1地震基础知识与工程结构抗震设防

1工程结构抗震安徽工程大学建筑工程学院2主要内容z1地震基本知识与工程结构抗震设防z2场地、地基与基础抗震z3工程结构地震反应分析与抗震验算z4多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计z5多层砌体房屋和底部框架-抗震墙房屋抗震设计z9结构隔震、减震设计与制振技术3学习本课程目的z掌握抗震的基本知识、基本理论、基本技能，了解抗震设计的一般规律；z培养运用规范、标准，查阅技术资料的能力和抗震计算能力；z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。41地震基础知识与工程结构抗震设防z1.1概述z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。（每年500万次，有感地震1％，破坏性地震1000余次，强烈地震18次）5唐山大地震1976年7月28日3时42分54秒，在河北省唐山、丰南一带（东经118.0度，北纬39.4度），发生了7.8级强烈地震，震中区烈度11度。地震波及天津市和北京市。这次地震发生在工矿企业集中、人口稠密的城市，极震区内工矿设施大部分毁坏，主要表现为厂房屋顶塌落，围护墙多数倒塌，高层建筑和一般民房几乎全部坍塌。150万人口中死亡24.2万，伤16万；直接经济损失100亿元，震后重建费用100亿元。6唐山地震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。7唐山地震开滦煤矿医院，为砖混结构的五层楼房（局部七层），仅西部转角残存。8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。9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。）10唐山地震唐山市机车车辆厂震后概貌。11台湾集集地震（1999年，2400人，94亿美元）12台湾云林县六市中山国宝二期大楼座落在大智路上，为12层钢筋混凝土住宅和商务混合大楼，其中二栋自楼梯间相接处分裂，东侧楼6层以下全部塌陷，并向东侧倒在邻房4层楼公寓上。西侧楼5层以下全部倒塌，并向西倾倒在另一栋大楼上，柱子间距介于8米到10米，且柱子数量偏少。13台湾彰化县员林镇邦富贵名门大楼座落在中山路惠明街口，为16层钢筋混凝土住宅大楼。地震时其中一栋倾倒靠在呈L型平面大楼上，柱子间距7至10米。造成倾倒的原因是底层柱子数量少，间距太大。14柱子内埋设管线（水、排水、电、煤气、电话）等，虽然节省了空间，但大大降低了柱子的有效承重截面积，造成破坏。15台湾集集地震16台湾集集地震17台湾集集地震18印度大地震当地时间2001年1月26日上午8时46分（北京时间2001年1月26日11时16分36.4秒，国际时间2001年1月26日03时16分40秒），在印度西北部古吉拉特邦发生一次强烈地震。据印度地震部门测定，这次地震为里氏7.9级，震中位于北纬23.6度和东经69.8度。至31日止，地震发生后已发生了196次余震。死亡人数达16403人，受伤人数达55863人，经济损失45亿美元。19印度大地震20印度大地震21印度大地震一座二层小学教学楼被完全摧毁。人员伤亡22印度大地震公路桥梁破坏地表破坏23汶川大地震2008年5月12日14时28分，四川汶川映秀镇发生里氏8.0级地震，震中破坏烈度11度，震源深度14km。汶川、北川和都江堰等大地颤抖、山河移位、满目疮痍、生死离别，这是心中国成立以来破坏性最强、波及范围最大的一次地震。死亡人数达69227人，失踪17923人，受伤人数达374643人，经济损失45亿美元。24我国地震情况z抗震设防的国土面积：82.7%z20世纪全球两次死亡20万人以上的大地震：①1920年，宁夏海源地震，8.5级，23.4万人②1976年，唐山地震，7.8级，24.2万人z统计结果：我国大陆地震约占世界大陆地震的1/3；1900年以来，死于地震人数64万之多；占全球地震死亡人数的53％。25防灾减灾的工作内容z地震的监测预报：预测地震发生的时间、地点和强度，准确度？(有减灾实效的预测大概是10%。中长期年度预测的水平高一点，在30%到40%)。z防震减灾：震前做好震害预测，制定防灾规则，震后加强指挥救援。z工程抗震：研究和提高给类房屋抗震性能，对新建工程抗震设防，对已有工程抗震加固，将地震造成的人员伤亡和经济损失降到最低程度。土木工程技术人员的知识：应当了解工程结构在地震作用下的动力反应，掌握各类工程结构抗震设计原理和方法，利用现代科技成果进行工程结构抗震设防。261.2地震基础知识z1.2.1、地球的构造z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)地壳：很薄的最外层，平均厚30～40Km(2)地幔：中间层,厚约2900Km(3)地核：最里层，平均半径厚约3500Km271.2.1地球的构造z地壳：各种结构不均匀厚薄不一岩石组成。陆地:表面：沉积层，上部：花岗岩岩层平均厚度30～40km下部：玄武岩岩层海洋：玄武岩岩层平均厚度5～8km世界上绝大部分的地震都发生在这一薄薄的地壳内。281.2.1地球的构造z地幔：主要由质地坚硬的橄榄岩组成。上地幔：40～70km岩石层，和地壳成岩石圈70～700km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200Km～700Km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。z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）291.2.1地球的构造z地核：地球的核心，主要构成物质是镍、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）301.2.2地震类型和成因z地震类型：天然地震、诱发地震（人工地震）z火山地震：由于火山爆发而引起的地面振动。7％z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％z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。z诱发地震：由于人为因素直接造成的地震，如工业爆破震动、地下核爆炸震动、水库诱发地震。1962年3月19日在广东河源新丰江水库坝区发生了迄今我国最大的水库诱发地震，震级为6.1级。※在工程抗震设计中仅考虑构造地震的设防问题311.2.2地震类型和成因z构造地震的成因：板块构造学说全球岩石圈六大板块：欧亚板块、太平洋板块、美洲板块、非洲板块、印澳板块和南极洲板块。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321.3地震活动与地震分布z1.3.1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(地中海南亚地震带):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。33喜马拉雅——地中海地震带环太平洋地震带以上两个地震带释放的能量，约占全球所有地震释放能量的98%。341.3.2我国地震活动z中国内陆地震带：南北地震带：贺兰山~云南东西地震带：帕米尔~秦岭~河北/大别山z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。35361.3.3地震灾害分类:z直接灾害:一次灾害,地面运动引起的地表破坏,工程结构的破坏等z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z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371.3.3.1直接灾害1、地面破坏。如地面裂缝、滑坡塌方、塌陷、液化等；38地面破坏丰源市狮子会馆及水源路被断层拱起4米39滑坡塌方40砂土液化地面喷水冒砂41唐山地震喷砂422.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、水坝开裂等主要表现：承载结构强度不足、结构丧失整体性、地基失效等432.工程结构的破坏承重构件强度不足442.工程结构的破坏承重构件强度不足452.工程结构的破坏构件连接不牢丧失整体性构件连接不牢丧失整体性462.工程结构的破坏基础失效471.3.3.2次生灾害火火灾灾如火灾、海啸、水灾、核泄漏等481.3.3.2次生灾害火火灾灾491.3.3.2次生灾害海海啸啸501.3.3.2次生灾害海海啸啸511.3.3.2次生灾害水水灾灾————水库坝体倒塌水库坝体倒塌521.3.3.3诱发灾害唐山震后工厂厂房工厂停产531.3.3.3诱发灾害541.4.1地震空间位置551.4.2地震强度度量z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z体波：在地球内部传播–纵波（P波）–横波（S波）z面波：在地面附近传播–瑞雷波（R波）–乐浦波（L波）56地震波特点速度周期振幅衰减产生效果纵波（P波）快短小快竖向颠簸横波（S波）慢长大慢水平摇晃面波最慢最长最大最慢既竖向颠簸又水平摇晃57地震波记录图P（纵波）S（横波）（面波）58震级(M)z震级：–表示地震本身大小的等级，它以地震释放的能量为尺度，根据地震仪记录到的地震波确定。用M表示：M=lgA–A：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：指自振周期0.8s，阻尼系数为0.8，放大倍数为2800倍的地震仪59查尔斯·里克特标准地震仪60–例：某次地震，在距震中100km处用标准地震仪记录单位的最大水平地动位移为1厘米则A=1cm=10000um，M=lgA=lg10000=4–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。61M与E的关系z震级M与地震释放能量E之间的关系：lgE=11.8+1.5M–能量越大，震级就越大。震级相差一级，能量相差约32倍z地震按震级分类z历史上最大地震：1960.5.23，智利，8.9级大震微震有感地震破坏性地震特大地震2级4级5级7级8级62地震烈度(I)z地震烈度–某地区地面和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度，它是按地震造成的后果分类的。用I表示。z影响烈度的因素–震级–震中距–震源深度–地质构造–建筑物的动力特性等z震中烈度I0–震中区的烈度–同一次地震，震中距小烈度就高，反之烈度就低。63震级与烈度的区别z震级–地震释放能量的大小–（炸弹的装药量）z烈度–表示某地区遭受地震影响的强弱程–（炸弹爆炸后造成的破坏程度）z一次地震，震级只有一个，地震烈度多个64地震烈度表z《中国地震烈度表》–评定烈度的标准和尺度–12等级划分–宏观描述z人的感觉z器物的反应z建筑物破坏和z地表现象–定量指标z地面水平运动最大加速度和最大速度65661.5工程结构抗震设防67工程结构抗震设防z工程结构倒塌z提高抗震性能，进行抗震设防z降低人员伤亡和经济损失68工程结构破坏机理z12层钢筋混凝土商住楼，L型平面。质心与刚心偏离，产生扭转效应69工程结构破坏机理z10层钢筋混凝土住宅楼，C型平面，平面复杂，具有扭转效应。同时为单跨框架结构，柱子间距大，数量偏少70工程结构破坏机理z两座建筑动力特性不一致，振动不协调。由于防震缝宽度不足，相互挤压、碰撞71工程结构破坏机理z底层商用为框架结构，上层住宅，上刚下柔，刚度突变，底层为薄弱层72工程结构破坏机理z抗震设防过低，抗震承载力不足73工程结构破坏机理z装配式框架结构，柱子和吊车没有大的问题。屋架与柱端连接处为薄弱点。由于连接不牢而垮塌，丧失整体性74工程结构破坏机理z由于地基失效导致房屋整体倾斜、倒塌75工程结构破坏机理z桥墩破坏，形成塑性铰76工程结构破坏机理z桥面坍塌、脱落77工程结构破坏机理z平面复杂产生扭转效应z相邻两部分振动不协调，防震缝宽度不足发生挤压