中南大学结构抗震原理第1章课件

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1、中南大学结构抗震原理第1章第一章第一章 抗震设计的基本知识和基本要求抗震设计的基本知识和基本要求 地震是指因地球内部缓慢积累的能量突然释放而引地震是指因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。起的地球表层的振动。 地震是一种自然现象，地球上每天都在发生地震地震是一种自然现象，地球上每天都在发生地震，一，一年约有年约有500万次。其中约万次。其中约5万次人们可以感觉到；能造成破万次人们可以感觉到；能造成破坏的约有坏的约有1000次；次；7级以上的大地震平均一年有十几次。级以上的大地震平均一年有十几次。 什么是地震（什么是地震（earthquakeearthquake）？）？中南大学

2、结构抗震原理第1章什么叫震源、震中、震中距？什么叫震源、震中、震中距？地球内部发生地震的地方叫地球内部发生地震的地方叫震源（震源（source）；震源在地面上的投影点称为震源在地面上的投影点称为震中（震中（epicentre ）；震中及其附近的地方称为震中及其附近的地方称为震中区（震中区（epicentre area）；）；从震中到地面上任何一点的距离称为从震中到地面上任何一点的距离称为震中距（震中距（epicentre distance）中南大学结构抗震原理第1章地震波是地震发生时由震源地方的岩石破裂产生的弹性波。地震波是地震发生时由震源地方的岩石破裂产生的弹性波。地震波分为地震波分为体波体

3、波和和面波面波。体波体波横波（横波（S S波）：剪切波，质点振动方向与波的前进方向垂直波）：剪切波，质点振动方向与波的前进方向垂直纵波（纵波（P P波）：胀缩波，质点振动方向与波的前进方向一致波）：胀缩波，质点振动方向与波的前进方向一致面波面波瑞利波瑞利波乐甫波乐甫波横波特点横波特点: :周期长、振幅大、周期长、振幅大、 波速慢波速慢,100-800m/s,100-800m/s纵波特点纵波特点: :周期短周期短, ,振幅小振幅小, , 波速快波速快,200-1400m/s,200-1400m/s面波比体波衰减慢、振幅大、面波比体波衰减慢、振幅大、周期长、传播远。建筑物破坏周期长、传播远。建筑物

4、破坏主要由面波造成。主要由面波造成。杂波P波开始S波开始面波开始地震波（地震波（earthquake wave）预报和预警？预报和预警？中南大学结构抗震原理第1章地震分类地震分类一一. .按地震成因分类按地震成因分类-天然地震包括构造地震、火山地震、陷落地震天然地震包括构造地震、火山地震、陷落地震1.1.构造地震构造地震 破坏性地震主要属于构造地震破坏性地震主要属于构造地震。据统计，构造地震约。据统计，构造地震约占世界地震总数的占世界地震总数的90%90%以上。以上。 92%92%的地震发生在的地震发生在地壳中，其余的发地壳中，其余的发生在地幔上部生在地幔上部 地震地震天然地震天然地震人工地震

5、人工地震中南大学结构抗震原理第1章2.2.火山地震火山地震 由于火山作用，如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震称由于火山作用，如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震称为火山地震，这类地震只占全世界地震的为火山地震，这类地震只占全世界地震的7%7%左右。左右。 1914年日本樱岛火山爆发，产生的震动相当于一个年日本樱岛火山爆发，产生的震动相当于一个6.7级级地震。地震。 中南大学结构抗震原理第1章3.3.陷落地震陷落地震 由于地下溶洞或矿井顶部塌陷而引起的地震称为由于地下溶洞或矿井顶部塌陷而引起的地震称为塌陷地震。这类地震的规模比较小，次数也很少。塌陷地震。这类地震的规模比较小，次数也很少。 人工地震人工

6、地震 因人为因素直接造成的地震是人工地震。因人为因素直接造成的地震是人工地震。 如工业爆破、地下核爆炸造成的振动；在深井如工业爆破、地下核爆炸造成的振动；在深井中进行高压注水以及中进行高压注水以及大水库蓄水大水库蓄水后增加了地壳的压后增加了地壳的压力，有时也会诱发地震。力，有时也会诱发地震。 1962 1962年年3 3月月1919日在广东河源新丰江水库坝区发生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，震级为了迄今我国最大的水库诱发地震，震级为6.16.1级。级。 -天然地震包括构造地震、火山地震、陷落地震天然地震包括构造地震、火山地震、陷落地震地震地震天然地震天然地震人工地

7、震人工地震中南大学结构抗震原理第1章二二. .按震源深浅分类按震源深浅分类浅源地震浅源地震震源深度小于震源深度小于6060千米的称为浅源地震。千米的称为浅源地震。 全世界全世界85%85%以上的地震都是浅源地震。以上的地震都是浅源地震。中源地震中源地震震源深度在震源深度在6060至至300300千米的称为中源地震。千米的称为中源地震。深源地震深源地震震源深度在震源深度在300300千米以上的称为深源地震。千米以上的称为深源地震。 浅源地震波及范围小，但破坏力大；深源地震波及范浅源地震波及范围小，但破坏力大；深源地震波及范围大，但破坏力小围大，但破坏力小。 2002年年6月月29日晨日晨1：20

8、发生于吉林的发生于吉林的7.2级地震，震源级地震，震源深度为深度为540km，无破坏。，无破坏。 目前有记录的最深震源达目前有记录的最深震源达720720公里。公里。地震分类地震分类一一. .按地震成因分类按地震成因分类 1960年年2月月29日发生于摩洛哥艾加迪尔城的日发生于摩洛哥艾加迪尔城的5.8级地震，级地震，深度为深度为3km。震中破坏极为严重，但破坏仅局限在震中。震中破坏极为严重，但破坏仅局限在震中8km内。内。中南大学结构抗震原理第1章 能量越大，震级就越大；震级相差一级，能量相能量越大，震级就越大；震级相差一级，能量相差约差约3232倍；相差二级，能量相差倍；相差二级，能量相差1

9、0001000倍。倍。 反映一次地震释放能量大小的等级，用反映一次地震释放能量大小的等级，用M M表示表示AMlog式中式中A表示标准地震仪距震中表示标准地震仪距震中100km纪录的最大水平地动位移，纪录的最大水平地动位移，单位为微米（单位为微米（Richter震级或里氏震级或地方震级震级或里氏震级或地方震级）。）。ME5 . 18 .11log一个一个6 6级地震相当于一个两万吨级的原子弹。级地震相当于一个两万吨级的原子弹。 能量能量E E的单位：尔格（的单位：尔格（1 1尔格尔格= = ）J710面波震级、体波震级、矩震级面波震级、体波震级、矩震级中南大学结构抗震原理第1章微震微震- 2-

10、 2级以下级以下 人感觉不到人感觉不到有感地震有感地震- 2-4- 2-4级级 人有感觉人有感觉破坏性地震破坏性地震- 5- 5级以上级以上 有破坏有破坏 强烈地震强烈地震- 7- 7级以上级以上 有破坏有破坏 特大地震特大地震- 8- 8级以上级以上 有破坏有破坏 由于震源深浅、震中距大小等不同，地震造成的由于震源深浅、震中距大小等不同，地震造成的破坏也不同。震级大，破坏力不一定大；震级小，破破坏也不同。震级大，破坏力不一定大；震级小，破坏力不一定就小。坏力不一定就小。中南大学结构抗震原理第1章 在同一地震的影响下，各地烈度不同；地震烈度不仅取在同一地震的影响下，各地烈度不同；地震烈度不仅取

11、决于地震本身的大小，同时还受震源处岩层错动的方式、震决于地震本身的大小，同时还受震源处岩层错动的方式、震源深度、震中距离、地震波的传播介质、表土性质、地下水源深度、震中距离、地震波的传播介质、表土性质、地下水埋藏深度，以及建筑物的动力特性、建筑材料、设计标准、埋藏深度，以及建筑物的动力特性、建筑材料、设计标准、施工质量和维护情况等许多条件的综合影响。施工质量和维护情况等许多条件的综合影响。 地震时一定地点的地面震动强烈程度的尺度；是指该地点地震时一定地点的地面震动强烈程度的尺度；是指该地点周围一定范围内平均水平而言周围一定范围内平均水平而言 地震烈度表是评定烈度的标准和尺度。地震烈度表是评定烈

12、度的标准和尺度。我国在我国在19801980年制定了年制定了中国地震烈度表中国地震烈度表。中国地震烈度表中国地震烈度表将地震烈度分为将地震烈度分为1-121-12度。度。中南大学结构抗震原理第1章 烈度是在还没有地震动观测仪器以前，地烈度是在还没有地震动观测仪器以前，地震动强弱的评定不得不以震动强弱的评定不得不以宏观现象宏观现象为依据的物为依据的物理量，它以人的感觉、物体的反应、各种结构理量，它以人的感觉、物体的反应、各种结构的破坏以及地表破坏为标准。的破坏以及地表破坏为标准。 不同的国家有不同的烈度表，采用的标准不同的国家有不同的烈度表，采用的标准不同，所分的级别也不相同。不同，所分的级别也

13、不相同。 缺点、震害指数缺点、震害指数中南大学结构抗震原理第1章无感无感 1室内个别静止中的人室内个别静止中的人感觉感觉 2悬挂物微动悬挂物微动门、窗轻微作响门、窗轻微作响室内少数静止中的人室内少数静止中的人感觉感觉 3悬挂物明显摆动，器皿作响悬挂物明显摆动，器皿作响门、窗作响门、窗作响室内多数人感觉。室室内多数人感觉。室外少数人感觉。少数外少数人感觉。少数人梦中惊醒人梦中惊醒 43（2-4）31（22-44）不稳定器物翻倒不稳定器物翻倒门窗、屋顶、屋架颤动门窗、屋顶、屋架颤动作响，灰土掉落。抹灰作响，灰土掉落。抹灰出现微细裂缝出现微细裂缝室内普遍感觉。室外室内普遍感觉。室外多数人感觉。多数人

14、多数人感觉。多数人梦中惊醒梦中惊醒 56（5-9）63（45-89）河岸和松软土出现裂缝。饱和砂层出现喷砂冒河岸和松软土出现裂缝。饱和砂层出现喷砂冒水。地面上有的砖烟囱轻度裂缝掉头水。地面上有的砖烟囱轻度裂缝掉头损坏损坏个别砖瓦掉落、个别砖瓦掉落、墙体微细裂缝墙体微细裂缝惊惶失措，仓皇逃出惊惶失措，仓皇逃出 613（10-18）125（90-177）河岸出现坍方。饱和砂层常见喷砂冒水。松软河岸出现坍方。饱和砂层常见喷砂冒水。松软土上地裂缝较多。大多数砖烟囱中等破坏土上地裂缝较多。大多数砖烟囱中等破坏轻度破坏轻度破坏局部破坏局部破坏开裂，但不妨碍使用开裂，但不妨碍使用大多数人仓皇逃出大多数人仓皇

15、逃出 725（19-35）250（178-353）干硬土上亦有裂缝。大多数砖烟囱严重破坏干硬土上亦有裂缝。大多数砖烟囱严重破坏中等破坏中等破坏结构受损，结构受损，需要修理需要修理摇晃颠簸，行走困难摇晃颠簸，行走困难 850（36-71）500（354-707）干硬土上有许多地方出现裂缝，基岩上可能出干硬土上有许多地方出现裂缝，基岩上可能出现裂缝。滑坡、坍方常见。砖烟囱出现倒塌现裂缝。滑坡、坍方常见。砖烟囱出现倒塌严重破坏严重破坏墙体龟裂，墙体龟裂，局部倒塌，修复困难局部倒塌，修复困难坐立不稳。行动的人坐立不稳。行动的人可能摔跤可能摔跤 9100（72-141）1000（708-1414）山崩和

16、地震断裂出现。基岩上的拱桥破坏。大山崩和地震断裂出现。基岩上的拱桥破坏。大多数砖烟囱从根部破坏或倒毁多数砖烟囱从根部破坏或倒毁倒塌倒塌大部倒塌，不大部倒塌，不堪修复堪修复骑自行车的人会摔倒。骑自行车的人会摔倒。处不稳状态的人会摔处不稳状态的人会摔出几尺远。有抛起感出几尺远。有抛起感 10地震断裂延续很长。山崩常见。基岩上的拱桥地震断裂延续很长。山崩常见。基岩上的拱桥毁坏毁坏毁灭毁灭11地面剧烈变化，山河改观地面剧烈变化，山河改观121-5度：以人的感觉为主度：以人的感觉为主6-10度：以房屋震害为主度：以房屋震害为主10-12度：以地表现象为主度：以地表现象为主个别：个别：10%以下以下少数：

17、少数：10%50%多数：多数：50%70%大多数：大多数：70%90%普遍：普遍：90%以上以上速度速度加速度加速度 其它现象其它现象 一般房屋一般房屋 人的感觉人的感觉烈烈度度2/smmsmm/中南大学结构抗震原理第1章 一个地区未来一个地区未来5050年内一般场地条件下可能遭受的具年内一般场地条件下可能遭受的具有有10%10%超越概率的地震烈度值称为该地区的基本烈度。超越概率的地震烈度值称为该地区的基本烈度。 相当于相当于475475年一遇的最大地震的烈度。年一遇的最大地震的烈度。 各地区的基本烈度由各地区的基本烈度由中国地震动参数区划图中国地震动参数区划图（GB18306-2001)GB

18、18306-2001)确定。确定。（下图是中国地震烈度区划图）（下图是中国地震烈度区划图）基本烈度也称为偶遇烈度或中震烈度。基本烈度也称为偶遇烈度或中震烈度。中南大学结构抗震原理第1章中国地震烈度区划图中国地震烈度区划图中南大学结构抗震原理第1章 按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度称为设防烈度。的地震烈度称为设防烈度。规范规定：一般情况下，可采用规范规定：一般情况下，可采用中国地震动参数区划图中国地震动参数区划图中的地震基本烈度。对已编制抗震设防区划的城市，可按中的地震基本烈度。对已编制抗震设防区划的城市，可按批准的抗震设防烈度进

19、行抗震设防。批准的抗震设防烈度进行抗震设防。设防烈度的取值依据：设防烈度的取值依据：规范规定：规范规定：抗震设防烈度为抗震设防烈度为6 6度及以上地区的建筑必须进行抗震设计度及以上地区的建筑必须进行抗震设计偶遇烈度或中震烈度）偶遇烈度或中震烈度）中南大学结构抗震原理第1章规范附录中列出了我国主要城镇的抗震设防烈度。如：规范附录中列出了我国主要城镇的抗震设防烈度。如：黑龙江省黑龙江省1.1.抗震设防烈度为抗震设防烈度为7 7度，设计基本地震加速度值为度，设计基本地震加速度值为0.10g:0.10g: 绥化，罗北，泰来；绥化，罗北，泰来；2.2.抗震设防烈度为抗震设防烈度为6 6度，设计基本地震加

20、速度值为度，设计基本地震加速度值为0.05g:0.05g: 哈尔滨（哈尔滨（7 7个市辖区），齐齐哈尔（个市辖区），齐齐哈尔（ 7 7个市辖区），个市辖区），注：全省县级及县级以上设防城镇，设计地震分组均为第一组。注：全省县级及县级以上设防城镇，设计地震分组均为第一组。中南大学结构抗震原理第1章 建筑所在地区在设计基准期（建筑所在地区在设计基准期（5050年）内出现的频度最高年）内出现的频度最高的烈度。也称为常遇烈度、小震烈度。其超越概率为的烈度。也称为常遇烈度、小震烈度。其超越概率为63.2%63.2%，重现期为重现期为5050年。年。 建筑所在地区在设计基准期（建筑所在地区在设计基准期（5

21、050年）内具有超越概率年）内具有超越概率2%-3%2%-3%的地震烈度。也称为大震烈度，重现期约为的地震烈度。也称为大震烈度，重现期约为20002000年。年。偶遇烈度或中震烈度）偶遇烈度或中震烈度）中南大学结构抗震原理第1章强强震震观观测测中南大学结构抗震原理第1章 由地震的原生现象如地震断层错动，以及地震由地震的原生现象如地震断层错动，以及地震动引起的强烈地面振动所造成的灾害。主要有：动引起的强烈地面振动所造成的灾害。主要有：1 1、地面破坏、地面破坏 如地面裂缝、错动、塌陷、喷水冒砂等如地面裂缝、错动、塌陷、喷水冒砂等；一、直接灾害：一、直接灾害：中南大学结构抗震原理第1章2 2、建筑

22、物与构筑物的破坏、建筑物与构筑物的破坏 如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；中南大学结构抗震原理第1章2 2、建筑物与构筑物的破坏、建筑物与构筑物的破坏 如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；中南大学结构抗震原理第1章2 2、建筑物与构筑物的破坏、建筑物与构筑物的破坏 如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；中南大学结构抗震原理第1章2 2、建筑物与构筑物的破坏、建筑物与构筑物的破坏 如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；如房屋倒塌、桥梁断

23、落、水坝开裂、铁轨变形等；中南大学结构抗震原理第1章3 3、山体等自然物的破坏。如山崩、滑坡等；、山体等自然物的破坏。如山崩、滑坡等；中南大学结构抗震原理第1章 直接灾害发生后，破坏了自然或社会原有的平衡、稳直接灾害发生后，破坏了自然或社会原有的平衡、稳定状态，从而引发出的灾害。有时，次生灾害所造成的伤定状态，从而引发出的灾害。有时，次生灾害所造成的伤亡和损失比直接灾害还大。亡和损失比直接灾害还大。1 1、火灾、火灾 由震后火源失控引起；由震后火源失控引起； 1923 1923年日本关东地震，年日本关东地震，东京市内东京市内227227处起火，处起火，3333处未能扑灭造成火灾蔓，处未能扑灭造

24、成火灾蔓，旧市区烧毁约旧市区烧毁约50%50%；横滨；横滨市烧毁市烧毁80%80%，死亡，死亡1010万。万。主要的次生灾害有：主要的次生灾害有： 中南大学结构抗震原理第1章2 2、水灾。、水灾。 由水坝决口或山崩拥塞河道等引起；由水坝决口或山崩拥塞河道等引起；3 3、毒气泄漏。、毒气泄漏。 由建筑物或装置破坏等引起；由建筑物或装置破坏等引起；4 4、瘟疫。、瘟疫。 由震后生存环境的严重破坏而引起由震后生存环境的严重破坏而引起. .中南大学结构抗震原理第1章5 5、海啸。、海啸。 海底地震引起的巨大海浪冲上海岸，可造成沿海地区海底地震引起的巨大海浪冲上海岸，可造成沿海地区的破坏；的破坏；中南大

25、学结构抗震原理第1章 时间：2004年12月20日 事件：四十年来最强地震九级地震，在苏门答腊岛附近海底爆发，并引发海啸。数十亿吨重海水，高达十米的海浪，以喷气式飞机的速度在印度洋扩散。范围：海啸波及分布两大洲的十二个国家：印度尼西亚、斯里兰卡、印度、泰国、马尔代夫、马来西亚、孟加拉、缅甸、索马里、坦桑尼亚、塞舌尔、肯尼亚。损失：印度尼西亚的亚齐省距离震中最近，损失最重：一些村庄被海浪整个卷走，班达亚齐大部分被毁。在泰国，游人聚集的沿海旅游胜地一片废墟。从斯里兰卡到印度南部，乃至东非，沿海村庄都被夷为平地。印度洋大海啸印度洋大海啸中南大学结构抗震原理第1章死亡人数：据各国官方权威统计，至少21

26、.6万人在这场灾难中丧生或失踪。联合国提供的数字是22.3万人。由于许多遇难者遗体被海水冲走和统计方式的问题，精确统计数字难以做出。 重建：联合国报告称，允诺捐赠的136亿美元中的75已经到位。重建工作已经开始。但救援组织透露，80的难民仍居住在帐篷或其他暂居点。预防：受灾各国政府已经迅速做出承诺，建立全面的灾害早期预警系统和加强国际沟通，以避免悲剧重演。但是一年后这个系统仍然不完善，一些国家已经开始着手各自的防灾计划。 印度洋大海啸印度洋大海啸中南大学结构抗震原理第1章三、工程结构破坏现象三、工程结构破坏现象1 1、结构丧失整体性、结构丧失整体性2 2、承重结构强度不足、承重结构强度不足3

27、3、结构变形过大导致倒塌、结构变形过大导致倒塌中南大学结构抗震原理第1章4 4、结构构件连接支撑失效、结构构件连接支撑失效三、工程结构破坏现象三、工程结构破坏现象1 1、结构丧失整体性、结构丧失整体性2 2、承重结构强度不足、承重结构强度不足3 3、结构变形过大导致倒塌、结构变形过大导致倒塌中南大学结构抗震原理第1章5 5、地基失效、地基失效6 6、非结构构件破坏、非结构构件破坏4 4、结构构件连接支撑失效、结构构件连接支撑失效三、工程结构破坏现象三、工程结构破坏现象1 1、结构丧失整体性、结构丧失整体性2 2、承重结构强度不足、承重结构强度不足3 3、结构变形过大导致倒塌、结构变形过大导致倒塌