土木工程的防灾与减灾课件

1、第13章 土木工程防灾与减灾13.1 工程灾害与防灾 13.2 工程结构检测鉴定与加固 灾害：由于自然的、社会（人为）的或社会与自然组合的原因，对人类的生存和社会的发展造成损害的各种现象。地质灾害风灾火灾水灾海洋灾难火山喷发地震灾害交通灾难 生物灾难环境污染灾 害劉洪喬13.1、工程灾害与防灾13.1.1 地震灾害及抗灾13.1.2 风灾及抗风 13.1.3 地质灾害及防护13.1.4 其他灾害 劉洪喬13.1.1 地震灾害及抗震地震分为天然地震和人工地震两大类。天然地震主要是构造地震，它是由于地下深处岩石破裂、错动把长期积累起来的能量急剧释放出来，以地震波的形式向四面八方传播出去，到地面引起

2、的房摇地动。构造地震约占地震总数的90%以上。其次是由火山喷发引起的地震，称为火山地震，约占地震总数的7%。人工地震是由人为活动引起的地震。如工业爆破、地下核爆炸造成的振动；在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压力，有时也会诱发地震。 劉洪喬地 震震源：地壳深处地震能源首先辐射出地震波的那个点震中：震源在地表的投影震源深度：震源至地面的垂直距离。震中距：从地表任一点到震中的距离通常把震源深度在60km以内的地震叫做浅源地震，60-300km以内的叫中源地震，300km以上的叫深源地震。世界上绝大多数地震是浅源地震。劉洪喬劉洪喬劉洪喬一九七六年，中国唐山市发生大地震。 唐山大地震，是

3、迄今为止四百多年世界地震史上最悲惨的一页。死亡：242769人重伤：164851人 劉洪喬汶川大地震劉洪喬工程结构抗震我国结构抗震的发展：无抗震设防意识重视地震灾害（始于66年邢台地震，76年唐山地震后进一步加强）。中华人民共和国防震减灾法 建筑结构抗震设计规范（GB50011-2001） 劉洪喬工程抗震方面的重大进展：工程减震、隔震的理论研究和应用减震方面：各种阻尼器的应用隔震方面：橡胶垫隔震、铅心隔震及两者组合隔震有待于继续研究的问题：工程系统抗震研究（或生命线工程系统）修建大型水库诱发地震的问题工程结构抗震劉洪喬抗震、隔震 隔震技术基本原理 通常在上部结构与基础之间设置隔震支座和消能装置

4、，阻隔地面运动向上部结构的传递，从而减少上部结构的地震反应。劉洪喬 减震效果劉洪喬劉洪喬传统房屋地震时 激烈晃动，房屋加速度放大100% 250%梁柱裂,内部装饰,设备破坏 隔震房屋地震时 缓慢平动(长周期)房屋加速度减少100% 40%，结构弹性(变形集中在柔软支座)，保护结构 和 内部装饰,设备隔震/不隔震=1/6传统房屋与隔震房屋隔震结构模型图 劉洪喬世界三国 隔震结构研究和工程应用特色:日本:大量试验研究,有规程(1992 指导书) 已建近 3200 幢, 世界最高 隔震住宅楼 43层美国:大量试验研究,有规程(1986 UBC) 已建近 100 幢, 世界规模最大 隔震加固历史建筑

5、28层中国:大量试验研究,有规程(2001 规程,规范,标准) 已建近 500 幢, 世界面积最大 隔震住宅楼群 50万M2(48栋) 隔震技术应用概况中国隔震工程分布劉洪喬劉洪喬北京地铁 地面枢纽站 大面积平台上 隔震住宅楼(建设中) RC 大平台（2000米1500米）上建造 48 幢 9层的 隔震住宅楼 隔震建筑面积 480,000平方米目前 世界面积最大 隔震建筑群北京隔震住宅楼建筑群 北京地铁 地面枢纽站 RC平台上 隔震支座 施工安装劉洪喬美国世贸双塔楼 采用 粘弹性阻尼器每塔楼 10000 个宿迁市教育大厦（粘滞阻尼器）地 震次生灾害 地震次生灾害是指：由于强烈地震使山体崩塌，形

6、成滑坡，泥石流；水坝河堤决口造成水灾；震后流行瘟疫；易燃易爆物的引燃造成火灾、爆炸或由于管道破坏造成毒气泄漏以及细菌和放射性物质扩散对人畜生命威胁等等，统称为次生灾害。劉洪喬地震带来的次灾害泥石流消防人员面对大火束手无策大火过后的神户市长田区 1995年阪神大地震是一个直接发生在现代化大都市下方的大地震，震源又浅，即为所谓的“都市直下型地震”。它不可避免地要造成城市建筑、构筑物的大量倒塌毁坏和人员伤亡，并进一步引发火灾等次生灾害。城市交通、通讯、供电、供气、供水等生命线工程的破坏造成城市功能的丧失或瘫痪，生产、金融、商业等活动的停滞引起灾害的连锁放大反应。 劉洪喬人工地震 三峡水库建设以来层诱

7、发数百次小型地震劉洪喬13.1.2 风 灾台风（热带风暴、强热带风暴 ）：急速旋转的暖湿气流，直径在6001000km 不等,中心时速常超过180km/h龙卷风：龙卷风是一股急速上升的旋转气流，呈漏斗状，移动速度通常超过每小时300 km。 风的次生灾害：风暴潮、巨浪、强暴雨，进而又会引发地质灾害。劉洪喬台风的卫星照片 劉洪喬从国际中心站俯视飓风“伊万” “伊万”袭击过的美国村庄龙卷风 劉洪喬 工程领域中最著名的风灾破坏为美国Tacoma悬索桥的风毁事件。 对于高层建筑、大跨结构、柔性大跨桥梁、输电塔和渡槽等受风面积大的柔性结构，抗风设计与抗震设计具有同等的重要意义。工程领域著名的风灾破坏照片

8、说明中跨的扭曲运动导致它首先破坏扭转最大时，右边人行道比左边高出8.5m 新中国成立以来，浙江先后遭遇11次大规模的台风，平均死亡人数近700人。 1956年12号强台风，造成4925人死亡；1994年的17号强台风，造成1126人死亡； 1997年11号强台风造成236人死亡。 “云娜”在台州温岭石塘登陆后，席卷浙江，并以浙江历史上从未有过的最高雨量记录倾泻暴雨。已有164条生命不幸逝去了。 2006年第14号台风“云娜”劉洪喬 2005年11月6日凌晨，美国中西部地区的肯塔基州和印第安纳州遭到了一股强劲龙卷风的袭击，造成至少22人死亡，另有至少200人受伤。 劉洪喬土木工程的抗风设计结构体

9、形、高度和结构所处的建筑环境的影响。特殊结构的风洞实验劉洪喬劉洪喬南京二桥阻尼器 多多罗桥橡胶减振圈 钱江三桥液压阻尼器 粘滞剪切型阻尼器 表面设置凹洞诺曼底桥索套外加上的螺旋形凸起桥梁拉索的减振劉洪喬13.1.3地质灾害及防护 地质灾害是指在自然或者人为因素的作用下形成的，对人类生命财产、环境造成破坏和损失的地质作用（现象）滑坡 泥石流土壤液化13.1.3地质灾害 地质灾害一般有诱因，滑坡和泥石流一般由暴雨或其它人为因素诱发；砂土液化由地震引起。劉洪喬滑坡的防治有三种方法：锚杆加固法、建立护坡或挡土墙、降低坡度法。劉洪喬锚杆加固法建立护坡或挡土墙降低坡度法2003年7月11日22时，四川省甘

10、孜藏族自治州丹巴县发生特大泥石流灾害，造成1人死亡，50人失踪，另有71人被困。图12.6是灾情最严重的水卡子村损毁严重的民房。 劉洪喬发生在香港的泥石流灾害重庆泥石流涌进60市民家 劉洪喬滑坡防治工程劉洪喬土壤液化土壤液化是指含水率较高、沙土含量较大的土壤在遭受地震时发生的一种土壤冒水现象 江西九江发生地震后，人们在瑞昌市发现有三处奇怪的大陷坑，最深的有8米，长度50多米，陷坑出现喷砂冒水现象 。农场附近地层属湖沼相沉积，地下土层中存在粉土或粉砂，在地震作用下容易产生砂土液化现象。 劉洪喬13.1.4 其他灾害 其他灾害主要是人为灾害主要是由于管理失误或漠视安全生产造成的，如火灾、工程腐蚀和

11、一些存在设计缺陷、施工质量差的豆腐渣工程。2006年8月31日，河北邢台隆尧县出现多条地裂缝，最长达2.5公里，横跨2个镇3个村。专家称，超采地下水导致地面沉降形成地裂缝，地裂已经造成部分农田和住宅不同程度的破坏。 1999年1月4日，晚6时50分，重庆市綦江县城区一座步行桥（彩虹桥）突然整体垮塌，数十名过桥者随大桥坠入桥下的綦河，造成了严重伤亡事故。这次因工程质量导致的重大责任事故，共造成40人死亡。 2001年9月11日，美国4架民航飞机遭恐怖分子劫持，其中两架撞击了纽约世界贸易中心，两座塔楼相继坍塌，一架飞机撞击了华盛顿附近的五角大楼，另一架坠毁在宾夕法尼亚州的匹兹堡附近。这一系列恐怖袭

12、击事件共造成3000多人死亡或失踪。劉洪喬世贸中心双塔楼倒塌录像劉洪喬通常从三个领域进行研究： 灾害材料学 灾害检测鉴定学 灾害修复和加固等领域 13.2工程结构检测鉴定与加固 工程结构的抗灾研究中，首要关注的是材料受灾后的性能变化，即灾害对材料物理力学性能的影响，也即材料在灾害作用下的损伤等。 灾害材料学一般涉及到土木工程材料的一般力学性能： 混凝土的内部裂缝和破坏机理、钢筋的内部结构破坏机理、砌体的一般破坏机理等。 动力荷载对材料的影响，如钢筋的疲劳、冲击荷载对混凝土和钢筋的作用。 火灾对材料性能的影响，如对混凝土或钢筋的影响、对混凝土与钢筋间粘结力的影响等。 冰冻对材料性能的影响，如受冻

13、混凝土的力学性能。 腐蚀对材料性能的影响等。13.2.1 材料在灾害环境下的性能13.2.2 结构灾害检测工程结构检测与鉴定程序为： 检测任务委托 调查 编制检测方案 现场检测 发出检测报告 进行鉴定评级 出具鉴定报告劉洪喬13.2.2 结构灾害检测 检测的程序为：检测任务委托，收集原设计图纸及竣工图，外观检测，材料检测，构件变形及现有强度评估 。 混凝土和砌体结构的检测除了现场观察结构是否出现真实结构裂缝，通常需要先根据图纸数据，进行理想结构的受力分析。 结构检测报告一般包括：现状调查，图纸核对，材料强度鉴定，承载能力验算等。 劉洪喬13.2.3 工程结构改造加固学加固和改造的原因： 使用荷

14、载增加 抗震加固 结构损害 纠正设计或施工错误 历史性建筑保护劉洪喬工程结构改造与加固混凝土结构：扩大截面、粘钢或外贴碳纤维加固、外包钢加固、预应力加固砌体结构：增设壁柱、钢筋网水泥砂浆使用砖柱结构：加大截面、外包角钢加固钢结构:改变结构计算图形、加大构件截面、加强连接劉洪喬劉洪喬外包角钢加固法劉洪喬用复合材料对结构进行加固具有如下优点：自重轻、厚度薄；任意长度，免搭接；材料不用预加工；板材允许交叉；高强度；可采用不同模量的产品；突出的抗疲劳能力；结构物不用预处理就可以覆盖；抗腐蚀；施工简便。而粘结剂同样具有如下优点：高强度、高弹模；基材可以是混凝土、砌体结构、木结构等多种结构建材；耐久性能好

15、；符合环保要求等复合材料加固的优点劉洪喬 13.2.4 工程改造加固实例 意大利比萨斜塔加固 意大利比萨斜塔分八层，高53.3 m，重14 500 t。塔的砖石地基的直径为19.6 m，最大深度5.5 m。塔基向南倾斜，与地面成5.5，第七层在南面突出4.5 m 。 塔是用柱廊围成一个空心的圆柱体的形式建造的，圆柱体的内表面和外表面用密缝的白色大理石复面。 比萨斜塔倾斜对比照比萨斜塔加固 劉洪喬 1996年委员会采纳了在墨西哥城大教堂的破坏性差异沉降中曾成功使用过的方法 抽土法作为比萨斜塔加固方案。 加固过程如下： (1)在塔的第三层连接了一些暂时性的安全防护钢索，向塔北边延伸约100 m，穿过两个巨大的A型架顶部的滑轮，用铅重轻轻拉紧。 (2)由200 mm直径衬套的12个钻孔在限定的6 m范围内进行初步抽土 (3)建立现场与指挥部的实时通讯控制系统，每天2次汇