结构抗震基本知识.ppt

1、工程结构抗震与防灾，发表人：黄雄军手机：E-mail :第1章结构抗震基本知识1-1地震基本知识地震是常发生的自然现象，但发生小于四级地震时，人们感觉不到。 但是，如果地震发生在人群居住地，地震水平大，会给人们带来灾难，甚至会造成灭亡的灾害。 例如，1976年的唐山大地震，2008年的四川汶川大地震和2013年4月的四川芦山地震。 现在，人们虽然不能控制和预测地震的发生，但是如果修建抗震性能优良的建筑物，就是可能的，被证实可以减少地震造成的生命和财产损失。 因此，为了防止和减轻地震灾害，有必要对工程结构进行抗震分析和设置修订。 一、地球的构造地球：地球是平均半径约64

2、00km的椭圆球体。 从外侧到内侧分为地壳、地幔、地核三层。 地壳：地球外表面的薄壳，平均厚度约30km，最薄的地方约5km，地震在这里多发。 地壳(地球的最外层)是由巨大的板块构成的，板块向下延伸的深度大约为70-100km。 地幔主要由坚硬的橄榄岩组成。 由于地球内部的放射性物质不断放热，地球内部的温度随着深度的增加而上升，引起地幔内物质的对流。 地核是地球的核心部分，分为内核和外核。 二、地震类型和成因地震安全成因主要是构筑地震火山地震坝引起地震矿山开发人工爆破中前两个是天然地震，其次是诱发地震。 构造地震的原因主要有：1.断层在地球内部不断运动的过程中，经常存在巨大的能量，地壳岩层不断

3、连续变动，不断变形，产生地应力。 当地应力引起的应变超过某处岩层的极限应变时，岩层会突然断裂或偏移。 2 .根据板块结构，地球表面的岩石层不是一体的，而是由6块大板块和几块小板块，即欧亚板块、美国板块、非洲板块、太平洋板块、澳大利亚板块和南极板块组成。 地幔物质的对流使板块缓慢相互移动，板块构造认为板块构造运动是构造地震的根本原因。 从局部机理分析，地球板块在运动中由于板块间的相互作用力，地壳中的岩层发生变形。 如果这种变形积累到岩石能够承受的程度以上，那里的岩体就会突然断裂或偏移，引起地震。 三、根据世界地震活动的统一修订，地球上每年发生8级以上震级、11级以上毁灭性地震2次的震级在7级以上

4、、9级以上的大地震不到20次震级在2.5级以上的有感地震在15万次以上。 三、中国地震活动中国东临太平洋地震带，南接欧亚地震带，地震分布相当广泛。 中国6个地震活动区：台湾及其邻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岸地震活动区，五、 最近的世界地震活动2004年12月26日印度尼西亚发生的地震是8.7级2004年5月12日四川汶川发生的地震是8.0级2004年1月12日海地发生的地震是7.3级2004年2月27日智利发生的地震2011年3月11日日本发生的地震为里氏9.0级，引起海啸和核泄漏，造成巨大灾害2013年4月20日四川芦山发生的地震为里氏7.0 1-2

5、级地震的基本用语1，震源和震源的地球内部因某种原因发生振动， 把以波的形式传到地表地面的振动内部振动的地方称为震源，把震源地表的投影称为震源，把从震源到地面的垂直距离根据震源的深度划分为震源的深度不足60km。 中源地震的震源深度在60km- 300km之间，深源地震的震源深度超过300km，其中浅源地震的破坏性最大。二、地震波地震因地下岩体的断裂、偏移而产生振动，以波的形式从震源向外传播，即地震波，可分为体波和面波。 (1)体波体波是指在地球主体内传播的波，包括纵波、横波。 纵波：质点的振动方向与波的传递方向一致的波。 横波：质点的振动方向与波的传递方向垂直的波。 纵波：压缩波无论在固体内还

6、是液体内都能传播的周期短，振幅小，引起地面上下的摇晃运动。 横波：剪切波只能在固体内传播的周期长，振幅大，引起地面水平方向的运动。 (2)面波是在介质表面或地球表面及其附近传播的波，可以认为是体波在地层界面多次反射形成的二次波，包括瑞波和乐普波。 瑞波传播时，质点在由波的行进方向和地表法线构成的平面内进行逆椭圆运动。 这种运动形态被认为是形成地面摇晃的主要原因。 乐夫波传播时，质点在与波的行进方向垂直的水平方向上移动，在地面上表现为蛇行运动。 瑞波的振动轨迹截面(a )和放射线(b )，地震波的传播速度是纵波最快，横波次慢。 因此，在地震发生的中心地区，有先上下摇晃，然后左右摇晃的感觉。 横波

7、和面波到达时，地面振动最强，产生的破坏作用也最大。 在远离震源的地方，地震波衰减，地面的振动变弱，破坏作用也减轻。 三、地震烈度地震烈度是表示地震本身大小的尺度。 其数值根据地震修正所记录的地震波图来决定。 比如有一次在某个地方发生了7级地震。 地震震级m与震度的关系：地震震级m与震源释放能量的关系由该式可知，地震震级m增加1级时，震源释放能量e增加约30倍。 四、烈度烈度烈度是指某地区地表和各种建筑物受地震影响的平均强弱程度。 一次地震，表示地震本身大小的震度只有一个。 但是，同样的地震根据地点的不同影响也不同，因此，与震源的距离不同，会出现各种各样的震度。 另外，由于地层土不同，地震波的表

8、现也不同，所以震源距离相同的建筑物破坏程度也不同。 此外，震度还与地面建筑物的抗震性能有关。 08年8月末攀枝花发生的6.1级和2010年4月玉树地震破坏也相对较大，原因之一是山区农民房屋大部分是土房，即使不发生地震也应该是危房。 地震级别在地震发生后马上就能确定，但是震度必须经过调查确定，比较花时间。 例如，发生5.12汶川地震时，国家地震局发表说地震等级为7.8级，2天后修正为8.0级。 烈度在九月初公布了。 汶川地震的震度分布情况、1-2地震特性地震波传播产生的地震称为地震。 一般通过记录地面运动的加速度来了解地震的特性。 地震的三个要素是地震的峰值(最大振幅)、频谱、持续时间。 工程结

9、构的地震破坏与地震三要素密切相关。 每次的地震记录都不一样。 但是，用地震后构筑物的破坏状况和人工合成的方法可以确定几个典型的地震，作为进行工程构造的抗震分析用。地振幅特性地振幅可以是地面加速度、速度或位移的最大值或某种意义上的有效值。 现在采用最多的地震振幅是地震的最大加速度振幅，可以描述地震的强弱，与地震灾害有着密切的关系，可以作为震度的参考物理指标。二、地震波谱特性的震度、震源距离和场所条件对地震波谱有重要影响，震度越大，震源距离越远，地震记录的长周期成分越显着。 由于地基土中的软土，地层厚度在地基上的卓越周期偏向于长周期，地震的作用有可能扩大。 三、地震保持时的特性性振动保持时，对结构

10、的破坏程度有很大影响。 根据相同的地面运动的最大加速度，强震的持续时间越长，该地点的震度越高，构造物的地震破坏越严重。 地震破坏作用1 .地表破坏及其影响地表破坏以地裂、地面沉降、喷泉砂和滑坡等形式表现。 地裂分为结构性地裂和重力性地裂。 地面的不均匀下沉容易引起建筑物的破坏和倒塌。 2 .建筑物及构筑物的破坏地表破坏对建筑物的破坏性质上是静力破坏，这种破坏有时是毁灭性的，例如北川县的几个建筑物的破坏。 更多的建筑物(约90% )的破坏是由地震地面运动的动力响应引起的性质上的动力破坏，人们可以通过改善建筑物的修建来控制。 因此，分析结构动力破坏机理是结构抗震研究的重点和结构抗震设置修订的基础。

11、 建筑物的动力破坏主要表现为主体结构强度不足引起的破坏和结构丧失整体性两种破坏形式。 3 .次生灾害，如地震对防堵湖、水库、煤气、通信、易燃易爆、有毒物质容器的破坏，也相当于人们的破坏。 比如北川的唐家山堰塞湖，如果不及时处理，对下游的破坏就有可能比地震本身的破坏还要大。 1-4工程结构抗震设防一、基本术语抗震设防烈度按国家规定的权限批准一个地区抗震设防依据的烈度。 一般来说，50年以内超越的概率为10%的震度也称为基本震度。 基本震度是在一个地区进行抗震设施修订的主要依据。 如上所述，地震水平表示地震释放能量的大小，震度是地上建筑物的破坏程度，因此，抗震修订建筑物只有震度的大小。 在中国，基

12、本震度的区划只能由国家地震局发布，基本上由县级的行政区划，在抗震设施修订规范中，例如能够检测出震度、地震加速度的峰值。 抗震设防标准抗震设防要求的高低测定尺度包括抗震设防强度或由设防地振动残奥仪和建筑物的抗震分类决定的地震作用是地震的结构动态作用，包括水平地震作用和垂直地震作用。 设置修正地振动残奥仪表抗震设置修正用的加速度(速度、位移)时间系列曲线、加法、速度反应谱和峰值加速度设置修正基本加速度50年设置修正基准期超过概率10%的地震加速度的设置可修正的值设置修正特征周期抗震设置修正用的地震影响系数程序曲线反映地震震度、震源距离和场所类别等要素的下降开始点对应的周期值其范围相当于厂区、居民小

13、区和自然村或者1平方公里以上的平面面积。 抗震措施包括除地震作用订正算和抵抗力订正算以外的抗震设施订正内容、抗震构造措施。 抗震结构措施根据抗震概念设定修改原则，一般不需要修改计算结构和非结构各部分所需的各种细节要求。 二、地震的影响和抗震强度抗震强度是一个地区作为抗震强度依据的地震强度。 通常，可以采用与中国地震运动区域图的地震基本震度和建筑抗震设施修正基准(GB50011-2010 )设定修正基本地震加速度值对应的震度值。 抗震标准中规定，为了防止震度在6度以上的地区建筑，必须进行抗震设施的修改。根据地震灾害调查，根据地域不同宏观震级是一样的，但是处于大震级远的震源距离的灵活建筑物，与小震

14、级相比，接近震源距离的情况更多。 根据地震灾害调查，根据地域不同宏观震级是一样的，但是处于大震级远震源距离的柔性建筑物，与小震级近震源距离的情况相比，震害要重得多。 因此，抗震规范在设订地震组中表现震度和震源距离的影响，建筑工程的设订地震分为3组。 第一组代表近震中距离，第二、三组代表远震中距离的影响。 三、建筑分类我国的抗震规范将建筑物按其用途的重要性分为特殊防类(简称甲类)、重点防类(乙类)、标准防类(丙类)、适度防类(丁类)四类。 (1)特殊防类建筑：指使用特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特殊重大灾害后果，需要进行特殊防类的建筑。 (2)重点防类建筑

15、：地震时使用功能不能中断或需要尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量死伤等重大灾害结果，需要提高防标，标准建筑如城市建筑，简称乙类建筑。 例如城市供水、供电、通信、交通控制中心、三家医院的主要医技楼和中小学、幼儿园教学楼等。 (3)标准防类建筑： (1)、(2)、(4)等三种建筑以外的建筑，简称c类建筑。 (4)适度的防类建筑：指使用人员稀少，并且允许地震灾害不发生次生灾害，在一定条件下适度降低要求的建筑，简称丁类。 没有岗哨的仓库、临时建筑等。 经过汶川地震的教训，中国将中小学建筑调整为乙类建筑，国外如日本，学校建筑最安全。 中国建筑抗震设施修订分类标准，各抗震设施修订分类建筑的抗

16、震设施修订标准应当满足以下要求： (1)特殊设施修订类(甲类建筑)地震作用应超过本地区抗震设施修订强度的要求，其值应根据批准的地震安全性评价结果确定。 抗震对策是，抗震强度为6-8度时，要满足比本地区的抗震强度提高1度的要求，9度时，要满足比9度抗震强度高的要求。 (2)重点防卫类(乙类建筑)的地震作用满足本地区的抗震强度要求，抗震对策一般来说，抗震强度为6-8度时，满足比本地区的抗震强度提高一度的要求，9度时，满足比9度抗震强度高的要求，地基基础的抗震对策必须符合有关规定。 (3)标准防类(丙类建筑)的地震作用和抗震措施应满足本地区抗震防烈度的要求。 (4)在适度防卫类(丁类建筑)的情况下，

17、地震作用仍应满足本地区抗震强度要求的抗震措施应当比本地区抗震设施震度要求适当降低，但抗震设施震度为6度时不得降低。 抗震强度为6度时，除规范有具体规定外，也可以不对乙、丙、丁类建筑进行地震作用的修正计算。 四、多发震度和珍发地震多发震度：发生机会多的地震也称为小震度，50年内发生的可能性(或被超越的概率)为63.6%，也称为小震度。 基本震度： 50年以内发生的可能性(或者被超越的概率)是10%，也被称为中震对应的震度。 罕见的震度： 50年内发生的可能性(或者被超越的概率)为2%，也被称为大震度。 基本震度小的震度约高1.55度，比遭遇地震的频率低1度。 图：三种震度的含义及其关系，五是抗震设施修订目标工程设施修订的基本目的是在一定的经济条件下，最大限度地减轻建筑物的地震破坏，保障人民的生命财产安全。我国抗震规范明确提出了三个水平的抗震设施纠正要求：第一水