第三章工程抗震概论

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 工程抗震概论,一、地震安全性评价,二、地震区划,三、工程结构抗震设防原则,四、抗震设计极限状态概念,五、结构抗震设计基本参数,六、结构抗震设计原则,3.1,地震安全性评价,1.,定义,：由于地震的发生和地震动的特性都,不能精确,地预测，只能从,概率上,推测工程在其使用寿命内可能受到的地震威胁或危险。,2.,目的,：给各项工程，包括重大工程等提供科学、合理的抗震设计地震动参数。,3.,主要内容,：地震烈度复核、地震危险性分析、设计地震动参数确定、地震小区划、场地及其周围的地震地质稳定性评价和震害预测等。,计算概率的两个常用概念,1.,地震超越概率：指一定场地在未来一定时间内遭遇到,大于或等于,给定地震特征值的地震的概率，以,年超越概率,或,设计基准期超越概率,表示。,假设地震发生概率为均匀,Poisson,分布，则场地在,t,年内发生,n,次大于或等于给定值,I,的地震概率为：,年超越概率：,设计基准期超越概率：,2.,地震重复周期,T,：指一定场地,大于或等于,给定地震特征值的地震重复出现的平均时间间隔。,地震重复周期与年平均发生率,互为倒数,：,与年超越概率的关系：,与设计基准期超越概率的关系：,3.2,地震区划,1.,定义,：地震区划是根据国家抗震设防需要和当前的科学技术水平，按照长时期内（,100,年或,50,年）,各地,可能遭受的地震危险程度对,国土进行划分,，以,图件的形式,展示地区间潜在地震危险性的差异。,地震区划图是有关地震安全的强制性国家标准。国家的基本建设项目都要按地震区划图来制定抗震设计标准。,2.,中国地震烈度,地域分布,据统计，我国大陆,7,级以上,的地震占全球大陆,7,级以上地震的,1/3,，因地震死亡人数占全球的,1/2,。,我国有,41%,的国土、一半以上的城市位于地震基本烈度,7,度或,7,度以上地区，,6,度及,6,度以上地区占国土面积的,79%,。,我国几个,地震活动较为强烈的地区,是：青藏高原和云南、四川西部，华北,太行山,和京津唐地区，新疆及甘肃、宁夏，福建和广东沿海，台湾地区等。,3.,类别：,国际上大致有三类地震烈度区划图：,第一类，以,前苏联,戈尔什可夫编制的前苏联区划图为代表，它以宏观烈度为区划标志，根据历史地震和地震地质资料编制；,第二类，以,日本,河角广编制的日本地震烈度区划图为代表，它以历史地震资料为依据，考虑地震发生频率，用地面加速率峰值等值线勾绘；,第三类，用,科内尔,提出的地震危险性分析方法，以阿尔杰米森和,珀金斯,编制的,美国,地震区划图为代表。,4.,中国地震区划历史,中国从,20,世纪,30,年代,开始做地震区划工作。新中国建立以来，曾四次（,1956,年、,1977,年、,1990,年、,2001,年）编制全国性的地震烈度区划图。,中国编制的第四代地震区划图,中国地震动参数区划图,2001,年,8,月开始实施。,2008,年汶川地震后，,中国地震局,曾对灾区的地震区划图进行了修订。,目前，中国编制的第五代,“,地震烈度区划图,”,已出炉。,第一代,（,1956,年）：该图采用了两条原则：,1,）曾经发生过地震的地区，同样强度的地震将来还可能重演；,2,）地质特点相同的地区，地震活动性亦可能相同。,第二代,（,1977,年）：该图先进行,地震危险区划,，对未来百年内可能发生地震的地点和强度进行预测，然后进行,地震烈度区划,，对未来百年内遭遇的最大烈度进行预测，并以地震基本烈度区划图的形式描绘出来。,地震基本烈度,：,100,年内，在平均土质条件下，场地可能遭遇的最高地震烈度。,第三代（,1990,年）：采用,地震危险性概率分析方法,给出以概率形式表达的所在地区的地震烈度区划或其他地震参数。,地震基本烈度：指在,50,年期限内，在一般场地条件下，可能遭遇超概率为,10%,的烈度值。,第四代,（,2001,年）：仍采用概率分析方法，但采用了国际上普遍流行的按照,地震动参数,编制区划图的技术，并采用了双参数（地震动加速度、地震动反应谱特征周期）的表达方式。,第五代（,2010,年）：首先考虑将抗倒塌地震动参数作为编图的基准，保证抗倒塌水准的地震动参数的科学性和合理性。,优点,：科学性和精确度高，体现以人为本的理念。,3.3,工程结构抗震设防原则,1.,预防为主,的指导方针,地震工作,震前,抗震防灾（,预防为主）,：地震预测预报、新工程抗震设防、现有工程抗震加固、编制城市抗震防灾规划。,震后,：抢险救灾、恢复重建,震时,：应急处理,抗震设防基本目标：,在一定的经济条件下，最大限度地限制和减轻建筑物的地震破坏，保障人民生命财产安全。,2.,抗震设防标准,包括：抗震设防目标、工程设防类别、设防地震和场地选择等。,甲类（特殊设防类）：,指,重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等,特别重大,灾害后果的建筑。,丁类（适度设防类）,：,指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑。,乙类（重点设防类）：,指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑。,1,）工程设防类别：,一般分为四类,丙类（标准设防类）,：,一般建筑，,包括除甲、乙、丁类以外的一般工业与民用建筑。,2,）设防地震,：,设防烈度（地震）、设计烈度,（地震）,第一水准：,当遭受,低于,本地区抗震设防烈度的多遇的地震（小震）影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用。,第二水准：,当遭受,相当于,本地区抗震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。,多级抗震设防,：我国,1989,年颁布的,建筑抗震设计规范,提出,三个水准的抗震设防要求：,第三水准：,当遭受,高于,本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震（大震）影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。,3,）抗震设防目标：,指工程结构通过抗震设计所要达到的宏观防震目标。,同设计方法有关：,抗震规范,中采用,二阶段,设计法。,第一阶段设计：,按小震作用效应和其他荷载效应的基本组合验算构件的承载能力，以及在小震作用下验算结构的弹性变形，以满足第一水准抗震设防目标的要求。,第二阶段设计：,按大震作用下验算结构的弹性变形，以满足第三水准抗震设防目标的要求。,（良好的抗震构造措施有利于实现第二水准）,“三水准，二阶段”抗震设防目标：,小震不坏、中震可修、大震不倒。,4,）抗震设防标准,场地选择,对,有利,、,不利,和,危险地段,的划分，应按地震活动性、构造活动性、边坡稳定性和场地地基条件等进行综合评定。,3.4,抗震设计极限状态概念,极限状态,：指一个结构或结构的一部分达到一个使它不适合使用的特殊状态。,抗震设计的,正常使用极限状态,：混凝土结构，可能出现较多的裂缝，钢筋不会发生明显屈服，混凝土保护层不出现剥落，结构一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。结构基本上保持弹性状态。,有限损坏极限状态,（控制结构的破坏程度）：钢筋明显屈服，导致较宽的裂缝，混凝土保护层可能剥落，不出现箍筋断裂或纵向钢筋的屈服现象。结构表面修复或不需修理仍可继续使用。结构基本上保持弹性状态。,免倒塌极限状态,：混凝土结构，可能大量损坏，修复可能是不经济的，或在技术上是不可行的。结构处于免倒塌极限状态时，结构的侧向抗力早已不足以抵抗地震作用，结构保持不倒的关键是其,非弹性变形能力,。,3.5,结构抗震设计基本参数,三个：刚度、强度、延性,1.,刚度：指结构抵抗变形（弯曲、拉伸、压缩等）的能力，其大小为引起,单位位移所需的力,。,对结构刚度的估计值将直接影响到对结构地震反应位移的预期值。（桥梁：全截面刚度,K,1,代替开裂截面刚度,K,2,（,K,1,K,2,）人为,低估了地震反应位移,落梁震害）,2.,强度：指结构在外载荷的作用下抵抗塑性变形和断裂的能力，是衡量,承载能力,的重要指标。,对于,概率很低,的地震，结构需要相当,高的强度,，但实际设计时，为了节省造价，强度通常只取对应弹性地震力的,一小部分,（,15%-25%,），并依靠结构的,非弹性变形能力,抵抗地震的破坏。,2.,延性,：指材料在受力后抵抗,塑性变形,的能力。,延性较好,的结构，在冲击和振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时能,产生一定的变形而不致破坏,。（钢结构材料延性好，可抵抗强烈地震而不倒塌；砖石结构变形能力差）,3.6,结构抗震设计原则 （结构在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合）,1.,场地选择（尽量选择,安全场地,）,理想场地,（坚硬场地）：基岩、坚实的碎石类地基、硬粘土地基。,危险场地,：饱和松散粉细砂、人工填土和极软的黏土地基、不稳定坡地等。,2.,体系的整体性和规则性,1,）整体性要好。,2,）,结构的布置要力求使,几何尺寸、质量和刚度,均匀、对称、规整，避免突然变化。,3.,强度与延性的均衡,一般而言，结构具有的,延性水平越高,，相应的设计地震力可以取得越小，所需,强度越低,；反过来，结构具有的,强度越高,，所具备的,延性水平则越低,。,延性水平直接影响结构的地震破坏程度。,5.,多道抗震防线,4.,能力设计原则,强度安全度差异,：在不同构件（延性构件、,能力保护构件（不适宜发生非弹性变形的构件,）和不同破坏模式（延性破坏和脆性破坏）之间确立不同的强度安全度。确保结构在大地震下以延性模式反应，不发生脆性的破坏模式。,