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港口水工建筑物抗震,第一章 抗震设计的基本知识与基本要求 一、地震 地震是一种自然现象，和刮风下雨一样。当地下某处岩层突然破裂，或因局部岩层塌陷、火山喷发等发出了振动，并以波的形式传到地表引起地面的颠簸和摇动，就叫地震。据统计，世界上每年发生数百万次的地震，人们对许多小震没有感觉，只有地震仪才能记录到。三级以下的有感地震每年发生约五万次，但它对人民的生命安全和工程建设并无危害。,二、地球的结构,地球是一个平均半径约6400公里的椭圆球体，至今已有45亿年的历史。现有研究表明，地球由三个性质不同的层组成，最外面一层为地壳，平均厚度约30公里，中间很厚一层为地幔，约2900公里，最里面一层为地核。迄今为止所观测到的最深的地震是700多公里，可见地震的发生范围在地壳和地幔的上部。,三、地震的类型与成因,地震按其类型可分为三种主要类型：构造地震、火山地震和陷落地震。由火山喷发引起的地震叫火山地震，由溶洞或古旧矿坑塌陷等引起的地震叫陷落地震。这两种地震影响范围和破坏程度都比较小。而构造地震则是在地壳运动产生的自然力推挤地壳岩层使其薄弱部位突然发生断裂错动，这种地震叫构造地震。这种地震的破坏性强，影响范围大。在构造变动过程中积累起来的应变能量突然释放，这就形成了地震。,四、地震序列,在一定时间内相继发生在相近地区的一系列大小地震称为地震序列。某一序列地震中最强烈的那一次为主震。大地震有些是突然发生的，但有些大地震在数是前就有一些较小地震，叫前震。研究前震的发生规律及其与主震的关系是地震预报的途径之一。在一次大地震后，陆续发生一系列较小的地震叫余震。,地震序列三种基本类型：,1、主震型：序列中主震震级显得很突出，释放的能量占全序列的绝大部分。是破坏性地震中常见的一种类型。 2、震群型：没有突出的主震，主要能量是通过多次震级相近的地震释放出来。 3、孤立型：或称单发性地震。前震和余震都很稀少，而且与主震震级相差很大，能量基本上通过主震一次释放出来。 据统计，主震型地震约占60%，震群型地震约占30%，单发型地震约占10%。,五、地震波与地震观测,地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播，这就是地震波。地震波是一种弹性波，它包含两种可以通过地球本体的两种“体波”和只限于地面附近传播的两种“面波”,1、体波：包括横波和纵波两种。,纵波是由震源向外传递的压缩波，质点的振动方向与波的传播方向一致，在空气里，纵波就是声波。一般表现为振幅小周期短；横波是由震源向外传递的剪切波，持质点的振动方向与波的传播方向相垂直，一般表现为振幅大，周期长。横波只能在固体中传播，而纵波能在液体和气体中传播。,纵波(P波，初波)与横波(S波，次波)的传播速度理论上可分别用下列公式计算：,为泊松比,VP=,1、面波,面波只限于沿着地球表面传播，一般可以说是体波地层界面多次反射形成的次生波。它包括瑞利波和乐甫波两种类型。 瑞利波传播时，质点在波的传播方向和自由面(地表面)法向组成的平面内作椭圆运动，而与该平面垂直的方向没有振动，如在地面上呈滚动形式。 乐甫波只是在与传播方向相垂直的水平方向运动，即地面水平运动或说在地面上呈蛇形运动形式。,瑞利波的传播速度为VR=K1VS，K1为与泊松比有关的的系数，用下式确定：,地震观测,地震观测一般使用地震仪，有强震仪和弱震仪。地震仪由拾震器和放大器两部分组成。,六、震级及烈度,震级是按着一次地震本身强弱程度而定的等级。地震震级M是表示地震本身大小的尺度，目前国际上比较常用的是里氏震级。其定义是根据伍德-安德森(Wood-Anderson)式标准地震仪(自振周期为0.8秒，阻尼系数为0.8，放大倍数为2800的地震仪)记录的距震中100KM处最大水平位移(即振幅A，C以m计)以常用对数表示。,M=LgA 震级与震源释放能量的大小有关：,一般来说，小于2级的地震人感觉不到，叫微震，2-4级的地震叫有感地震，5级以上是破坏性地震，7级以上是强烈地震。,地震烈度,地震烈度是地震时一定地点地面震动强弱程度的尺度。在地震工程中，用地震烈度来表示地震对地面影响的强弱程度。一次地震中，只能有一个震级，但是在距震中不同的地方，却有不同的地震烈度。一般来说，距震中越近，地震烈度越大，反之越小。下表为震源深度为10-30km时震级M与震中烈度I的大致对应关系。,震源和震中,震源是指发生地方，震源正对着的地面，或说震源在地表的投影叫震中，震源至地面的垂直深度，叫震源深度。通常把震源深度小于60公里的地震叫浅源地震，60-300公里的叫中源地震，300公里以上的叫深源地震。世界上绝大多数的地震震源深度集中在5-20公里左右。当震源深度小时，其破坏性大， 但其影响范围小，当震源深度大时，其破坏性小，但最影响范围大。,八、地震引起的工程结构破坏,地震引起的工程结构破坏形式主要有：强度不足引起的破坏、联结不牢引起的破坏、和地基失效引起的破坏。前两种破坏统称为振动破坏，可以采取适当的措施加固。最后一种情况需要进行地基抗震措施。,九、抗震设防,抗震设防是指对建筑物进行抗震设计和采取抗震构造措施，以达到抗震的效果。抗震设防的依据是抗震设防烈度。抗震设防烈度应按国家规定权限审批或颁发的文件执行；在一般情况下，采用国家地震局颁发的地震烈度区划中规定的基本烈度。基本烈度是指在50年期限内，一般场地条件下可能遭遇超越概率为10%的地震烈度值。这个烈度称为基本烈度。,抗震设防的一般目标是要做到“小震不坏，中震可修，大震不倒”这一目的是通过两阶段的抗震设计来实现的。第一阶段：通过对多遇地震烈度作用下结构截面承载力验算，使同抗震规范的强度和变形能力的水平大体相当，保证小震不坏和中震可修。第二阶段：通过对罕遇地震烈度地震作用下的结构薄弱层弹塑性变形验算，并采取相应的构造措施保证大震不倒。,抗震设防的范围,抗震设防的范围是烈度为6、7、8、9。在烈度为10的地区，其建筑抗震设计应按有关专门规定执行。在多数情况下，对6度地区(建造于类场地上的较高建筑除外)以加强构造为准主，不必进行抗震验算。,建筑抗震设防的类别,建筑抗震设防的类别主要根据其重要性程度来划分，对不同抗震设防类别的建筑，有不同的抗震设计要求。抗震设防类别被划分为甲、乙、丙和丁类。,特别重要的的建筑物属于甲类，如当其破坏时产生放射性污染，剧毒气体的扩散，大爆炸以及其他政治、经济社会的重大影响。甲类建筑应按国家规定的批准权限审批后确定。重要的建筑物属于乙类。指国家重点抗震城市的生命线工程建筑，有：医疗、广播、通讯、交通、供水、供电、供气、消防、粮食等。全国重点抗震地市共52个。次要的建筑物属于丁类，当遭受地震破坏时，不易造成人员伤亡和较大经济损失的建筑物，如，一般的仓库、人员较少的辅助建筑物。,除此以外的建筑物属于丙类，这类建筑物是大量性的，包括工厂、机关、学校、商店、住宅等。,抗震标准对各类建筑的抗震设计提出了下列要求： 甲类：较本地区的抗震设防烈度提高一度。相当于把本地区的50年超越概率由10%提高到2-3%。 乙类：当本地的设防烈度为6-8度时应提高一度，当抗震设防烈度为9度时可适当提高。地基一般不提高抗震措施。 丙类：对地震作用和抗震措施，均按本地区的设防烈度采用。 丁类：在一般情况下，对地震作用按地区的设防烈度确定，对抗震措施，当本地区的设防烈度为7-9度时可降低一度使用，当为6度时可不降低。,十、抗震设防的基本要求,抗震规范提出了一系列的抗震设计基本要求，其目的是要求设计人员抗震概念设计。全面合理的概念设计有助于掌握明确的设计思想，灵活恰当的运用抗震设计原则，使设计人员不致陷入盲目的计算工作，从而做到比较合理的抗震设计。下面介绍抗震设计基本要求的主要内容。,常见的原则,(一)、选择对抗震有利的建筑场地、地基。 (二)、选择有利于抗震的建筑平面和立面布置。 (三)、选择合理的抗震结构体系。 (四)、处理好非结构构件。如雨蓬、装修的贴面等。 (五)、选用合理材料，保证施工质量。,1、建筑的体型要简单