地震与抗震设计的基本知识ppt课件

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1、 第一章 地震与抗震设计的基本知识 1 1地震与地震波 地震 地球内某处因地球构造运动岩层突然破裂 或因局部岩层塌陷 火山爆发 其他原因等发生了振动 并以波的形式传到地表引起地面的颠簸和摇晃 从而引起的地面运动 1 1 1地震的分类 地震的分类 人为地震 自然地震 构造地震 火山地震 塌陷地震 自发地震 非自发地震 分布广 发生次数多 影响范围广 1 1 2震源 震中与震中距震源 地壳深处发生岩层断裂 错动而释放能量的地方 震源深度 震源至地面的距离 浅源地震 60km以内 世界上绝大部分地震是浅源地震 中源地震 60 300km以内 300km以上为深源地震 震中 震源正上方的地面位置 地方

2、震 震中距在100km以内的地震 近震 震中距在100 1000km之间的地震 震中距大于1000km的地震称远震 震中距 地面上某点至震中的距离 图1 1震源 震中 震中距与震中区 1 1 3地震波地震波 地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播 分为体波和面波 体波是通过地球本体传递的波 包括纵波和横波 面波为沿地表传播的次生波 指乐甫 Love 波和瑞雷 Rayleigh 波 1 体波纵波是由震源向四周传播的拉压波 其介质质点的振动方向与波的传播方向一致 在固体和液体介质中都能传播 横波是由震源向四周传播的剪切波 其介质质点的振动方向与波的传播方向垂直 只能在固体介质中传播 图1 2

3、体波质点振动形式 纵波的传播速度与横波的传播速度 1 1 1 2 1 3 上式大于1 因此纵波比横波先到达 式中 E为介质的弹性模量 G为介质的剪切模量 为介质的泊松比 为介质的密度 在弹性介质中 两者关系 2 面波面波是在地表面传播的波 又称为L波 它是由体波经地层界面多次反射 折射形成的次生波 面波主要有瑞雷波和乐浦波两种形式 瑞雷波传播时 介质质点在波的行进方向与地表法向组成的平面内作椭圆运动 像波浪效应 乐浦波传播时 介质质点在与波的行进方向垂直的水平方向作剪切型运动 在地面上表现为蛇形运动 图1 3面波质点振动形式 地震波示意图 地震记录上 纵波最先到达 横波到达较迟 面波在体波之后

4、到达 一般当横波或面波到达时地面振动最强烈 地震波记录是确定地震发生的时间 震级和震源位置的重要依据 也是研究工程结构物在地震作用下的实际反应的重要资料 图1 4地震曲线图 1 1 4地震动由地震波传播所引发的地面振动 通常称为地震动 其中 在震中区附近的地震动称为近场地震动 地震动的三要素 地震动的峰值 最大振幅 频谱持续时间 1 2地震强度的衡量 地震强度的大小的衡量体系 1 震级2 烈度 1 2 1地震的能量 震级地震震级 地震震级是度量地震本身强度大小的指标 它是地震的基本参数之一 用符号M表示 里氏震级 震级的大小是在距震中100km处标准地震仪 指摆的自振周期为0 8s 阻尼系数为

5、0 8 放大系数为2800倍的地震仪 记录下来的地震S波最大水平振幅A 以 m计 的常用对数值 对于浅源地震 常用如下经验公式来表示震级M与地震能量E 单位为erg 1erg 10 7J 之间的关系 1 4 1 5 基于震级的地震分类 小于2级的地震叫作微震 人们感觉不到 只有仪器才能记录下来 2 4级地震叫有感地震人能感觉到 5级以上地震就要引起不同程度的破环 统称为破坏性地震 7级以上地震则称为强烈地震或大震 8级以上就称为特大地震 1 2 2地震的影响 烈度等级地震烈度 是地震对地面影响的强烈程度 主要依据宏观的地震影响和破坏现象来判断 对于一次地震 表示地震大小的震级只有一个 而同一次

6、地震中 不同地方的烈度是不同的 等烈度线 对应于一次地震 在受到影响的区域内具有相同烈度的各个地点的外包线震中区的烈度称为震中烈度 对于中浅源地震 震中烈度与震级的大致对照关系如表1 2 表1 2震级与震中烈度的关系 地震烈度把地震的强烈程度 从无感到建筑物毁灭及山河改观等划分为若干等级 列成表格 以统一的尺度衡量地震的强烈程度 我国现行 中国地震烈度表 GB T17742 采用12等级的地震烈度划分 见表1 3 表1 3中国地震烈度表 注 数量词的含义为 个别指10 以下 少数指10 15 多数指50 70 大多数指70 90 普遍指90 以上 表中房屋包括以下3种类型 A类 木架构和土 石

7、 砖墙建造的旧式房屋 B类 未经抗震设防的单层或多层砖砌体房屋 C类 按照 度抗震设防的单层或多层砖砌体房屋 使用说明如下 用该标准评定地震烈度时 度 度应以地面上以及底层房屋中的人的感觉和其他震害现象为主 度 度应以房屋震害为主 参照其他震害现象 当用房屋震害程度与平均震害指数评定结果不同时 应以震害程度评定结果为主 并综合考虑不同类型房屋的平均震害指数 度和 度应综合房屋震害和地表震害现象 当采用高楼上人的感觉和器物反应评定地震烈度时 适当降低评定值 当采用低于或高于 度抗震设计房屋的震害程度和平均震害指数评定地震烈度时 适当降低或提高评定值 当采用建筑质量特别差或特别好房屋的震害程度和平

8、均震害指数评定地震烈度时 适当降低或提高评定值 农村可按自然村 城镇可按街区为单位进行地震烈度评定 面积以1km2左右为宜 当有自由场地强震动记录时 水平向地震动峰值加速度和峰值速度可作为综合评定地震烈度的参考指标 1 3地震活动性及地震灾害 1 3 1世界地震活动性 在地球上震中的分布是沿一定深度和规律地集中在某些特定的大地构造部位 总体呈带状分布 通常可以划分出4条全球规模的地震活动带 其中环太平洋地震带和欧亚地震带是世界上2条主要的地震活动带 图1 6世界地震震中分布示意图 1 3 2我国地震活动性 中国是世界上多地震国家之一 地处世界上两个最活跃的地震带中间 东濒环太平洋地震带 西部和

9、西南部是欧亚地震带所经过的地区 图1 7中国地震灾害分布示意图 南北地震带北起贺兰山 向南经六盘山 穿越秦岭沿川西至云南省东北 纵贯南北 2 东西地震带主要的东西地震带有2条 北面的一条沿陕西 山西 河北北部向东延伸 直至辽宁北部的千山一带 南面的一条自帕米尔起 经昆仑山 秦岭 直到大别山区 据此 我国大致可以划分成6个地震活动区 台湾及其附近海域 喜马拉雅山脉活动区 南北地震带 天山地震活动区 华北地震活动区 东南沿海地震活动区 1 3 3地震灾害地震灾害主要表现 地表破坏 建筑物破坏 因地震而引起的各种次生灾害 1 地表破坏 1 地裂缝强烈的地震发生时 地面断层将达到地表 从而改变地形和地

10、貌 按其成因可以分为以下2种类型 构造性地裂缝 由于地下断层错动延伸到地表而形成的裂缝 重力性地裂缝 由于在强烈地震作用下引起的地面激烈震动的惯性力超过了土的抗剪强度所致 2 喷水冒砂当地下水位较高 砂层埋深较浅的平原地区 特别是河流两岸最低平的地方 地震时地震波产生的强烈振动使得地下水压急剧增加 地下水经过地裂缝或其他通道冒出地面 当地表土层为砂土层或粉土层时 会造成砂土液化甚至喷水冒砂现象 3 地表下沉在强烈地震作用下 在地下存在溶洞的地区或者由于人们的生产活动产生的空洞如矿井或者地铁等 强烈地震发生时 地面土体将会产生下沉 造成大面积陷落 此外 在松软而压缩性高的土层中 地震使土颗粒间的

11、摩擦力大大降低 土层变密实 造成地面下沉 4 滑坡常发生在陡峻的山区 在强烈地震的摇动下 由于陡崖失稳常引起塌方 山体滑移 山石滚落等现象 5 山石崩裂2 建筑物的破坏建筑物的破坏可以因前述地表破坏引起 在性质上属于静力破坏 更常见的建筑物破坏是由于地震地面运动的动力作用引起 在性质上属于动力破坏 建筑物的破坏情况与结构类型和抗震措施等有关 根据破坏形态和原因可分为3类 结构丧失整体性造成破坏 承重结构承载力或变形能力不足引起破坏 地基失效引起的破坏 3 次生灾害次生灾害是指由一次灾害诱发的 如地震后引起的火灾 水灾 海啸 逸毒 瘟疫等灾害 1 4建筑抗震设计的基本要求 1 4 1相关术语 地

12、震基本烈度 指该地区在一定时期 我国是50年 内 在一般场地条件下可能遭遇超越概率为10 的地震烈度值 它是一个地区进行抗震设防的依据 抗震设防分类 根据建筑遭遇地震破坏后 可能造成人员伤亡 直接和间接经济损失 社会影响的程度及其在抗震救灾中的作用等因素 对各类建筑所做的设防类别划分 抗震设防烈度 按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度 一般情况下 取50年内超越概率10 的地震烈度 即基本烈度 抗震设防标准 衡量抗震设防要求高低的尺度 由抗震设防烈度或设计地震动参数及建筑抗震设防类别确定 1 4 2建筑抗震设防分类和设防标准抗震设防是指对建筑工程进行抗震设计计算和采取抗震构造

13、措施 以达到抗震的效果 1 建筑抗震设防分类根据建筑的使用功能及其重要性 按其受地震破坏时产生的后果及其严重性 抗震设防的建筑工程分为以下4个抗震设防类别 特殊设防 重点设防 标准设防 适度设防 2 建筑抗震设防标准我国规范对各抗震设防类别建筑的抗震设防标准在地震作用计算和抗震措施方面做了规定 见表1 4 表1 4各抗震设防类别建筑的抗震设防标准 1 4 3建筑抗震设防的目标我国 抗震规范 提出的 三水准 抗震设防目标是 第一水准 当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时 主体结构不受损坏或不需修理可继续使用 第二水准 当遭受相当于本地区抗震设防烈度的设防地震影响时 可能发生损坏 但经一般

14、性修理仍可继续使用 第三水准 当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时 不致倒塌或发生危及生命的严重破坏 即 小震不坏 中震可修 大震不倒 我国地震烈度的概率分布基本上符合极值 型分布 其概率密度函数曲线的基本形状如图1 9所示 图1 9三水准烈度的含义及其关系 其中 众值烈度 是曲线峰值对应的烈度 从概率意义上说 众值烈度发生机会较多 它在50年内的超越概率为63 2 可以将这一烈度定义为小震烈度 或称为多遇烈度 基本烈度 其50年内的超越概率一般为10 是中震对应的烈度 罕遇烈度 其50年内超越概率为2 左右 可作为大震烈度 所发生的地震也可称为罕遇地震 大震 1 4 4建筑抗震设计方法为满足上述 三水准 抗震设防目标 我国建筑抗震设计规范采用了简化的两阶段设计方法来实现 1 强度验算 第一水准设防 以小震验算承载力 小震验算结构弹性变形 2 变形验算 第三水准设防 对特别重要的结构和易倒塌结构按大震验算层间位移 通过构造措施保证结构必要的变形能力 中震可修得到保证 第二水准设防 1 4 5建筑抗震设计的总体要求抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑 必须进行抗震设计 建筑抗震设计包括3个环节 即 概念设计 抗震计算 构造措施上述抗震设计3个环节的内容是一个不可割裂的整体 忽略任何一部分 都可能造成抗震设计的失败 第一章结束