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1、单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*1v v 北华大学交通建筑工程学院 工程结构抗震设计 参考教材建筑抗震设计规范GB500112001建筑地基基础设计规范GB50072002高层建筑混凝土结构技术规程JGJ32002工程抗震术语标准 JGJ/T9795 建筑工业出版社 1976年7月28日唐山大地震地震造成公路断裂 丰南火车站 铁轨弯曲变形 汉沽天津旭日化工厂水塔， 底座为砖结构，储水池为钢筋混凝土结构。 北京白塔寺，塔顶和塔基部分砖被震落 唐山地震破坏了的大桥 第1章 绪论v1.1 地震初步知识v地震是一种能够对人类社会造成不同程度的伤亡事故和经济损失的突发性自然灾害，所产
2、生的影响是长久的。地震时强烈的地面运动会造成建筑物倒塌或损坏，并可能引发火灾、水灾、山崩、滑坡以及海啸等一系列次生灾害，对人类社会威胁巨大。第1章 绪论v我国地处世界上两个最活跃的地震带之间，东部处于环太平洋地震带，西部和西南部处于欧亚地震带，是一个地震频发的国家。据统计，全国80以上的大中城市均在地震区，6度及6度以上的震区几乎遍及全国各个省和自治区。为了减轻地震灾害，有必要进行建筑结构的抗震分析与设计，建筑抗震设计规范（GB50011-2001）中明确规定：抗震设防烈度6度及以上地区的建筑，必须进行抗震设计。为此土建技术人员就需要对地震有较深入地了解和认识，为防止和减少结构物由于地震而造成
3、的破坏，就需要研究建筑物及构筑物的抗震问题。本章主要就地震的基本知识作以简要介绍。第1章 绪论 111地球的构造 地球是一个平均半径约6400km的近似椭球体。从物质成分和构造特征来划分，地球可以分为三大部分：地表面很薄的一层叫地壳，平局厚度30km，中间很厚的一层叫地幔，厚度约2900km，最里面的一层叫地核，半径约3500km。第1章 绪论 地壳地球的外壳，有各种不均匀的岩石组成。地壳表面为沉积层，陆地下面主要有花岗岩和玄武岩，海洋下面的地壳一般只有玄武岩层。地壳的下界称为莫霍界面，是一个地震波传播速度发生急剧变化的不连续面。地壳各处厚薄不一，相差也很大，约为5-70km。第1章 绪论 地
4、幔地壳以下到约2895km的古登堡界面为止的部分称为地幔，约占地球体积的5/6。主要由质地坚硬的橄榄岩组成，该物质具有黏弹性。地球内部的温度随深度的升高而升高，这一范围内的地幔中存在着一个厚约几百公里的软流层，由于温度和压力分布的不均匀，就发生了地幔内部物质的对流，地幔内的物质就是在这样的热状态与不均衡的压力作用下缓慢地流动着，这可能是地壳运动的根源。到目前为止，所观测到的最深地震发生在地下700km左右处，可见地震仅发生在地球的地壳和地幔上部。第1章 绪论 地核古登堡界面以下直到地心的部分为地核，地核可分为内核和外核，主要构成物质是镍和铁。据推测，外核可能处于液态，而内核可能处于固态。第1章
5、 绪论 112地震的类型 地球内部发生地震的地方称为震源。震源在地球表面的投影称为震中。地球上某一地点到震中的距离称为震中距。震中附近地区称为震中区，破坏最为严重的地区称为极震区，震源到震中的垂直距离称为震源深度，如图1-1所示。第1章 绪论图1-1 地震术语示意图第1章 绪论 地震的分类： 地震就是地球内某处岩层突然破裂，或因局部岩层塌陷、火山爆发等发生振动，并以波的形式传到地表，从而引起地面的运动。地震按其成因主要分为诱发地震和天然地震2种类型。天然地震又分为火山地震、陷落地震和构造地震三种。 第1章 绪论 诱发地震是由于人工爆破、矿山开采、水库储水、深井注水等原因所引发的地震。 火山地震
6、是指由于火山爆发，岩浆猛烈冲出地面而引起的地震。陷落地震是由于地表或地下岩层，如石灰岩地区较大的地下溶洞或古旧矿坑等，突然发生大规模的陷落和崩塌时所引起的小范围内的地面振动。 构造地震是由于地壳运动，推挤地壳岩层，使其薄弱部位发生断裂错动而引起的地震。工程上通常讨论的就是构造地震，因为构造地震占地震发生总数的90%以上。 第1章 绪论 按震源的深浅，地震又可分为浅源地震（震源深度d60km）、中源地震（60d300km）。 浅源地震的震源深度约占地震总数的70左右，一年中全世界所有地震释放能量约85来自浅源地震。浅源地震波及范围较小，破坏程度较大。中源地震约占地震总数的25%左右，深源地震约占
7、地震总数的5%左右。第1章 绪论 根据震中距的大小，地震又可分为地方震、近震和远震。震中距在100 km以内的地震叫地方震；震中距在100 km-1000 km之间的地震称近震；震中距大于1000 km的地震称远震。第1章 绪论根据震级的大小，地震可以分为七级，见表1-1类型震级类型震级超微震震级1强烈地震震级=67弱震和微震震级=13大地震震级7有感地震震级=34.5巨大地震震级8中强地震震级=4.5-6第1章 绪论113地震的成因 较为公认的是板块构造学说。 第1章 绪论 114地震波、震级及地震烈度 1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，这就是地震波。根据在地
8、壳中传播的路径不同，地震波可分为在地球内部传播的体波和只限于在地面附近传播的面波。 体波又可以根据根据介质质点振动方向与波传播方向的不同分为纵波（P波）和横波（S波）。第1章 绪论 纵波当质点的振动方向与波的传播方向一致时称为纵波，纵波由震源向四周传播，它可以在固体和液体里传播。纵波的特点是周期短、振幅小、波速快，在地面上引起上下颠簸波动。由于纵波波速快，在地震发生时往往最先到达，因此也叫初波、P波、压缩波或拉压波。第1章 绪论 横波指质点的振动方向与波的前进方向垂直的地震波。由于横波的传播过程是介质不断受剪变形过程，因此横波只能在固体介质中传播横波一般周期较长、振幅较大、波速较慢，引起地面水
9、平方向的运动。由于横波波速较慢，在地震发生时达到的时间比纵波慢，因此也称为次波、S波、剪切波、畸主波和等体积波。第1章 绪论 根据弹性理论，纵波传播波速 和横波传播波速 可分别按下列公式计算（1-1） （1-2）上式中：为介质的弹性模量；第1章 绪论 为介质的剪切模量； 为介质的密度； 为介质的泊松比。地基土中纵波和横波的波速参考值见表1-2。地基土名称/ (m/s) / (m/s)湿黏土1500150天然湿度黄土800260密实砾石480250细砂300110中砂550160粗砂750180第1章 绪论 面波是沿地表或地壳不同地质层界面传播的波。面波是体波经地层界面多次反射、折射所形成的次生
10、波。 面波包括瑞利波（R波）和乐夫波（L波）。瑞利波传播时，质点在波的传播方向和地表面法向所组成的平面内做与波前进方向相反的椭圆运动，在地面上表现为滚动形式。乐夫波传播时，质点在地平面内产生与波前进方向相垂直的运动，在地面上表现为蛇形运动（见图1-2）。面波的传播速度较慢，波周期长、振幅大、衰减慢，故能传播到很远的地方。面波使地面既产生垂直振动又产生水平振动。第1章 绪论图1-2 面波质点振动形式瑞利波（R波）乐夫波（L波）。第1章 绪论 比较： 地震波的传播速度以纵波最快，横波次之，面波最慢。 所以在一般地震波记录图上，纵波最先到达，横波次之，面波到达最晚；振幅则恰好相反，纵波的振幅最小，横
11、波的振幅较大，面波的振幅最大。 第1章 绪论 2震级 地震震级是表示地震中震源所释放能量多少、地震本身强度或大小的一种度量指标，是地震的基本参数之一。通常用地震时地面运动的振幅来确定地震震级。目前国际上比较通用的是里氏震级，最早是由美国学者里克特（C. F. Richter）于1935年提出的，其概念为：采用标准地震仪（周期为0.8s，阻尼系数为0.8，放大倍率为2800倍）在距离震中100km处记录到的以微米为单位的最大水平地面位移的常用对数来表示震级的大小 ：第1章 绪论（1-3） 式中：地震震级，通常称为里氏震级； 由记录到的地震曲线图上得到 的最大振幅。 后来，人们在里氏震级的基础上，
12、又提出了一 些其他震级表示法，如面波震级、体波震级和矩震级等，这里不作详细介绍。第1章 绪论 一次地震只有一个震级，利用震级可以估计出一次地震所释放出的能量，震级与地震释放的能量之间有如下关系：（1-4） 上式中：地震能量（焦耳，J）。从地震震级的定义可以看出，震级相差一级，振幅相差10倍，能量相差约32倍。一个1级地震所释放的能量约为2106J。一个6级地震相当1个2万吨级原子弹所释放的能量。到目前为止，世界上记录到的最大地震的震级为8.9级，为1960年发生于南美洲的智利和2004年发生于印度尼西亚苏门答腊岛附近海域的两次大地震。第1章 绪论 3地震烈度 地震烈度指某一地区的地面和各类建筑
13、物遭受一次地震影响的强弱程度，是衡量地震引起的后果的一种度量。 目前主要是根据地震时人的感觉、器物的反应、建筑物破损程度和地貌变化特征等宏观现象综合判定划分。 第1章 绪论 烈度表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，即烈度表。地震烈度表是评定烈度大小的尺度和标准，目前我国和世界上绝大多数国家采用的是划分为12度的烈度表，欧洲一些国家采用划分为10度的烈度表，日本则采用划分为8度的烈度表。 第1章 绪论 说明： 对于一次地震来说，震级只有一个，但相应这次地震的不同地区则有不同的地震烈度。一般说来，震级越大，震中烈度越高；距震中越远，地震烈度越低；震源
14、深度越浅，地震烈度越高；震源深度越深，地震烈度越低。 第1章 绪论 对于浅源地震，地震震级与震中烈度有大致如表1-3的对应关系。震级23456788以上烈度1234567789101112第1章 绪论 地震烈度表示地震影响的强弱程度，为便于评判，需要建立一个合适的标准，这个标准就是地震烈度表。表1-4是我国1999年批准实施的新烈度表。烈度在地面上人的感觉房屋震害程度其他现象物理参量震害现象平均震害指数峰值加速度(m/s2)峰值速度(m/s2)1无感觉2室内个别静止中人有感觉3室内少数静止人中有感觉门、窗轻微作响悬挂物微动4室内多数人、室外少数人有感觉，少数人梦中惊醒门、窗作响悬挂物明显摆动，
15、器皿作响5室内普遍、室外多数人有感觉。多数人梦中惊醒门窗、屋顶、屋架颤动作响，灰土掉落，抹灰出现微细裂缝。有檐瓦掉落，个别屋顶烟囱掉砖不稳定器物摇动或翻倒0.31(0.220.44)0.03(0.020.04)6站立不稳，少数人惊:逃户外损坏墙体出现裂缝，檐瓦掉落、少数屋顶烟囱裂缝、掉落00.1河岸和松软土出现裂缝，饱和砂层出现喷砂冒水；有的独立砖烟囱轻度裂缝0.63(0.450.89)0.06(0.050.09)7大多数人惊逃户外，骑白行车的人有感觉。行驶中的汽车驾乘人员有感觉轻度破坏局部破坏、开裂，小修或不需要修理可继续使用0.110.30河岸出现塌方，饱和砂层常见喷砂冒水，松软土地上地裂
16、缝较多；大多数独立砖烟囱中等破坏1.25(0.901.77)0.13(0.100.18)8多数人摇晃颠簸，行走困难中等破坏结构破坏，需耍修复才能使用0.310.50干硬土上亦有裂缝：大多数独立砖烟囱严重破坏：树梢折断；房屋破坏导致人畜伤亡2.50(1.783.53)0.25(0.190.35)9行动的人摔倒严重破坏结构严重破坏，局部倒塌，修复困难0.510.70干硬土上许多地方出现裂缝。基岩可能出现裂缝、错动；滑坡塌方常见；独立砖烟囱出现倒塌5.00(3.547.07)0.50(0.360.71)10其自行车的人会摔倒，处于不稳状态的人会摔出，有抛起感大多数倒塌0.710.90山崩和地震断裂出现；基岩上拱桥破坏；大多数独立砖烟囱 从根部破坏或倒毁1000(7.0814.14）1.00(0.721.41)11普遍倒塌0.911.00地震断裂延续很长；大量山崩滑坡12地面剧烈变化，山河改观第1章 绪论 4地震区划图与设防烈度 地震区划就是地震区域的划分，地震区划图是指在地图上按地震情况的差异，划分不同的区域。根据地震区划的目的和指标不同分为：地震动活动区划、震害区划和地震动区划。 第1章
