)，滿足比9度抗震強(qiáng)度高的要求，地基基礎(chǔ)的抗震對(duì)策必須符合有關(guān)規(guī)定。 (3)標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度要求的抗震措施應(yīng)當(dāng)比本地區(qū)抗震設(shè)施震度要求適當(dāng)降低，但抗震設(shè)施震度為6度時(shí)不得降低。 抗震強(qiáng)度為6度時(shí)，除規(guī)范有具體規(guī)定外，也可以不對(duì)乙、丙、丁類建筑進(jìn)行地震作用的修正計(jì)算。 四、多發(fā)震度和珍發(fā)地震多發(fā)震度：發(fā)生機(jī)會(huì)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(duì)應(yīng)的震度。 罕見(jiàn)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(biāo)工程設(shè)施修訂的基本目的是在一定的經(jīng)濟(jì)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(cái)產(chǎn)安全。我國(guó)抗震規(guī)范明確提出了三個(gè)水平的抗震設(shè)施糾正要求：第一水