1、土木工程概论土木工程概论第十三章工程防灾和抗灾本章内容本章内容13.1 13.1 工程灾害工程灾害13.2 13.2 工程结构抗灾与改造加固工程结构抗灾与改造加固13.1 13.1 工程灾害工程灾害13.1.1 13.1.1 地震灾害地震灾害13.1.2 13.1.2 风灾风灾13.1.3 13.1.3 地质灾害地质灾害13.1.4 13.1.4 其他灾害其他灾害13.1.1 13.1.1 地震灾害地震灾害 地震是由于地壳破坏引发的地面运动，这种地面运动对人工建筑物可以造成严重破坏。汶川大地震汶川大地震20082008年年5 5月月1212日日1414时时2828分分0404秒，秒，四川四川汶
2、川汶川、北川北川，8 8级级强震强震猝猝然袭来，大地颤抖，山河移位，然袭来，大地颤抖，山河移位，满目疮痍，生离死别满目疮痍，生离死别西南西南处，国有殇。这是新中国成立处，国有殇。这是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最以来破坏性最强、波及范围最大的一次大的一次地震地震。此次地震重创。此次地震重创约约5050万平方公里的中国大地万平方公里的中国大地! !为表达全国各族人民对四川汶为表达全国各族人民对四川汶川大地震遇难同胞的深切哀悼，川大地震遇难同胞的深切哀悼，国务院国务院决定，决定，20082008年年5 5月月1919日日至至2121日为日为全国哀悼日全国哀悼日。自。自20092009年起，每
3、年年起，每年5 5月月1212日为日为全国防全国防灾减灾日灾减灾日。 汶川大地震汶川大地震地震参数地震参数时间：时间：2008年年5月月12日日14时时28分分04秒秒 纬度：纬度：30.986N 经度：经度：103.364E 深度：深度：14km 震级：震级：里氏里氏震级震级8.0级，矩震级级，矩震级7.9级级 最大烈度：最大烈度：11度度 震中位置：四川省震中位置：四川省汶川县汶川县映秀镇映秀镇 都江堰都江堰市西市西21km（267）崇州崇州市西北市西北48km（327） 大邑县大邑县西北西北48km（346）成都成都西北西北75km（302） 汶川大地震汶川大地震损失伤亡损失伤亡 据民政
4、部报告，截至据民政部报告，截至2008年年7月月24日日12时，时，四川汶川地震已确认四川汶川地震已确认69197人遇难，人遇难，374176人受人受伤，失踪伤，失踪18209人。抢险救灾人员已累计解救和转人。抢险救灾人员已累计解救和转移移1485697人。因地震受伤住院治疗累计人。因地震受伤住院治疗累计96451人人(不包括灾区病员人数不包括灾区病员人数)，已出院，已出院90846人，仍有人，仍有2946人住院，其中四川转外省市伤员仍住院人住院，其中四川转外省市伤员仍住院1533人，共救治伤病员人，共救治伤病员3207947人次。人次。经济损失（截至（截至2008年年9月月4日）日） 这次汶
5、川地震造成的直接经济损失这次汶川地震造成的直接经济损失8451亿元人亿元人民币民币 汶川大地震汶川大地震台湾台湾19991999年年“九九二一二一”大地震大地震 造成的经济损失据岛内各县市的统计数字显示，这次大地震共造成二千四百零三人死亡，重轻伤九千四百零六人，失踪四十一人。 该统计数字还显示，这次地震造成全岛房屋全倒的有四万六千间，半倒的有三万四千多间。其中以南投县和台中县最多，全倒的占四万一千多间，半倒的占三万零六百多间。初步估计重建家园经费需新台币一千六百亿元。萨尔瓦多萨尔瓦多20012001年年1.151.15日发生大地震日发生大地震 萨尔瓦多2001年1.15日发生大地震。国家警察局
6、证实全国已有五百多人死亡，约有四千人失踪，包括在首都西南科马萨瓜的三千人。总统弗洛雷斯接受哥伦比亚提出的帮助，要求哥伦比亚送来三千口棺材，提供给穷苦家庭的罹难者。据报有一千一百多人受伤，另有一万一千人失去家园。当局说，近八百座房子被夷平，另有近一万六千九百座房子遭破坏。20012001年年1.261.26日上午印度古吉拉特邦发生里氏日上午印度古吉拉特邦发生里氏7.97.9级大地震级大地震印度大地震，当地传印度大地震，当地传媒报道称，初步相信媒报道称，初步相信死亡人数已达万，死亡人数已达万，估计灾区还有超过估计灾区还有超过万人被活埋。这将万人被活埋。这将是年来全球死难是年来全球死难人数最多的地震
7、，灾人数最多的地震，灾情仅次于年情仅次于年的中国唐山大地震。的中国唐山大地震。13.1.1 13.1.1 地震灾害地震灾害 我国地处这两大地震带之间，是世界上地震灾害最为严重的国家之一 。 地震灾害严重威胁生命安全 。13.1.1 13.1.1 地震灾害地震灾害 在工程抗震方面，通过重新修订各地区的抗震设防烈度，提高了工程抗震设计和抗震检验的标准 。 近十年来工程减震、隔震理论的研究和应用成为工程抗震领域的热点。 目前虽然结构抗震理论和实践越来越完善，但是工程系统抗震研究却发展缓慢。 狭义的工程系统指城市生命线工程系统，由供水、供电、煤气、通讯、交通、电力等基础设施组成的系统 13.1.1 1
8、3.1.1 地震灾害地震灾害 城市生命线工程系统抗震包括系统震害预测、系统抗震能力评价、系统抗震设计和改造、震时系统控制、震后系统维修等内容。 系统抗震设计与改造有两条途径 ： 第一条途径通过提高系统内关键结构、设备和子系统的抗震能力来有效提高整个系统的抗震能力。这条途径适合既有工程系统抗震改造。 第二条途径是通过优化系统结构来提高整个系统的抗震能力。这条途径适合于新系统的抗震设计。 13.1.2 13.1.2 风灾风灾 常见的风灾有台风、龙卷风和暴风。 台风为急速旋转的暖湿气团，直径在3001 000 km 不等。靠近台风中心的风速常超过每小时180 km，由中心到台风边缘风速逐渐减弱。 龙
9、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。 2000年夏“杰拉华”台风的卫星照片龙卷风照片(视频视频) 2000年7月13日，一场特大龙卷风袭击苏北部分乡镇，给这些乡镇造成了极其惨重的损失。灾区灾情仍然很重，死亡人数增加，截至16日下午5时，死亡人数已由20人增加至28人，其中重灾区高邮市死亡人数由12人增加至15人，重伤人数增至137人，危重病人增加至47人。另一重灾区兴化市死亡人数由8人增至13人。灾害造成大批房屋倒塌、树木折断、交通中断。据统计，仅高邮市直接经济损失超过15亿元。13.1.2 13.1.2 风灾风灾 在台风和龙卷风发生的同时一般会引发风暴
10、潮、巨浪和强暴雨等次生灾害。 台风灾害链13.1.2 13.1.2 风灾风灾 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。Tacoma桥在风中整体坍塌（视频视频）13.1.3 13.1.3 地质灾害地质灾害 地质灾害包括滑坡、泥石流和沙土液化等。 地质灾害的发生一般存在诱因。滑坡和泥石流一般由暴雨诱发；沙土液化通常由地震引起。 滑坡的防治有三种方法：卯杆加固法、建立护坡或挡土墙、降低坡度法。 土壤液化一般发生在含水率较高、沙土含量较大的土壤，在遭受地震时发生的一种
11、土壤喷沙冒水现象。 地震带来的次灾害泥石流13.1.3 13.1.3 地质灾害地质灾害 20世纪最大的滑坡，使得19万人死亡。成昆铁路喜德铁口路堤滑坡1971年4月24日发生在日本琉球群岛中的石垣岛的那一次，估计当时巨大海浪的波峰高达84.784.7米米，排出倒海的巨浪将重量达850吨的整珊瑚礁抛出2.092公里以上。这次海震所击起的海浪，据测它的行进速度为每小时788.557公里。13.1.4 13.1.4 其他灾害其他灾害 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、工程腐蚀和一些存在设计缺陷、施工质量差的豆腐渣工程。 如何抗灾、防灾、和救灾及灾害损失评价，成为近年来倍受土木工
12、程界关注和重点研究的课题。 许多灾害的发生具有相关关系，如洪水会引发泥石流等地质灾害。南京大学的史培军将灾害之间的相关关系归纳为灾害链 地震灾害链13.2 13.2 工程结构抗灾与改造加固工程结构抗灾与改造加固13.2.1 13.2.1 灾害材料学灾害材料学13.2.2 13.2.2 结构灾害检测结构灾害检测13.2.3 13.2.3 工程结构改造加固学工程结构改造加固学13.2.4 13.2.4 意大利比萨斜塔加固实例意大利比萨斜塔加固实例13.2.1 13.2.1 灾害材料学灾害材料学 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
13、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，如受冻混凝土的力学性能。 腐蚀对材料性能的影响等。13.2.2 13.2.2 结构灾害检测结构灾害检测 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，
14、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。 13.2.3 13.2.3 工程结构改造加固学工程结构改造加固学 工程结构改造加固学是一门研究使受损的工程结构重新恢复使用功能或适应新的使用功能的学科 。 常见的结构改造方案有结构加层、结构减柱或植柱等。 结构加固通常限于局部结构的加固，如地基加固、梁柱加固、楼板和屋面板的加固等。 土木工程设施抗震设防土木工程设施抗震设防 确定每个国家的地震烈度区划图，规定各地区的基本烈度（即可能遭遇超越概率为10%的设防烈度）， 作为工程设计和各项建设工作的依据。 国家建设主管部门颁布工程抗震设防标准，各建设
15、项目主管部门应在建设的过程（包括场址选择、可行性研究、编制计划任务书等）中遵照执行。 国家建设主管部门颁布抗震设计规范。 设计单位在对抗震设防区的土木工程设施进行设计时，要严格遵守抗震设计规范遵守抗震设计规范，并尽可能地采取隔震、消能等地震减灾措施。 施工单位和质量监督部门应严格保证建设项目的抗抗震施工质量震施工质量。 位于抗震设防区内的未按抗震要求设计的土木工程项目，要按抗震设防标准的要求补充进行抗震加固抗震加固。树立高度抗震设防意识树立高度抗震设防意识n 抗震设防不能有侥幸心理，不能因考虑抗震设防增加建设资金随意去掉抗震加固费用。抗震设防应按照 “小震不坏小震不坏，中震可修中震可修，大震不
16、倒大震不倒” 的原则设计土木工程，合理的使用建设资金。n 地震是可怕的，但满足抗震设防要求所设计和施工的土木工程应该是可靠的，至少是“裂而不倒裂而不倒”这是被过去许多强震所造成的灾害证明了的。震而不倒的工程实例震而不倒的工程实例n实例一： 如唐山大地震，市区高8层的新华旅馆，就未倒。什么原因呢？这是因为该旅馆在砖墙内加设了构造柱和圈粱，使结构类似这是因为该旅馆在砖墙内加设了构造柱和圈粱，使结构类似框架，虽经烈度为框架，虽经烈度为1010度的强震，但裂而未倒。度的强震，但裂而未倒。实例二实例二美国旧金山海美国旧金山海湾地区最高的湾地区最高的钢筋混凝土建钢筋混凝土建筑筑-太平洋公太平洋公园大厦园大
17、厦19871987年美国旧金山一带虽然发生了一次强震，但该大厦安全年美国旧金山一带虽然发生了一次强震，但该大厦安全无恙。原因：结构设计成抗震延性框架。无恙。原因：结构设计成抗震延性框架。13.2.4 13.2.4 意大利比萨斜塔加固实例意大利比萨斜塔加固实例 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。 13.2.4 13.2.4 意大利比萨斜塔加固实例意大利比萨斜塔加固实例
18、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次汇报塔倾斜和沉降的实时信息，总结了观察到的反应，并对此作出判断，提出下次抽土指示。 13.2.4 13.2.4 意大利比萨斜塔加固实例意大利比萨斜塔加固实例 4.初步局部性抽土方案成功后，在1999年年末开始在塔基的整个宽度上进行全部抽土。 5.当塔身位移达到指定要求后，在2000年5月底，开始逐渐地移走铅锭。 6.2001年6月6日除去引钻器这天塔解除了戒备看护。13.2.4 13.2.4 意大利比萨斜塔加固实例意大利比萨斜塔加固实例比萨斜塔剖立面钻具和41个抽土管课外查阅课外查阅1、21世纪前四年世界有哪些重大灾害。2、印度洋大海啸发生的地点时间及危害程度。3、除了地震灾害链和台风灾害链，其他灾害还有那些链式反应。4、查阅关于苏州虎丘塔方面的资料，对比比萨塔和虎丘塔构建上的异同点。911911恐怖袭击灾难视频恐怖袭击灾难视频
