土木工程抗震：1 绪论课件

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1、建筑结构抗震设计,河北工程学院 土木 工程学院 主讲人 杨树标,抗震结构设计,重 点 第1章、第4章 基本概念 第3章 地震作用计算 第5章 框架结构抗震计算 第6章 砌体结构房屋,第1章 绪论,地震的一般知识 地震的危害 抗御地震的方法 抗震设计的基本概念,1.1 地震与地震动,1、地震的分类 构造地震： 火山地震： 陷落地震： 诱发地震：,2、构造地震的成因和分布,成因：断层说、板块构造说。 断层说,地质断层的类型,在自然界，大规模的破裂面被称为地质断层。一条断层的两侧可以逐渐地并难以察觉地互相滑过；也可以突然破裂，以地震形式释放能量。,犹他州喀那布附近的切过岩层的小而清晰的正断层,形形色

2、色的断层,1988年亚美尼亚地震造成的新鲜断崖,在海滨地区跨圣安德烈斯断裂的篱笆在 1906年旧金山地震时 错动了2.6米，远处的土地向右移动,埃莫森断裂崖的新鲜断面显示 1992年兰德斯地震后的滑移(称之为擦痕),板块说： 大陆漂移假说：它是德国气象学家魏格纳（Wegener）(18801930年)在讲课中提出来的。 这一假说在约10年时间内没有受到地质界的重视。在1922年2月16日有一篇评述魏格纳的书的一无人署名的短文，发表于著名的科学杂志自然上，说“该书直接应用了物理学原理，但遭到许多地质学家的强烈反对”。 魏格纳假定一个超级大陆于3亿年前破裂，其碎块漂移出去形成现今的大陆。作为证据，

3、他指出不同大陆的大型地质构造，如非洲西海岸和南美的东海岸似乎可以吻合。这一原理能够解释许多地质学问题，在以后几十年代中成为辩论的主要焦点。,由洋中脊，海沟和转换断层构成边界的主要构造板块 美洲板块，欧亚板块，印澳板块，太平洋板块，南极洲板块等,来自以色列的精彩实例 原来水平的刚性岩石层在长时期作用的构造力挤压下褶皱,板块学说的佐证,地震序列 弹性应变能释放，以波的形式扩散。经多次 反射、折射形成持续过程。加之断裂错位不是瞬 间完成的，形成地震序列。 主震：最大的一次地震 前震：主震之前发生的地震 余震：主震之后发生的地震 主震型（能量突出） 震群型、单发型或孤立型 3、地震带 岩层断裂带 我国

4、是多地震区，邯郸处于太行山断裂带。,4、地震周期性,活跃期 平静期 76年后，我国经历了十多年的平静期，从90年开始又进入新的活跃期，已发生多起5级以上地震。,5、震源 地下地震的发源处 6、震中、震中距、等震线 垂直于震源的地表为震中,7、浅源地震300km,8、地震波: 体波和面波,体波： 纵波 ：P波，为压缩波 ，速度快，产生颠簸。 vp=1.67vs 横波 ：S波， vs为剪切波，速度稍慢，产生摇晃。,地震P波(纵波)和S波(横波)运行时弹性岩石运动的形态,勒夫波和瑞利波传播过程中近地表岩石的运动,面波：有勒夫波和瑞利波，vR=vL=0.9vs ，能量大，破坏大，产生颠簸摇晃。,地震波

5、记录图,地震波的应用,震源的确定。 震级的确定。 地质勘察，如地球内构造的研究等。 核爆炸的探察等。,1.2 地震震级与地震烈度,1、 震级 一次地震强弱的等级。 现国际上的通用震级表示为 里氏震级。 （Richter） 用标准的地震仪在距震中100km处记录最大水平位移A（以m=10-6 m计）。 震级M=logA,查尔斯里克特（19001985年）,震级与能量的关系 logE=11.8+1.5M 震级差一级，能量差32倍之多。,按着这个定义，对一个100千米外的地震，如果标准地震仪记录到1厘米的峰值波振幅（即1毫米的104倍），则震级为4级。,1级 微震，人们无感觉。 24级 有感地震 5

6、级以上 破坏性地震 7级以上 强烈地震 8级以上 特大地震 现记录到的最强地震为8.9级。,唐山地震7.8级,2、 地震烈度 某一地点地面震动的强烈程度，由地面建筑 的破坏程度，人的感觉，物体的振动及运动强烈 程度而定。现在主要由地面震动的速度和加速度 确定。 注意与震级区分。,3、 烈度表,分为1-12度（不同的国家的分度方法不同） 中国地震烈度表 分项：人的感觉 ，大多数房屋震害程度 ，其他现 象 ，加速度(水平向)厘米/秒 ，速度(水平向)厘米/秒 I度：为无感觉， VI （6）度：惊慌失措，仓惶逃出 ；损坏一个别砖 瓦掉落墙体微细裂缝 ；河岸和松软土上出现裂缝。 饱和砂层出现喷砂冒水。

7、地面上有的砖烟囱轻度裂 缝、掉头 ；加速度63厘米/秒 。,VII （7）度：大多数人仓惶逃出 ；轻度破坏，局部破坏、开裂，但不妨碍使用 ；河岸出现塌方。饱和砂层常见喷砂冒水。松软土上地裂缝较多。大多数砖烟囱中等破坏 ；加速度125厘米/秒 。, （8）度：摇晃颠簸行走困难；中等破坏,结构受损，需要修理 ；干硬土上亦有裂缝。大多数砖烟囱严重破坏 ；加速度250厘米/秒 。, （9）度：坐立不稳行动的人可能摔跤 ；严重破坏,墙体龟裂，局部倒塌，复修困难 ；严重破坏,墙体龟裂，局部倒塌，复修困难；加速度500厘米/秒 。,烈度表,（10） 度：骑自行车的人会摔倒，处不稳状态的人会摔出几尺远，有抛起

8、感；大部倒塌，不堪修复 ；山崩和地震断裂出现，基岩上的拱桥破坏，大多数砖烟囱从根部破坏或倒毁；加速度1000厘米/秒 。, （12）度：地面剧烈变化，山河改观 。,烈度表,注意：,12度分。 评定标准：人的感觉，房屋破坏，其它现象，物理指标。 6度开始有破坏。 加速度：10度为1000cm/s2 9度为500 cm/s2 8度为250 cm/s2 7度为125 cm/s2 6度为63 cm/s2,问题：一建筑物可假定为刚体，质量为100t，问该建筑的地震力在69度时，分别为多少？,4、基本烈度和烈度区划图 地震烈度不同，建筑物的地震力不同。一个地区的抗震设计应取多大的地震烈度合适？设防烈度基本

9、烈度,基本烈度：在50年期限内，一般场地条件下可能遭遇超越概率为10%的地震烈度值。,烈度区划图（或新出的中国地震动峰值加速度区划图）： 按基本烈度划分为不同的区。意义：做为抗震设计的依据。邯郸为7度区（地震动加速度为0.15g）,设计基本地震加速度值,1.3 地震灾害,本世纪以来，全世界破坏性强的地震平均每年18次， 造成经济损失达数千亿美元。126万人死亡，近千万人严 重伤残。 我国本世纪以来，发生6级以上地震500余次，8级以 上地震9次。 一次大地震可在数10秒钟之内使一座繁荣的城市变成 废墟，人们几代人的积累和财富化为乌有。,1976年7月28日,在河北省唐山、丰南一带发生了7.8级

10、强烈地震，唐山地震造成24.2万人死亡，16.4万人受重伤，仅唐山市区终身残废者达1700多人，倒塌民房530万间。唐山地区总的直接经济损失达54亿元，公共设施遭受严重破坏，灾情之大举世罕见。,地震灾害,直接灾害：震动造成房屋被毁，地裂、滑坡、地陷、塌方等造成道路、矿山等的毁坏，海啸摧毁港口、船只和近海岸的建筑物等等。,次生灾害：油罐、输气管道破裂引起火灾，水坝决口引起水灾，玻璃碎片飞舞伤人，此外还有爆炸、核泄漏等等。,1.4 工程抗震设防 人类减轻地震灾害的基本对策及关于地震的基本概念,一、地震预报 人类研究地震虽已取得大进展，但对地球本身的了解 还太少，还不能准确预报地震，目前的水平是“偶

11、有成功 ，错漏甚多”。 地震预报的分类 二、地震转移、分散 将地震能量转移到其它地方释放。目前的水平“前期 研究，尚在探索”。,三、地震工程,通过工程技术提高城市综合抗震能力，提高各类建 筑的抗震水平。目前的水平是：“屡见成功，偶有失 败”。 a 、地震工程的内容：震害预测，地震区域划分，城 市抗震规划，抢险救灾措施，灾后重建措施。 b、工程抗震设计、研究。,地运动对建筑物的危害及对策,由于地表破坏直接造成，如地裂、滑坡、地陷、塌方等。 通过选择场地来解决（避）,由于地基失效或沉陷而造成，如软弱地基沉陷、砂土液化。 通过地基的处理、加固，选择合理的基础方案及进行必要的地基抗震验算来解决。,由于

12、建筑物各部位联接的破坏，造成结构丧失整体稳定、造成整体倒塌。 通过设计中选择合理的结构方案、合理的布置、合理的抗震措施解决。,由于主要承重构件的强度、延性不足造成局部破坏或局部倒塌。 通过结构的地震反应分析、结构抗震承载力及延性计算、构造措施保证强度、延性、构造等。,四、现行抗震规范中的基本概念,现行规范的基本做法是： 一是采取抗震构造措施， 二是进行抗震验算， 此外做了一些宏观的原则性规定（概念设计）， 以达到抗震的目的。这就是抗震设防。,1、多遇地震烈度和罕遇地震烈度及设防烈度,某一地区的地震烈度是一个概率事件。 出现频率最多的低于基本烈度的称为多遇烈度。 很少出现的高于基本烈度的大的地震

13、烈度称为罕遇烈度。,经研究其分布函数可用极值III型表示。, 上限值， =12 Im 众值烈度 K 形状参数 基本烈度：超越概率为10% 多遇烈度（众值烈度）： 超越概率63.2%比基本烈度小1.55度。 罕遇烈度：超越概率为23%，比基本烈度 高1度左右。,2、抗震设防的一般目标,(1)、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。一般情况下可采用基本烈度 (2)、地震随机性：小烈度的地震多，大烈度的地震少，可能发生，也可能不发生。,（3）、 设防的一般目标：当遭遇多遇的、低于设防烈度的地震时，建筑物一般不受损坏或不需修理仍可使用；,当遭遇设防烈度的地震影响时，可能损坏

14、，经一般修理或不需修理仍可继续使用；,当遭受高于本地区设防烈度的预估罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。,小震不坏，中震可修，大震不倒。,4、 保证设防目标的方法：两阶段设计法： 第一阶段，通过对多遇地震弹性地震作用下的结构截 面强度验算，保证小震不坏和中震可修。 第二阶段，通过对罕遇地震烈度作用下结构薄弱部位 的弹塑性变形验算，并采取相应的构造措施保证大震不倒。,5、抗震设防的范围,6度，7度，8度，9度 6度一般只需按构造考虑。10度区上的建筑抗震设计 应做专门考虑。 6、建筑类别及其设防标准 按建筑的重要性不同，而采用不同的设防标准。 甲：特别重要的建筑，需国家批准。 乙：

15、重要建筑，重点抗震城市的生命线工程。 丙：一般性建筑。 丁：次要建筑。,建筑物设防标准：,甲类：地震作用计算以及抗震构造措施均应高于本 地区的设防烈度。 乙类：按设防烈度 进行抗震验算。构造措施按高一 度处理。 丙类：按设防烈度考虑地震作用计算和构造处理。 丁类：按设防烈度考虑地震作用计算，可适当降低构造措施要求。（6度时不降低）,本章要点,地震: 地震波, 震级， 烈度, 烈度表,烈度：设防烈度，基本烈度，多遇烈度，罕遇烈度,设防目标：三水准，大震不倒，中震可修，小震不坏,设计方法：两阶段设计法。小震下进行强度验算，大震下进 行变形验算,建筑物的设防类别：甲乙丙丁,建筑的设防标准：以丁为设防基准，乙类提高1度，丁类降 低1度，甲类特殊处理。,设防范围：6-9度,本章结束,作业：P15，1.3，1.5，1.6,问题：一建筑物可假定为刚体，质量为100t，问该建筑的地震力在69度时，分别为多少？,