第一章桥梁抗震.ppt

1、,桥梁抗震,主要学习目的：,了解结构抗震的基本知识、基本理论、基本技能，了解抗震分析和设计的一般规律；,培养运用规范、标准，查阅技术资料的能力和抗震计算 能力；,了解结构抗震设计的新理论、新方法及减震、隔振理论、方法的发展趋势。,本课程的学习方法理论推导且紧密结合规范 必备参考资料： 公路桥梁抗震设计细则（JTG/TB02-01-2008) 建筑抗震设计规范（ GB50011-2010）,桥梁抗震学习参考书目录,1 周云 张文芳 宗兰等主编. 土木工程抗震设计（第二版）. 科学出版社. 2011 2 叶爱君 主编.桥梁抗震. 人民交通出版社. 2011 3 克拉夫 等主编.王光远 等译. 结构

2、动力学. 高等教育出版社。 4 龙驭球 主编.结构力学（I，II） .高等教育出版社,台湾9.21地震对桥梁结构的影响,东丰桥,汶川地震,桥梁结构抗震,目录,第一章 抗震设计的基本知识和基本要求 第二章 场地、地基与基础 第三章 地震作用与结构抗震分析 第四章 桥梁结构的抗震设计 第五章 结构减震、隔震设计简介,第一章 抗震设计的基本知识和基本要求,1.1 地震灾害概述,一、地震是群灾之首,人为灾害：,火灾、污染（大气、 水、海洋）、核泄 漏、战争等,自然灾害：,地震灾害是群灾之 首，它具有突发性和不 可预测性，以及频度较 高，并产生严重次生灾 害，对社会也会产生很 大影响等特点。,唐山大地震

3、,1976年7月28日3时42分54秒，在河北省唐山、丰南一带（东经118.0度，北纬39.4度），发生了7.8级强烈地震，震中区烈度11度。地震波及天津市和北京市。这次地震发生在工矿企业集中、人口稠密的城市，极震区内工矿设施大部分毁坏，主要表现为厂房屋顶塌落，围护墙多数倒塌，高层建筑和一般民房几乎全部坍塌。震区内普遍发生铁路路基下沉，铁轨弯曲变形；公路路面开裂；桥墩错动、倾倒，梁体移动及坠落等。但是地下矿井的破坏比地面建筑轻得多。,150万人口中死亡24万，伤16万；直接经济损失 100亿元，震后重建费用100亿元。,唐山市文化路青年宫，为砖混结构的二层楼房，7.8级地震时倒塌一层，7.1级

4、地震时除四根门柱外，全部坍塌。,唐山地区交通局，砖混结构的三层办公楼遭到破坏。（此处为唐山地震重点保护遗迹之一。）,唐山市河北省矿业学院图书馆，三层高的阅览室，系装配式纯框架结构，西头倒毁，东头框架幸存。（此处为唐山地震重点保护遗迹之一。）,震后工厂厂区,印 度 大 地 震,当地时间2001年1月26日上午8时46分（北京时间2001年1月26日11时16分36.4秒，国际时间2001年1月26日03时16分40秒），在印度西北部古吉拉特邦发生一次强烈地震。据印度地震部门测定，这次地震为里氏7.9级，震中位于北纬23.6度和东经69.8度。至31日止，地震发生后已发生了196次余震。,死亡人数

5、达16403人，受伤人数达55863人，经济损失45亿美元。,座落在活断层上的一座二层小学教学楼被完全摧毁。,7.8级地震造成达180公里的破碎带，水平和垂直错距都很大，引起地表沉陷、隆起、裂缝、液化等地表破坏，同时造成建筑物的大量毁坏。,伊兹米特市一楼房底层空旷，结构不合理，房屋整体倾斜，二楼成了一楼。,地震时河床变形，导致跨河公路桥梁跨塌。,人员伤亡惨重,美国加州北岭地震（7.0级） 1994年1月17日，2400栋建筑被毁，多处高架公路桥受损，死亡61人，伤7300人，直接经济损失300亿美元，保险损失104亿美元。,日本阪神地震（7.2级） 1995年11月17日，22万栋房屋倒塌或严

6、重损坏，死亡6348人，伤4万人，经济损失1000亿美元。,汶川大地震（8.0级） 2008年5月12日，重创约50万平方公里的中国大地！死亡69227人，伤37万人，直接经济损失8452亿元人民币。 近年我国的青海玉树 ，四川 雅安,二、我国的地震情况,1.我国是一个多地震国家,据统计，我国大陆地震约占世界大陆地震的三分之一。,原因是：我国正好介于地球的两大地震带之间。,全世界地震主要分布于以下两个带： （1）环太平洋地震带：包括南北美洲的太平洋沿岸和从阿 留申群岛、堪察加半岛、经千岛群岛日本列岛南下至 我国台湾省，再经菲律宾群岛转向东南，直到新西兰。 （2）喜马拉雅地中海地震带：从印度、尼

7、泊尔经缅甸 至我国横断山脉、喜马拉雅山区，越帕米尔高原，经 中亚细亚到地中海及其附近。,喜马拉雅地中海地震带,以上两个地震带释放的能量，约占全球所有地震释放能量的98%。,2.我国是一个地震灾害最严重的国家,1920年宁夏海原地震（8.5级）死亡23.4万人。 1976年河北唐山地震（7.8级）死亡24.2万人。,中国地震活动频度高、强度大、震源浅，分布广，是一个震灾严重的国家。1900年以来，中国死于地震的人数达55万之多，占全球地震死亡人数的53%；1949年以来，100多次破坏性地震袭击了22个省（自治区、直辖市），其中涉及东部地区14个省份，造成27万余人丧生，占全国各类灾害死亡人数的

8、54%，地震成灾面积达30多万平方公里，房屋倒塌达700万间。,20世纪全球两次死亡20万人以上的大地震均发生于我国。,3.我国的地震活动地区,台湾省及其附近海域； 西南地区，主要是西藏、四川西部和云南中西部； 西北地区，主要在甘肃河西走廊、青海、宁夏、天山南北麓； 华北地区，主要在太行山两侧、汾渭河谷、阴山-燕山一带、 山东中部和渤海湾； 东南沿海的广东、福建等地。,我国的地震活动主要分布在五个地区的23条地震带上。,这五个地区是：,4.目前的地震形势,地震的发生有间歇性。一段时间内发生较频繁，一段 时间内较平静。,我国目前处于地震活跃期。,1.2 地震的一些基本概念,地震是指因地球内部缓慢

9、积累的能量突然释放而引起的地球表层的振动 。,地震是一种自然现象，地球上每天都在发生地震，一年约有500万次。其中约5万次人们可以感觉到；能造成破坏的约有1000次； 7级以上的大地震平均一年有十几次。目前记录到的世界上最大地震是 8.9级，发生于1960年5月22日的智利地震。,什么是地震？,什么叫震源、震中、震中距？,地球内部发生地震的地方叫震源；,震源在地面上的投影点称为震中；,震中及其附近的地方称为震中区，也称极震区 ；,从震中到地面上任何一点的距离称为震中距。,地震分类,一.按地震成因分类,-天然地震包括构造地震、火山地震、陷落地震,1.构造地震,破坏性地震主要属于构造地震。据统计，

10、构造地震约 占世界地震总数的90%以上。,92%的地震发生在地壳中， 其余的发生在地幔上部,2.火山地震,由于火山作用，如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震称为火山地震，这类地震只占全世界地震的7%左右。,1914年日本樱岛火山爆发，产生的震动相当于一个6.7级地震。,3.陷落地震,由于地下溶洞或矿井顶部塌陷而引起的地震称为塌陷地震。这类地震的规模比较小，次数也很少。,人工地震,因人为因素直接造成的地震是人工地震。,如工业爆破、地下核爆炸造成的振动；在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压力，有时也会诱发地震。,1962年3月19日在广东河源新丰江水库坝区发生了迄今我国最大的水库诱发地震

11、，震级为6.1级。,二.按震源深浅分类,浅源地震震源深度小于60千米的称为浅源地震。 全世界85%以上的地震都是浅源地震。,中源地震震源深度在60至300千米的称为中源地震。,深源地震震源深度在300千米以上的称为深源地震。,浅源地震波及范围小，但破坏力大；深源地震波及范 围大，但破坏力小。,2002年6月29日晨1：20发生于吉林的7.2级地震，震源深度为540km，无破坏。,目前有记录的最深震源达720公里。,地震分类,一.按地震成因分类,1960年2月29日发生于摩洛哥艾加迪尔城的5.8级地震， 深度为3km。震中破坏极为严重，但破坏仅局限在震中8km内。,地震波,地震波是地震发生时由震

12、源地方的岩石破裂产生的弹性波。,地震波分为体波和面波。,横波特点:周期长、振幅大、 波速慢,100-800m/s,纵波特点:周期短,振幅小, 波速快,200-1400m/s,面波比体波衰减慢、振幅大、 周期长、传播远。建筑物破坏 主要由面波造成。,面,1.3 震级与烈度,一、 地震震级,1.定义,能量越大，震级就越大；震级相差一级，能量相差约32倍；相差二级，能量相差1000倍。,反映一次地震本身大小的等级，用M表示,式中A表示标准地震仪距震中100km纪录的最大水平地 动位移，单位为微米。,2.震级与能量的关系,一个6级地震相当于一个两万吨级的原子弹。,能量E的单位：尔格（1尔格= ）,3.

13、按震级的地震分类,微震- 2级以下。 人感觉不到,有感地震- 2-5级 人有感觉,中强地震- 5-7级 有不同程度破坏,强震- 7级以上 巨大的破坏性,由于震源深浅、震中距大小等不同，地震造成 的破坏也不同。震级大，破坏力不一定大；震级小， 破坏力不一定就小。,二、 地震烈度,一般而言，震级越大，烈度就越大。同一次地震，震中距小烈度就高，反之烈度就低。震中点的烈度称为“震中烈度”。对于浅源地震，震级M与震中烈度I0 大致关系为 M=0.58I0 +1.5 影响烈度的因素，除了震级、震中距外，还与震源深度、地质构造和地基条件等因素有关。,1.定义及影响因素,一次地震对某一地区的影响和破坏程度称地

14、震烈度， 简称为烈度。用I表示。,2.地震烈度表,地震烈度表是评定烈度的标准和尺度。,我国在2008年修定了中国地震烈度表。,中国地震烈度表将地震烈度分为1-12度。,3.基本烈度,一个地区未来50年内一般场地条件下可能遭受的具有10%超越概率的地震烈度值称为该地区的基本烈度。用Ib表示。,相当于475年一遇的最大地震的烈度。,各地区的基本烈度由中国地震烈度区划图确定。该图是地震动区划的早期形式，现在由中国地震动参数区划图（GB18306-2001)取代成为抗震设防的依据。,基本烈度也称为偶遇烈度或中震烈度。,按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度称为设防烈度，用Id表示。）,

15、规范规定：一般情况下，可采用中国地震动参数区划图 中的地震基本烈度。对已编制抗震设防区划的 城市，可按批准的抗震设防烈度进行抗震设防。,4.设防烈度,设防烈度的取值依据：,规范规定： 抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑必须进行抗震设计,规范附录中列出了我国主要城镇的抗震设防烈度，设计基本地震加速度和设计地震分组。如：,河南省,略,略,建筑所在地区在设计基准期（50年）内出现的频度最 高的烈度。也称为常遇烈度、小震烈度，用Is表示。其超 越概率为63.2%，重现期为50年。,5.多遇烈度,6.罕遇烈度,建筑所在地区在设计基准期（50年）内具有超越概率 2%-3%的地震烈度。也称为大震烈度，重现期

16、约为2000年。,（小震烈度）,（大震烈度）,1.4 地震地面运动的一般特征,地震动的三要素(对结构破坏有重要影响的因素)： (1)地震动幅值特性:描述地震动的强弱程度 (2)地震动频谱特性:地震动对不同自振周期结构反应 特性 (3)地震动持时特性,地面运动的一般特征可用地面运动加速度记录曲线来说明。,1.5 地震的破坏作用（震害现象）,由地震的原生现象如地震断层错动，以及地震波引起的强烈地面振动所造成的灾害。主要有：,1、地面破坏。 如地面裂缝、错动、塌陷、喷水冒砂等；,一、直接灾害：,2、建筑物与构筑物的破坏 如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；,2、建筑物与构筑物的破坏 如房屋倒

17、塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；,2、建筑物与构筑物的破坏 如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；,2、建筑物与构筑物的破坏 如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等；,3、山体等自然物的破坏。如山崩、滑坡等；,4、海啸。 海底地震引起的巨大海浪冲上海岸，可造成沿海地区 的破坏；,二、次生灾害：,直接灾害发生后，破坏了自然或社会原有的平衡、稳定状态，从而引发出的灾害。有时，次生灾害所造成的伤亡和损失比直接灾害还大。,1、火灾 由震后火源失控引起；,1923年日本关东地震，东京市内227处起火，33处未能扑灭造成火灾蔓，旧市区烧毁约50%；横滨市烧毁80%，死亡10万。,主要的次生灾

18、害有：,2、水灾。 由水坝决口或山崩拥塞河道等引起；,3、毒气泄漏。 由建筑物或装置破坏等引起；,4、瘟疫。 由震后生存环境的严重破坏而引起.,三、工程结构破坏现象,1、结构丧失整体性,2、承重结构强度不足,3、结构变形过大导致倒塌,4、结构构件连接支撑失效,5、地基失效,6、非结构构件破坏,1.6抗震设防的基本要求,通过抗震设防，减轻建筑的破坏，避免人员死亡，减轻经济损失。,一、抗震设防目标及方法,1.总目标,具体通过“两水准”的抗震设防要求和“两阶段”的抗 震设计方法实现。,公路桥梁新抗震设计规范的发展方向 抗震设防标准两水准设防，两阶段设计 地震作用强度地震动参数 延性和位移设计时程分析法 能力保护设计 特殊桥梁抗震设计 桥梁减隔震设计 合理的抗震构造,2.抗震设防目标（两水准）,E1地震作用下，各类桥梁不受损坏或不需修复可继续使用； E2地震作用下，A类桥梁不受损坏或不需修复可继续使用，B、C类桥梁不致倒塌或产生严重结构损伤，经修复后可继续使用。,抗震设防目标：,抗震设防烈度为6度及以上地区的公路桥梁，须进行抗震设计。,A类桥梁是指单跨跨径超过150m的特大桥； B类桥梁是指除A类以外的高速公路和一级公路上的桥梁及二级公路上的大桥、特大桥等； C类桥梁是指除A、B、D类以外的公路桥梁； D类桥梁是指位于三、四级公路上的中桥、小桥。,3.“两阶