第一章地震与工程结构抗震设防

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1、工程结构抗震,黄淮学院 建筑工程学院,参考教材,工程结构抗震设计主编 柳炳康 沈小璞 武汉理工大学出版社 建筑抗震设计 编著 郭继武 建工出版社 建筑抗震设计规范GB500112010 混凝土结构设计规范GB500102010 建筑地基基础设计规范GB500072011建工出版社,主要内容,第一章 地震与工程结构抗震设防 第二章 场地与地基 第三章 工程结构地震反应分析理论与方法 第四章 砌体结构及底部框架-抗震墙结构抗 震设计 第五章 单层工业厂房抗震设计 第六章 钢筋混凝土结构抗震设计 第七章 钢结构抗震设计 第八章 桥梁结构抗震设计 第九章 隔震结构简介,学习本课程目的,掌握抗震的基本知

2、识、基本理论、基本技能，了解抗震设计的一般规律； 培养运用规范、标准，查阅技术资料的能力和抗震计算能力； 了解结构抗震设计的新理论、新方法及抗震理论、方法 的发展趋势。,1 地震与工程结构抗震设防,地震的定义： 地球内部缓慢积累的能量突然释放而引起的地球表层的振动 地壳运动在某些阶段发生急剧变化时的一种灾害性自然现象。（500万次，3级以上5万次/年，占1；7级以上18次/年； 8级以上1次/年； ）,唐山地震（1976年，24.2万，100亿人民币）,唐山市文化路青年宫，为砖混结构的二层楼房，7.8级地震时倒塌一层，7.1级地震时除四根门柱外，全部坍塌。,唐山地震1976年7月28日3时42

3、分53.8秒，发生了强度里氏7.8级地震，震中烈度度，震源深度23千米。,开滦煤矿医院，为砖混结构的五层楼房（局部七层），仅西部转角残存 。,唐山地震,唐山市开滦煤矿救护楼，为砖混结构人字木屋架的三层楼房，墙倒顶塌。,唐山地震,唐山市河北省矿业学院图书馆，三层高的阅览室，系装配式纯框架结构，西头倒毁，东头框架幸存。（此处为唐山地震重点保护遗迹之一。）,唐山地震,唐山市机车车辆厂震后概貌。,台湾南投县集集镇地震（1999年，2400人，94亿美元）,台湾南投县集集镇地震 1999年9月21日凌晨1时47分, 发生7.6级大地震,台湾南投县集集镇地震,台湾南投县集集镇地震,台湾南投县集集镇地震,台

4、湾南投县集集镇地震,印度地震 （2001年，北京时间2001年1月26日11时16分36.4秒古吉拉特邦，7.8级，近2万人，45亿美元）,印度地震（2004年印度洋海啸两码事）,印度地震,一座二层小学教学楼被完全摧毁。,人员伤亡,印度地震,公路桥梁破坏,地表破坏,1.1 地震的基本知识（1.1.1地震成因与地震活动）,1、地球的构造 地球是一个半径约为6400Km的椭圆球体，由三层不同的物体组成。(1)表面层：很薄的地壳，平均厚3040Km(2)中间层：地幔,厚约2900Km(3)内层：地核，平均半径厚约3500Km,1、地球的构造,地壳：各种结构不均匀厚薄不一岩石组成。陆地: 表面：沉积层

5、，上部：花岗岩岩层 平均厚度3040km下部：玄武岩岩层 海洋： 玄武岩岩层 平均厚度58km世界上绝大部分的地震都发生在这一薄薄的地壳内。,1、地球的构造,地幔：主要由质地坚硬的橄榄岩组成。上地幔：4070km岩石层，和地壳成岩石圈70700km为厚几百公里软流层下地幔：物质密度增大地幔是地壳运动的根源：（1）地球内部的温度随深度的增加而升高。地下200Km700Km其温度由600升至2000（2）地球内部的压力是不均衡的，在地幔上部约900MPa,地幔中部为3700MPa。,1.地球的构造,地幔内部的物质在热状态和不均衡的压力作用下缓慢的运动着。（地震产生的根源） 地核：地球的核心，主要构

6、成物质是镍、铁外核（厚2100Km）处于液态内核（厚1400Km）处于固态地震观测发现：地震横波不能通过外核（即不能通过液体）。地震仅发生在地球的地壳和地幔上部(700km内）,2、地震类型和成因,地震类型：按产生地震的原因 火山地震：由于火山爆发而引 起的地面振动。7 陷落地震：由于地表或地下岩层突然发生大规模的陷落和崩塌所引起小范围的地面振动。3 构造地震:由于地壳构造运动造成地下岩层断裂或错动引起的地面振动。90，破坏性大，影响面广。 在工程抗震设计中仅考虑构造地震的设防问题,2、地震类型和成因 1912年德国气象学家兼地质学家魏格纳最先提出大陆漂移说。,构造地震的成因：板块构造学说 全

7、球岩石圈 六大板块 地幔软流层对流 各板块相互挤压 碰撞 积累能量 变形应力 岩层断裂和错动 弹性波 地面振动 地震,板块构造学说,1912年德国气象学家兼地质学家魏格纳最先提出大陆漂移说。20世纪60年代，海底扩张和板块构造的提出给早期的大陆漂移说注入了新的生命力。现在获得的大量证据表明，魏格纳大陆漂移的基本设想是正确的。 60年代初，美国地震地质学家迪茨(1961)提出了“海底扩张” 的概念。接着，郝斯(1962)加以深入阐述。1968年，剑桥大学的麦肯齐和派克，普林斯顿大学的摩根和拉蒙特观测所的勒皮雄等人联合提出的一种新的大陆漂移说-板块构造学说，它是海底扩张学说的具体引伸。 板块构造，

8、又叫全球大地构造。板块指岩石圈板块，包括整个地壳和莫霍面以下的上地幔顶部，即地壳和软流圈以上的地幔顶部。大陆只是传送带上的“乘客“。,3、世界地震活动,全世界地震主要分布于以下两个带： （1）环太平洋地震带:经我国台湾省 （2）欧亚地震带(喜马拉雅地中海地震带):经我国横断山脉、喜马拉雅山区这两个地震带释放的能量，约占全球所有地震释放能量的98%。我国正好介于地球的两大地震带之间。,世界地震活动与地震分布,4、我国的地震活动,十大地震区台湾地震区,南海地震区,华南地震区属环太平洋地震带青藏高原南部 、中部 、北部地震区新疆中部 、北部地震区属欧亚地震带华北地震带东北地震带我国目前处于地震活跃期

9、。（板块内部地震区）,我国的地震活动,我国的主要地震带,汶川地震发生原因？,印度洋板块向北运动，挤压欧亚板块、造成青藏高原的隆升。高原在隆升的同时，也同时向东运动，挤压四川盆地。,汶川地震发生原因？,汶川地震发生在青藏高原的东南边缘、川西高原和四川盆地的过度地带，位于龙门山断裂带上。它的东部是人口密集的成都平原陆地板块，西面则是青藏高原隆起板块。,汶川地震发生原因？,龙门山断裂带，它长约400公里，宽达60公里，沿着四川盆地西北缘底 部切过，地壳厚度在此徒然变化。近百年来龙门山地震带都没有发生过 大的地震，而板块间的挤压、俯冲早已积聚了巨大的能量，这都为汶川 的爆发创造了条件。有数据显示，汶川

10、地震发生时，龙门山断裂带以每秒3公里的速度向东北方开裂，从汶川到广元用了整整100秒时间。而北川、德阳等重灾区恰恰位于龙门断裂带东北方。,汶川地震发生原因？,汶川地震发生时，龙门山断裂带以每秒3公里的速度向东北方开裂从汶川到广元用了整整100秒时间。,汶川地震发生原因？,地震发生在平原和高山交汇处，呈西北-东北走向；与龙门山断裂带走向一致，余震排列也沿着这个走向。,5、地震灾害,分类: 直接灾害:一次灾害,地面运动引起的地表破坏, 建筑物倒塌等 次生灾害:二次灾害,由直接灾害继发的地震后火灾 水灾 海啸 毒气逸散等 诱发灾害:三次灾害,由前两种灾害引起的工厂停产,城市瘫痪,瘟疫蔓延等,5.1直

11、接灾害,1、地面破坏。如地面裂缝、滑坡塌方、塌陷、液化等；,地面破坏,四川汶川地震道路上地面变形和地裂缝毁坏道路。,滑坡塌方,滑坡塌方,山体崩塌 公路被毁滑坡塌方 淹没村庄,滑坡塌方,新北川中学山体滑坡900人死亡,北川老县城王家岩滑坡1600人死亡,堰塞湖,滑坡塌方堵塞河流形成堰 塞湖，淹没上游乡镇，威胁下 游安全。,砂土液化地面喷水冒砂,饱和砂土在地震作用下丧失 抗剪承载力所致，一般发生在地 下水位较高，砂层埋深较浅的沿 海或平原地区。,唐山地震喷砂,2.工程结构的破坏,唐山地震滦河大桥被震垮,如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂等,2.工程结构的破坏,承重构件强度不足,2.工程结构的破坏,承重

12、构件强度不足,2.工程结构的破坏,柱子和吊车没有大的问题，屋架与柱端连接不牢垮塌。,2.工程结构的破坏,基础失效,5.2次生灾害,火灾,5.2次生灾害,火灾,5.2次生灾害,水库坝体倒塌,5.2次生灾害,海 啸,5.2次生灾害,5.3诱发灾害,6、我国近期有影响的地震,（1）河北邢台地震 1966.3月8日至29日连续发生多次67级地震 （2）云南大关地震 1974年5月11月7.1级地震 （3）辽宁海城地震 1975年2月4日7.3级地震 （4）云南龙陵地震1976年5月29日震级7.4级 （5）河北唐山地震1976年7月28日 7.8级地震 （6）四川松潘-平武地震1976年8月16日7.

13、2级地震 （7）云南丽江地震1996年2月3日 7.0级地震 （8）河北尚义地震1998年1月10日 6.2级地震 （9）四川汶川地震2008年5月12日 8.0级地震 （10）青海玉树地震2010年4月14日 7.1级地震,7、全球较大地震,2004年12月26日 印度尼西亚苏门答腊大地震，巨震级9.1级，30万人死亡 2005年3月28日 印度尼西亚苏门答腊大地震，巨震级8.6级。震中位于印度尼西亚苏门答腊岛北部近海，震源30公里，共造成1313人死亡。 2010年2月27日智利大地震，巨震级8.8级。震源35公里，这次地震至少造成521人死亡，59人失踪，12000 人受伤。 2011年

14、3月11日 日本福岛大地震，巨震级9.0级，14063人死亡,1.1 地震的基本知识（1.1.2地震的基本术语）,1、震源与震中 震源：地球内部断层错动并辐射出地震波的部位 震中：震源在地面上的投影点 震中区:震中周围的地区(极震区) 震中距：地面某处至震中的水平距离 震源深度：震中到震源的垂直距离 等震线：把地面上破坏程度相近的点连成的曲线,1.1地震的基本知识,1.1.2地震的基本术语,按震源的深浅不同，地震又可分为： 浅源地震：震源深度在70Km以内。85% 中源地震：震源深度在70300Km范围内。12% 深源地震：震源深度超过300Km。3% (720km) 2002年6月29日晨1

15、：20发生于吉林的7.2级地震，震源深度为540km，无破坏。1960年2月29日发生于摩洛哥艾加迪尔城的5.8级地震，深度为3km。震中破坏极为严重，但破坏仅局限在震中8km内。,1.1.2地震的基本术语,2、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并释放能量,这种从震源地方的岩石破裂产生的弹性波。分为体波和面波 体波：在地球内部传播，包括纵波P和横波S 纵波： P波：是由震源向外传播的疏密波，其介质质点的振动方向与波的前进方向一致，从而使介质不断地压缩和疏松。 纵波特点:周期短,振幅小, 波速快,200-1400m/s ，使建筑物产生上下颠簸,2、地震波,横波： S波：

16、是由震源向外传播的剪切波，其介质质点的振动方向与波前进的方向相垂直。 横波特点:周期长、振幅大、 波速慢,100-800m/s，使建筑物产生水平方向摇晃 在一般情况下：纵波速度 Vp =1.67Vs 横波速度纵波：初波（primary wave)，P波 横波：次波（secondary wave), S波,体波（P波和S波）,2、地震波,面波：由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。 面波特点：比体波传播速度慢、振幅大、周期长、衰减慢、传播远，使建筑物既产生上下颠簸又产生左右摇晃。建筑物一般在横波和面波都到达时振动最为激烈。因面波的能量比体波的大，所以造成建筑物和地表的破坏以面波为主。,面波（勒夫波和瑞利波）,3、震级,震级：反映地震强度大小的指标，用M表示。 M=lgA （里氏震级）A：在距震中100Km处用标准地震仪记录以微米为单位的最大水平地动位移。 标准地震仪：指摆的自振周期为0.8s，阻尼系数为0.8，放大倍数为2800倍的地震仪。震级表示一次地震释放能量的多少，一次地震只有一个震级。,