第十三章 工程防灾和抗灾 土木工程概论.ppt

第十三章工程防灾和抗灾 本章内容 13 1工程灾害13 2工程结构抗灾与改造加固 13 1工程灾害 13 1 1地震灾害13 1 2风灾13 1 3地质灾害13 1 4其他灾害 13 1 1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 13 1 1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300 1000km不等 靠近台风中心的风速常超过每小时180km 由中心到台风边缘风速逐渐减弱 龙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300km 2000年夏 杰拉华 台风的卫星照片 龙卷风照片 视频 13 1 2风灾 在台风和龙卷风发生的同时一般会引发风暴潮 巨浪和强暴雨等次生灾害 台风灾害链 13 1 2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 13 1 3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土壤喷沙冒水现象 13 1 3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 13 1 4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工程结构抗灾与改造加固 13 2 1灾害材料学13 2 2结构灾害检测13 2 3工程结构改造加固学13 2 4意大利比萨斜塔加固实例 13 2 1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 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 13 2 4意大利比萨斜塔加固实例 意大利比萨斜塔分八层 高53 3m 重14500t 塔的砖石地基的直径为19 6m 最大深度5 5m 塔基向南倾斜 与地面成5 5 第七层在南面突出4 5m 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意大利比萨斜塔加固实例 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100m 穿过两个巨大的A型架顶部的滑轮 用铅重轻轻拉紧 2 由200mm直径衬套的12个钻孔在限定的6m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