岩土工程师考试辅导讲义.ppt

一、地震工程,内容抗震设防的基本知识地震作用与地震反应谱抗震设计中的场地问题土的液化和震陷地基基础的抗震验算,花了几万元报名北京一家注册岩石工程师考试包过强化班。去年该强化班押题的命中率非常高，需要该辅导强化班资料的朋友加我QQ596686932免费索取来者不拒，逐一陆续发送给大家，希望大家都能顺利通过考试拿证。,7.1抗震设防的基本知识,建筑抗震设防的三个水准要求基本烈度与设防烈度土的动力参数的试验方法及这些参数的主要影响因素（略）影响地震地面运动的因素场地与地基的地震效应抗震设防区划的工作内容极其对勘察的要求,地震及地震对人类危害,抗震设计是指通过设计使结构能够抵抗一定程度的地震所造成的破坏。一、地震的一般知识1、分类构造地震：火山地震：陷落地震：诱发地震：,2、构造地震的类型、成因和分布,成因：断层说、板块构造说。分布：世界范围环太平洋地震带、地中海南亚地震带；国内属板块内地震，分布规律不十分明显，大体上可分为南北和东西两大地震带。地震序列,花了几万元报名北京一家注册岩石工程师考试包过强化班。去年该强化班押题的命中率非常高，需要该辅导强化班资料的朋友加我QQ596686932免费索取来者不拒，逐一陆续发送给大家，希望大家都能顺利通过考试拿证。,主震：最大的一次地震前震：主震之前发生的地震余震：主震之后发生的地震主震型地震（能量突出）震群型、单发型或孤立型3、地震带岩层断裂带我国是多地震区，邯郸处于太行山断裂带。,花了几万元报名北京一家注册岩石工程师考试包过强化班。去年该强化班押题的命中率非常高，需要该辅导强化班资料的朋友加我QQ596686932免费索取来者不拒，逐一陆续发送给大家，希望大家都能顺利通过考试拿证。,4、地震周期性,活跃期平静期76年后，我国经历了十多年的平静期，从90年开始又进入新的活跃期，已发生多起5级以上地震。5、震源地下地震的发源处6、震中、震中距、等震线垂直于震源的地表为震中,7、浅源地震300km,8、地震波：面波：vR=vL=0.9vs，能量大，破坏大，产生颠簸摇晃。体波：纵波：为压缩波，速度快，产生颠簸。vp=1.67vs横波：vs为剪切波，速度稍慢，产生摇晃。,地震波记录图,花了几万元报名北京一家注册岩石工程师考试包过强化班。去年该强化班押题的命中率非常高，需要该辅导强化班资料的朋友加我QQ596686932免费索取来者不拒，逐一陆续发送给大家，希望大家都能顺利通过考试拿证。,地震波记录的大致分类,一次性冲击波：震源较浅，距震中较近，地基土坚硬时易发生。（1965南斯拉夫斯科波里，1963利比亚）中等持续时间、逐渐衰减的、极不规则的运动过程白噪声波。（1940.5.18美国加州记录的ELCentro波）中等震源深度，距离不很远，坚硬土壤，无明显卓越周期，方向不明显。具有较明显的卓越周期，距离震中不很远，发生在厚的、软弱的冲积土层上。（1967墨西哥城记录）产生很激烈的沉陷、位移（几乎不晃）。发生在厚冲积土层或液化土层。（1964日本新泻）,花了几万元报名北京一家注册岩石工程师考试包过强化班。去年该强化班押题的命中率非常高，需要该辅导强化班资料的朋友加我QQ596686932免费索取来者不拒，逐一陆续发送给大家，希望大家都能顺利通过考试拿证。,二、场地的地震影响,（一）、场地的地震影响不同场地上的建筑的震害不同。因地震的大小和工程地质条件不同而不同。,花了几万元报名北京一家注册岩石工程师考试包过强化班。去年该强化班押题的命中率非常高，需要该辅导强化班资料的朋友加我QQ596686932免费索取来者不拒，逐一陆续发送给大家，希望大家都能顺利通过考试拿证。,1、震害表现：,在软弱的地基上，柔性结构（长周期）破坏较重，刚性好的表现较好；在坚硬的地基上，柔性结构表现较好，而刚性结构表现不一。在坚硬的地基上，一般是结构破坏，在软弱的地基上有结构破坏，也有地基破坏。,2、为什么呢？这与地基的动力特性有关。,地震波在地球内部传播，地震波传至地表时的振动强烈程度，与地震的震级、振动的频率组成、场地土层的组成（动力参数自振周期）有关。震害表明，不同的建筑形式在不同的场地上的破坏程度是不一样的。这就有必要研究建筑的场地对建筑物的地震作用的影响，以便根据不同的场地类别采用相应的设计参数。,（二）、场地土层的固有周期与场地的地震效应,1、场地的固有周期模型,解多质点体系振动方程。,i层土的剪切刚度当为单一土质时，固有周期h土层厚度vs剪切波速,土层的剪切摸量,多层土的固有周期,当大时（坚硬土）T小，当h大时，T大，场地土的固有周期与土层的坚硬程度和土层覆盖厚度有关。2、场地的地震效应场地的土层相当于一个放大器和滤波器。地震波由各种周期的谐波分量组成。地震波经过土层时，将放大那些与场地固有周期相近的谐波分量，而使其它谐波分量衰减减小。,花了几万元报名北京一家注册岩石工程师考试包过强化班。去年该强化班押题的命中率非常高，需要该辅导强化班资料的朋友加我QQ596686932免费索取来者不拒，逐一陆续发送给大家，希望大家都能顺利通过考试拿证。,地震波软弱地基以长周期为主，放大。坚硬地基以短周期为主，放大。当建筑的自振周期与场地的周期相近时，振动会放大，使破坏更大，相反则小。,场地放大器，滤波器,软弱地基上建筑震害较重的原因,1、建筑的破坏有一个过程，当建筑开裂后结构的自振周期将加大，对于坚硬场地上的建筑来说，由于结构的周期将远离场地的周期，故结构的地震作用将减小。2、而软弱场地上的建筑开裂后，自振周期将靠近场地的周期，使结构的地震作用进一步加大，故破坏严重。,三、地震灾害,直接灾害：震动造成房屋被毁，地裂、滑坡、地陷、塌方等造成道路、矿山等的毁坏，海啸摧毁港口、船只和近海岸的建筑物等等。,次生灾害：油罐、输气管道破裂引起火灾，水坝决口引起水灾，玻璃碎片飞舞伤人，此外还有爆炸、核泄漏等等。,地运动对建筑物的危害及对策,由于地表破坏直接造成，如地裂、滑坡、地陷、塌方等。由于地基失效或沉陷而造成，如软弱地基震陷、砂土液化。由于建筑物各部位联接的破坏，造成结构丧失整体稳定、造成整体倒塌。由于主要承重构件的强度、延性不足造成局部破坏或局部倒塌。,通过选择场地来解决（避）通过地基的处理、加固，选择合理的基础方案及进行必要的地基抗震验算来解决。通过设计中选择合理的结构方案、合理的布置、合理的抗震措施解决。通过结构的地震反应分析、结构抗震承载力及延性计算、构造措施保证强度、延性、构造等。,四、有关地震的一些基本概念,1、震级一次地震强弱的等级。现国际上的通用震级表示为里氏震级。2、地震烈度某一地点地面振动的强烈程度，由地面建筑的破坏程度，运动剧烈程度而定。注意与震级区分。3、烈度表：分为12度（不同的国家的分度方法不同）,4、基本烈度和烈度区划图,基本烈度：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。烈度区划图：按基本烈度划分为不同的区。意义：做为抗震设计的依据。烈度区划的方法：根据地震活动，地质构造划为基本单元分析在一定时间内各单元的发震震级、次数各震级的影响范围、烈度划出等烈度范围。,设防烈度：按国家批准权限审定作为一个地区抗震设防依据的地震烈度，一般情况下可采用基本烈度。,5、近震与远震讨论的是同烈度，不同震中距对不同建筑的震害影响。近震远震的引出：同一地震烈度造成不同地区的震害的差异。如何分析近远震的影响？,a、震动频率的衰减高频率减快，低频率减慢，近震高频分量多，远震低频分量多。b、建筑的自振周期问题高层的结构周期长（频率低）；低的建筑周期短（频率高）。c、共振问题当强迫振动的频率与结构频率相近时，则产生共振放大作用。d、近震时刚度大的建筑破坏严重，远震时刚度小的建筑破坏严重。,近震、远震的判定：比震中小一,度为近震，比震中小两度为远震。（相邻区域的烈度低于本区域烈度时，为预想的震中区。）6度,7度,震中8度,（近震）,（远震）,归纳起来，影响地震地面运动的因素有：,烈度震中距（远震与近震）震源深浅场地土的组成及其软硬场地覆盖层的厚度,五、现行抗震规范中的基本概念,现行规范的基本做法是：一是采取抗震构造措施，二是进行抗震验算，此外做了一些宏观的原则性规定，以达到抗震的目的。这就是抗震设防。,花了几万元报名北京一家注册岩石工程师考试包过强化班。去年该强化班押题的命中率非常高，需要该辅导强化班资料的朋友加我QQ596686932免费索取来者不拒，逐一陆续发送给大家，希望大家都能顺利通过考试拿证。,1、多遇地震烈度和罕遇地震烈度,某一地区的地震烈度是一个概率事件。出现频率最多的低于基本烈度的称为多遇烈度，很少出现的高于基本烈度的大的地震烈度称为罕遇烈度。多遇地震烈度也称为“众值烈度”、“小震”。罕遇地震烈度也称为“大震”。设防烈度也称为“中震”。,三种烈度的超越概率示意图,经研究其分布函数可用极值III型表示。,上限值，=12Im众值烈度K形状参数基本烈度：超越概率为10%多遇烈度（众值烈度）：超越概率63.2%比基本烈度小1.55度。罕遇烈度：超越概率为23%，比基本烈度高1度左右。,2、抗震设防的一般目标,1、设防烈度：一般为基本烈度2、地震随机性：小烈度的地震多，大烈度的地震少，可能发生，也可能不发生。,花了几万元报名北京一家注册岩石工程师考试包过强化班。去年该强化班押题的命中率非常高，需要该辅导强化班资料的朋友加我QQ596686932免费索取来者不拒，逐一陆续发送给大家，希望大家都能顺利通过考试拿证。,3、设防的一般目标：,当遭遇多遇的、低于设防烈度的地震时，建筑物一般不受损坏或不需修理仍可使用；当遭遇设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用；当遭受高于本地区设防烈度的预估罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。,即所谓：“小震不坏，中震可修，大震不倒”。,花了几万元报名北京一家注册岩石工程师考试包过强化班。去年该强化班押题的命中率非常高，需要该辅导强化班资料的朋友加我QQ596686932免费索取来者不拒，逐一陆续发送给大家，希望大家都能顺利通过考试拿证。,4、保证设防目标的方法：,两阶段设计法：第一阶段，通过对多遇地震弹性地震作用下的结构截面强度验算，保证小震不坏和中震可修。第二阶段，通过对罕遇地震烈度作用下结构薄弱部位的弹塑性变形验算，并采取相应的构造措施保证大震不倒。以上被称为：“三水准、两阶段”的抗震设计原则。,5、抗震设防的范围,6度，7度，8度，9度6度一般只需按构造考虑。10度区上的建筑抗震设计应做专门考虑。6、场地选择：避开危险地带（如断裂带等）同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上。同一结构单元的基础不宜部分采用天然地基，部分采用桩基。软弱地基上的基础应加强其整体性和刚性。,花了几万元报名北京一家注册岩石工程师考试包过强化班。去年该强化班押题的命中率非常高，需要该辅导强化班资料的朋友加我QQ596686932免费索取来者不拒，逐一陆续发送给大家，希望大家都能顺利通过考试拿证。,7.2地震作用与地震反应谱,设计地震反应谱的基本概念抗震规范中地震设计加速度反应谱的主要参数的确定方法及其对勘察的要求,结构的地震反应：在地运动的干扰下，结构运动状态（位移、速度、加速度）的变化及由此产生的内力及变形的变化。结构的地震反应分析：用计算的方法来确定结构的地震反应，也就是考虑地震作用的结构计算方法。（地震力理论）,单自由度体系的水平地震作用的计算,FEK,F1,G,F1,一、单自由度弹性体系的水平地震作用,(1)相对位移x(t)是惯性力产生的.(2)惯性力对结构的作用与地震对结构的作用效果相当.惯性力看作是反映地震影响的等效力.(3)利用它的最大值来对结构进行抗震计算,把动力问题转化为静力问题计算.,重力，质点的重量，单位KN（力）,将惯性力看为反映地震对结构影响的等效力，取最大值。,是一个无量纲的系数，水平地震影响系数为一放大系数，称为动力系数,结构相当于一个放大器，地震输入一个振动，结构的反应为Sa，放大了倍。的大小与结构的自振周期T和阻尼比有关，-T曲线称为反应谱。另外还与地震、场地等有关。,通过大量的分析计算，我国地震规范取最大的动力系数为2.25。,K地震系数，表示地面运动的大小K与烈度有关。规范根据烈度所对应的地面加速度峰值进行调整后得到。,加速度反应谱示意,反应谱,给出的Elcentro的地震反应谱,可以看出:加速度反应随结构自振周期增大而减小。位移随周期增大而增大。阻尼比的增大使地震反应减小。场地的影响，软弱的场地使地震反应的峰值范围加大。,二、抗震设计反应谱地震是随机的，每一次地震的加速度时程曲线都不相同，则加速度反应谱也不相同。抗震设计时，我们无法预计将发生地震的时程曲线。,用于设计的反应谱应该是一个典型的具有共性的可以表达的一个谱线。,规范给出的设计反应谱，考虑了场地的类别、近震、远震的影响。,场地特征周期Tg（对应的阻尼比为0.05）,抗震设计反应谱（谱）的特点,1、T=00.1为一斜线，随T而增大2、T=0.1Tg之间，=max3、T=Tg3.0随T而减小4、反应谱规定T只到3.0s，一般建筑T都小于3.0s5、场地特征周期Tg，坚硬场地Tg小，软弱的场地Tg大,这样，对于单质点弹性体系结构，知道G（质量），设防烈度，场地，结构的自振周期T后，就可求出地震作用,三、用于设计的max值（多遇烈度，罕遇烈度）前面提到的max是对应于基本烈度的。现行规范的“三水准，两阶段设计法”是在多遇烈度下计算截面强度，在罕遇烈度下验算变形。已知：多遇烈度=基本烈度-1.55度罕遇烈度=基本烈度+1度左右,由此可得出对应于多遇烈度和罕遇烈度的max值，用于设计。,烈度6789多遇0.040.080.160.32罕遇-0.50.91.4,花了几万元报名北京一家注册岩石工程师考试包过强化班。去年该强化班押题的命中率非常高，需要该辅导强化班资料的朋友加我QQ596686932免费索取来者不拒，逐一陆续发送给大家，希望大家都能顺利通过考试拿证。,反应谱理论的实质,根据已有的大量地震地面运动的记录，再运用结构动力学中弹性振动理论，通过计算结构的地震反应来确定地震作用。（将计算结果以地震反应随结构自振周期的变化规律曲线的方式表达，供设计时查用。有最大加速度反应谱、最大速度反应谱、最大位移反应谱等。）,7.3抗震设计中的场地问题,进行建筑场地选择时各类地段的划分标准及评价准则建筑场地划分的意义建筑场地地基土的类型和场地类别的划分方法,一、场地的选址,不同的场地上的建筑震害不同。在建筑选址时，要尽量选择对建筑抗震有利的地段，避开不利和危险地段。详见抗震规范第2.1.2条及3.1.1条。,有利地段：坚硬土或开阔平坦密实均匀的中硬土。不利地段：软弱土、液化土、条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、陡坡、边坡、不均匀的土层等。危险地段：地震时可能滑坡、崩溃、地陷、地裂、泥石流等。发震断裂带附近、局部孤突的地形。危险地段不存在抗震问题，而是避震问题。,二、场地的类别,1、建筑场地划分的意义由前面所述的影响地震地面运动的因素分析知，建筑场地对地震波具有滤波和放大的作用。地震反应谱的特性随场地的状况而变化，场地的固有周期很大程度上影响地表运动的卓越周期，因此需对场地的状况进行分类，以便对结构进行地震反应分析。,从固有周期的计算公式可见：建筑场地的类别与场地土的类型和场地土的覆盖层厚度有关。,2、场地土的类型：场地土的类型根据场地土的坚硬程度划分为四类。如何区分场地土的坚硬程度。A、实测剪切波速法：实测地面下15m（但不深于覆盖层厚度）土层的平均剪切波速。,Vs500m/s坚硬场地土250V591.5b，且8,2、第4.4.2条，消除软土地基震陷影响，可选择下列措施：基本消除地基震陷的措施，可采用桩基、深基础、加密或换土法等。采用加密或换土法时，基础底面以下软土的处理深度应满足4.4.1规定的非软土层厚度要求；每边外伸处理宽度不宜小于处理深度的1/3，且不宜小于2m。部分消除地基震陷的措施，可采用加密或部分换土法等。基础底面以下软土处理深度应满足4.4.1规定的非软土层厚度的0.75倍；每边外伸处理宽度不宜小于处理深度的1/3，且不宜小于2m。,不具备地基处理条件时，可降低取用地基抗震承载力设计值。基础和上部结构措施：可采用箱基、筏基和钢筋混凝土十字形基础等。增强上部结构的整体刚度和均匀对称性，合理设置沉降缝，避免采用对不均匀沉陷敏感的结构形式等。3、存在地基震陷影响的甲类构筑物或有特殊要求的构筑物，其抗震措施应进行专门研究。,花了几万元报名北京一家注册岩石工程师考试包过强化班。去年该强化班押题的命中率非常高，需要该辅导强化班资料的朋友加我QQ596686932免费索取来者不拒，逐一陆续发送给大家，希望大家都能顺利通过考试拿证。,7.5地基基础的抗震验算,可不进行地基基础抗震验算的建筑条件经过调整后的地基土抗震承载力设计值的确定方法天然地基在地震作用下的竖向承载力验算要求可不进行桩基抗震验算的土质、荷载和建筑条件考虑地震作用标准荷载组合时，桩基础竖向和横向承载力标准值的验算方法,天然地基及基础的抗震措施,一、一般情况下，地基发生震害的情况很少。但高压缩性饱和软粘土和强度较低的淤泥质土，在地震中发生不同程度的震陷、倾斜。杂填土、回填土，在地震中也会发生震陷。还有较严重的是地基的液化。抗震措施：对软弱粘性土采用桩基和地基加固。,二、地基基础抗震验算,1、不验算范围：抗震规范建议了不需进行抗震验算的范围。“对于多层（6层）砖房、多层内框架砖房、底层框架砖房、水塔，地基主要持力层内不存在软弱粘性土层的一般单层厂房和空旷房屋、多层民用框架及荷载相当的多层框架厂房，7度和8度时高度不超过100米的烟囱等，均不需进行地基基础的抗震验算。”,抗震验算的范围,软弱地基上采用天然地基的单厂、单层空旷房屋、7层及以上的民用框架及荷载相应的多层厂房，超过规范规定的不验算范围的建筑均需进行地基和基础的抗震验算。,2、地基土抗震承载能力的调整,除十分软弱土之外，地震作用下一般土的动强度皆比静强度高。地基土抗震承载力设计值fSE=sfs