1、工程结构抗震本课程的主要内容地震发生的机理机理及其地震对工程结构的作用作用地震引起的工程结构破坏特征工程结构破坏特征地震波传播地震波传播、场地（基础）抗震场地（基础）抗震地面结构地震反应计算方法（基本方法）计算方法（基本方法）建筑结构、桥梁结构、构筑物、地下结构建筑结构、桥梁结构、构筑物、地下结构抗震设计结构抗震概念设计概念设计减、隔震设计减、隔震设计的基本概念第一章 地震发生机理及其对工程结构的作用1.1 1.1 地震类型地震类型自然地震分为、和四种构造地震构造地震是主要的地震形式，是由于地壳运动过程中积蓄的应变能达到岩石极限状态时，岩石断裂瞬间释放出巨大能量所产生的地震现象。1.2 1.2
2、 构造地震的发生机理构造地震的发生机理地球表面（地壳）有十几块板块组成，且刚度非常大；地幔与地壳之间存在不连续界面，地幔表面由于内部温度差引起地壳板块非常缓慢地运动和不断积蓄应变能（每年大致几cm至10几cm的速度运动），当地壳积蓄的应变达到岩石极限时，岩石断裂引起大量应变能向四周释放，发生地震。所以地震是由于岩石断裂所致，断层位置（断裂位置）为震源。1.3 1.3 构造地震类型构造地震类型构造地震还可以进一步细分为构造地震还可以进一步细分为板块边界型地震；板块内部浅源破碎型地震；板块内部深源破碎型地震；地表面附近的活断层。浅源地震在地表面往往会出现较大裂缝，而且对地面结构物破坏力非常强；不同
3、地震类型对工程结构的影响不完全相同，但是目前在设计中考虑这些因素还有些困难，有待于数据的积累。中国地壳运动以及地震分布情况地壳运动地震分布1.4 1.4 地震活动分布地震活动分布地震活动分布取决于地壳运动，地震活动分布取决于地壳运动，世界世界两大地震带为：两大地震带为：一是环太平洋地震带，该地震带沿着南、北美洲西海岸，经阿拉斯加、千岛群岛、日本列岛，至我国台湾省和菲律宾群岛一直到新西兰。这条地震带是最活跃的地震带，集中了全世界80%以上的地震，释放的地震能量占全球的75%。二是欧亚地震带，大致从印尼西部，缅甸经我国横断山脉，喜玛拉雅山地区，经中亚细亚到地中海，又称喜玛拉雅地中海地震带。中国地震
4、带：中国地震带：我国是世界上地震较活跃的国家之一，地处环太平洋地震带上的台湾省发生强震密度和平均震级占全国首位。境内其它主要的地震活动区有：（1）包括福建、广东两省及江西、广西邻近的一小部分东南沿海地区，该区的地震发生受到大致与海岸线平行的新华夏系北东向活动断裂控制；（2）华北太行山沿线和京津唐地区；（3）青藏高原和四川、云南西部；（4）西北的新疆、甘肃和宁夏地区。中国地震分布(5-8.9级)1.5 1.5 震中、震源深度、震中距离震中、震源深度、震中距离：震源深度70km(有些说60km)以内(破坏力强)：震源深度70-300km以内：300km以上1.6 1.6 地震强度和地震烈度地震强度
5、和地震烈度(1) (1) 地震强度地震强度震级震级国际上通用的地震强度为震级国际上通用的地震强度为震级(M)(Earthquake magnitude)(M)(Earthquake magnitude)。震。震级概念是由级概念是由RichterRichter在在19351935年提出来一直沿用至今，它是根据离年提出来一直沿用至今，它是根据离震中震中100km100km的地方的地方Wood AndersonWood Anderson地震仪（周期地震仪（周期0.8 s0.8 s，阻尼系数，阻尼系数0.80.8，放大倍数，放大倍数2 8002 800）记录到的最大振幅）记录到的最大振幅A A( (单
6、位单位mm) )作作对数计算对数计算得到的值。得到的值。 M=lg(A)+()由于现实中很难测到震中由于现实中很难测到震中100km100km位置的地震记录，因此，根据地位置的地震记录，因此，根据地震记录计算震级时需要对地震记录位置进行换算，震记录计算震级时需要对地震记录位置进行换算，不同国家由于不同国家由于采用的仪表性能有一定的差异，采用的仪表性能有一定的差异，换算方法也不一致。换算方法也不一致。目前，国际上用精度比较高的表面波震级（由于高频衰减快，上目前，国际上用精度比较高的表面波震级（由于高频衰减快，上述方法在远距离不容易测到高频位移，故用面波）。述方法在远距离不容易测到高频位移，故用面
7、波）。用地震面波质点运动的测定方法 计算公式为： M=lg(A/T)max+ ( ) 式中： A 为地震面波最大的动位移，取两水平分向地动位移的矢量和(m)；T为周期(S) ；为震中距。测量最大地动位移的两水平分量时，要取同一时刻或周期相差在1/8周之内的震动。若两分量周期不一致时，则取加权和： T=(TN AN + TE AE)/(AN + AE) 式中：AN - 南北分量地动位移， m； AE - 东西分量地动位移， m； TN -A N 的相应周期， S ； TE -A E 的相应周期， S ； 量规函数 ( ) 为： ( )=1.66lg +3.5 震级 M 应根据多台的平均值确定。
8、矩震级矩震级因为里氏震级是一个指数单位，在地震强到一定程度上的时候（8.2级以上），将很难精确地反应地震强度和震级之间的对应关系，也就是出现了所谓的“震级饱和“问题。从反映地震断层错动角度出发，人们提出了一种新的震级标度：矩震矩震级级。是根据断层错动引起的地震强度进行直接测量的方法。M0为地震矩，为剪切模量，D为震源断裂面积上的平均位错量；S为断裂面积。02lg6.063wMM=-0MDs= 地震震级M表示了在一次地震中所释放的能量多少，它与地震能量E（单位10-7J，J为焦耳）有如下的关系式 因此，地震能量是以101.5M的比例增加，每增加1个震级，地震能量将增加32倍，若震级增加2，地震能
9、量则增加1000倍。由于地壳可以积蓄的应变能是有极限的，因此，地震的震级不可能无限增加，迄今为止很少有超过9级的地震。 震级与能量的关系1.030kg建筑爆破2.01吨二战期间常规炸弹3.030吨2003年大型燃料空气炸弹4.01千吨小型原子弹5.03.3万吨美国在日本广岛、长崎投放的原子弹6.0100万吨1994年美国内华达州Double Spring Flat地震7.03400万吨目前最大型的原子弹 8.011亿吨2008年汶川大地震(8.0级-2008年5月18日修订)9.0350亿吨2004年印度洋大地震(2) (2) 地震烈度地震烈度表示的地震强度是指一次地震中释放能量的规模指一次地
10、震中释放能量的规模，地震对地面结构物的影响除了受到震级大小的影响外，还与震源深度、震中距离、地表土层的振动特性有关。震源距离大则地震影响小，相反就大。为了衡量一次地震中某确定地点受到地震影响的大小，在抗震设计中引入了（I）的感念，大小是以震害指数来衡量的。 是根据地震时地面上的感觉、物品的震动响应、结构物的受灾情况、地表面的运动强度等参数规定的地震影响等级。是工程抗震设计的依据。 我国最高采用XII度 美国采用XIII度 日本则采用VII度 我国烈度表(中国烈度区划图)是以过去地震中的震害调查结果为依据的。根据统计资料，烈度I与地面加速度峰值a和速度峰值v之间有如下的关系中国地震烈度表（199
11、9年）烈度在地面上人的感觉房屋震害程度其他震害现象水平向地面运动震害现象平均震害指数峰值加速度m/s2峰值速度m/s无感无感- - - - - - - - 室内个别静止中人室内个别静止中人有感觉有感觉- - - - - - - - 室内少数静止中人室内少数静止中人有感觉有感觉门、窗轻微作响门、窗轻微作响-悬挂物微动悬挂物微动-室内多数人、室外室内多数人、室外少数人有感觉，少少数人有感觉，少数人梦中惊醒数人梦中惊醒门、窗作响门、窗作响-悬挂物明显摆动，悬挂物明显摆动，器皿作响器皿作响-室内普遍、室外多室内普遍、室外多数人有感觉，多数数人有感觉，多数人梦中惊醒人梦中惊醒门窗、屋顶、屋架颤门窗、屋顶
12、、屋架颤动作响，灰土掉落，动作响，灰土掉落，抹灰出现微细烈缝，抹灰出现微细烈缝，有檐瓦掉落，个别屋有檐瓦掉落，个别屋顶烟囱掉砖顶烟囱掉砖-不稳定器物摇动或不稳定器物摇动或翻倒翻倒0.310.31(0.22(0.220.44)0.44)0.030.03(0.02(0.020.04)0.04)多数人站立不稳，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00.10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)大多数人惊逃户外，骑自行车的人有感觉，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
13、要修理可继续使用0.110.30河岸出现坍方；饱和砂层常见喷砂冒水，松软土地上地裂缝较多；大多数独立砖烟囱中等破坏1.25(0.901.77)0.13(0.100.18)多数人摇晃颠簸，行走困难中等破坏结构破坏，需要修复才能使用0.310.50干硬土上亦出现裂缝；大多数独立砖烟囱严重破坏；树稍折断；房屋破坏导致人畜伤亡2.50(1.783.53)0.25(0.190.35) 行动的人摔倒行动的人摔倒严重破坏结构严重破坏结构严重破坏，严重破坏，局部倒塌，局部倒塌，修复困难修复困难0.510.510.700.70干硬土上出现地干硬土上出现地方有裂缝；基方有裂缝；基岩可能出现裂岩可能出现裂缝、错动；
14、滑缝、错动；滑坡坍方常见；坡坍方常见；独立砖烟囱倒独立砖烟囱倒塌塌5.005.00(3.54(3.547.07)7.07)0.500.50(0.36(0.360.71)0.71)骑自行车的人骑自行车的人会摔倒，会摔倒，处不稳状处不稳状态的人会态的人会摔离原地，摔离原地，有抛起感有抛起感大多数倒塌大多数倒塌0.710.710.900.90山崩和地震断裂山崩和地震断裂出现；基岩上出现；基岩上拱桥破坏；大拱桥破坏；大多数独立砖烟多数独立砖烟囱从根部破坏囱从根部破坏或倒毁或倒毁10.0010.00(7.08(7.084.14)4.14)1.001.00(0.72(0.721.41)1.41)-普遍倒塌
15、普遍倒塌0.910.911.001.00地震断裂延续很地震断裂延续很长；大量山崩长；大量山崩滑坡滑坡 暂缺暂缺暂缺暂缺-地面剧烈变化，地面剧烈变化，山河改观山河改观暂缺暂缺暂缺暂缺注：表中的数量词：“个别”为10%以下；“少数”为10%50%；“多数”为50%70%；“大多数”为70%90%；“普遍”为90%以上。:1、用本标准评定烈度时，以地面上人的感觉及其他震害现象为主；以房屋震害和其他震害现象综合考虑为主，人的感觉仅供参考；以地表震害现象为主。2、在高楼上人的感觉要比地面上室内人的感觉明显，应适当降低评定值。3、表中房屋为未经抗震设计或加固的单层或数层砖混和砖木房屋。相对建筑质量特别差或
16、特别好以及地基特别差或特别好的房屋，可根据具体情况，对表中各烈度相应的震害程度和平均震害指数予以提高或降低。4、平均震害指数可以在调查区域内用普查或随机抽查的方法确定。5、在农村可按自然村为单位，在城镇可按街区进行烈度的评定，面积以1Km2左右为宜。6、凡有地面强震记录资料的地方，表列水平向地面峰值加速度和峰值速度可作为综合评定烈度的依据。在工程结构抗震设计规范中，引入了的概念,并对各地的地震基本烈度进行划分(中国地震烈度区划图)。是指一个地区在一定期限内，在一般场地条件下可能遇到的最大地震烈度，它是预计未来一个时期地区可能遭受最大地震影响指标。我国的基本烈度为我国的基本烈度为50年内超越概率
17、约年内超越概率约10%。对结构设计的和有比较大的影响，若采用比较小的基本烈度，不能保证结构抗震安全，安全风险大。相反，采用比较高的烈度使得结构设计偏于保守，增加工程建设费用。基本烈度划分图是根据全国各地过去发生的地震灾害统计资料、地质地震灾害统计资料、地质构造等情况构造等情况，在充分考虑了风险性与设计经济性关系的基础上制定的，作为结构抗震设计的依据。中国地震烈度区划图1.7 1.7 工程抗震设防标准工程抗震设防标准（1）建筑工程抗震设防分类标准（GB50223-2008）1）特殊设防类（甲类）：重大工程、次生灾害严重的特殊工程；设防标准通过地震安全评价决定2）重点设防类（乙类）：地震中功能不能
18、中断或者地震伤亡巨大的工程；设防标准高于本地区基本烈度（一般高一度）3）标准设防类（丙类）：一般工程；设防标准等于本地区基本烈度4）适度设防类（丁类）：地震破坏带来的危险性相对比较小的工程（仓库等）。设防标准等于本地区基本烈度（适当降低）（2）抗震设防烈度根据发生概率分小震烈度、中震烈度、大震烈度小震烈度：多遇地震，相当于50年一遇的地震（超越概率63%）中震烈度：设计地震（基本烈度），474年一遇（超越概率10%）大震烈度：罕遇地震，1600-2500年一遇（超越概率2-3%）（3）抗震设防目标建筑物：小震不坏：在多遇地震作用下，结构不损坏中震可修：在等于设计地震（基本烈度）作用下，结构可以
19、有较轻微的损坏，但不危及安全，经修复可正常使用大震不倒：在罕遇地震作用下，不发生倒塌采用两个阶段设计：小震、大震城市桥梁：3.1.1 城市桥梁应按其在城市交通网络中位置的重要性以及承担的交通量，分为甲、乙、丙和丁四类，见表3.1.1。3.1.2 本规范采用两级抗震设防，在E1和E2地震作用下，根据本规范第3.1.1条的重要性分类，各类桥梁抗震设防目标见表3.1.2。 其他设施也有相应的设防目标。多阶段抗震设计：建筑物： 小震，大震公路桥梁：E1（中震）、E2（大震）铁路桥梁：小震、中震、大震1. 1.8 8 地震灾害地震灾害旧金山地震旧金山地震(1906年4月，M8.25)：700人，火灾4天
20、日本关东大地震日本关东大地震(1923年9月，M7.9)：建筑物损坏超过25万4千，烧毁44万7千，死者24万2人日本福井地震日本福井地震（1948年6月，M7.3）：3769人死亡，22203人负伤美国阿拉斯加地震美国阿拉斯加地震（1964年3月，M8.4）：死亡178人 唐山地震唐山地震（1976年，M7.6）：死者24千3千人 日本宫城地震日本宫城地震（1978年6月）： 日本海中部地震日本海中部地震（1983年5月，M7.7）：死者超过100人 墨西哥地震墨西哥地震（1985年9月，M8.1）：5000人美国美国NorthridgeNorthridge地震地震（1994年1月，M6.8
21、）：大量高架桥发生地震破坏日本阪神地震日本阪神地震（1995年1月，M7.2）：十几万建筑物毁坏，死者超过6000人台湾集集地震台湾集集地震（1999年9月，M7.6）：地震中死亡人数2405人、负伤人数超过8000人、行踪不明者79人，以台中县南投市为中心许多建筑物、结构物遭受到了地震破坏。19991999年年8 8月月1717日日，在土耳其西北部工业城市Kocaeli南约11km处发生震级M7.4的地震，18000以上的人在地震中夺取了生命。 20042004年年1010月月2323日日发生的新泻县中越地震（震级M6.8级，死亡30余人） 海啸：2005年印度洋海啸造成近30万人的死亡。2
22、0082008年年5 5月月1212日日，汶川地震8万多人失去生命（M8.0） 。20102010年年1 1月月1212日海地地震日海地地震（M7.3）震中距离首都太子港16公里，震源较浅破坏力极强。地震发生在当地时间周二16时53分。虽离首都太子港还远，但太子港受灾严重。随后又相继发生了规模5.9和5.5两次余震。太子港大量建筑倒塌，初步估计死亡规模将达到10-20万人。20112011年日本东日本地震年日本东日本地震（M9.0），地震引起的海啸导致大量人员的失踪和死亡。核电站的核泄漏对国家的政治、经济、发展、生命安全带来了巨大的影响。死亡及失踪者19,334人。2012015 5年尼泊尔地
23、震年尼泊尔地震（M8.1），尼泊尔大地震死亡人数上升至7652人,受伤人数升至16390人（2015年5月8日的统计数据）。西藏死亡26人。死者超过1万人的地震分布(为汶川地震，至2008年9月) 2008年5.12汶川地震支座档块破坏支座档块破坏分隔带撞击破坏分隔带撞击破坏桥台侧墙破坏桥台侧墙破坏落梁，发生在与震中较近的地方，庙子坪岷江特大桥 映绣顺河桥映秀百花大桥第映秀百花大桥第5联桥整体垮塌，完全破坏联桥整体垮塌，完全破坏 百花大桥盖梁挡块破坏百花大桥盖梁挡块破坏 百花大桥桥墩破坏百花大桥桥墩破坏寿江大桥（漩口镇）寿江大桥（漩口镇）小渔洞大桥完全垮塌 框架结构倒塌不明显框架结构倒塌不明显
24、墙体开裂非常普遍节点位置破坏严重节点位置破坏严重砖混结构倒塌明显，特别是空心板装配结构破坏非常普遍转角、楼梯间、建筑物，端破坏严重底层破坏 2007年日本新泻中越冲地震 液化1995年日本阪神地震1964年日本新泻地震生命线工程（阪神地震）引起次生灾害铁路地震灾害2008汶川地震灾害2004年新泻地震灾害结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best, Failure Is Great, So DonT Give Up, Stick To The End感谢聆听不足之处请大家批评指导Please Criticize And Guide The Shortcomings演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
