模块6特殊土地基PS补充版.ppt

模块6 特殊土地基 地震区基础工程 土木1201 地震带分布 地震比较频繁而猛烈的地区称为 地震区 地震区分布与现代地壳褶皱带分布基本一致 75 80 15 20 地震相关研究人员 地震预测预报工程抗震地震逃生和救灾 国内抗震研究专家 水工陈厚群院士桥梁范立础院士结构周锡元院士土工汪闻韶院士 地震前汶川县城 地震后汶川县城 如何做好工程抗震呢 当地可能会发生的地震及其破坏力 类似结构常发生的震害及薄弱环节 基于工程性能表现的抗震设计 本节主要内容 地震的震级与烈度地基基础震害与经验基础工程抗震设计方法 震级 是用来衡量地震能量大小的量度 地震震级 一 地震的震级与烈度 里氏震级 C F Richter 1935 地震烈度 指某地区地表面和建筑物受地震影响和破坏的程度 影响因素 震级 震源深度 震中距 地质构造 地形 岩土介质性质划分依据 地表最大加速度 地震系数 人的感觉 家具动态 建筑物损坏程度 地貌变化烈度划分 I 中美俄等 0 日 地震烈度 基本烈度 100年内可能出现的地区最大烈度设防烈度 国家规定的作为地区抗震设防的烈度设计烈度 指抗震设计中实际采用的烈度 它是根据建筑物的重要性 永久性 抗震性及经济性等的需要对设防烈度的调整 常用烈度指标 注 g为重力加速度 中国地震峰值加速度区划图 二 地基与基础震害 震害现象 地基失效引起震害 基础自身震害 地基失效引起震害 地基土液化地基与基础震沉边坡的滑坍地裂与扭曲变形 新瀉地震 地基失效引起震害 地基土液化地基与基础震沉边坡的滑坍地裂与扭曲变形 集集地震引起房屋倒塌 台中石岗 地基失效引起震害 地基土液化地基与基础震沉边坡的滑坍地裂与扭曲变形 汶川地震青川滑坡 约700人被埋 地基失效引起震害 地基土液化地基与基础震沉边坡的滑坍地裂与扭曲变形 神户地震 唐山地震引起的地基的扭曲变形 浅基础震害 强度不足抗滑稳定性不足抗倾覆稳定性不足 浅基础震害 强度不足抗滑稳定性不足抗倾覆稳定性不足 浅基础震害 强度不足抗滑稳定性不足抗倾覆稳定性不足 1976年唐山地震 浅基础震害 强度不足抗滑稳定性不足抗倾覆稳定性不足 浅基础震害 强度不足抗滑稳定性不足抗倾覆稳定性不足 1995年台湾宜兰地震 浅基础震害 强度不足抗滑稳定性不足抗倾覆稳定性不足 浅基础震害 强度不足抗滑稳定性不足抗倾覆稳定性不足 2000年日本鸟取县地震 桩基础震害 桩基础的抗震效果较好 在多次地震中都得到了验证 阪神地震时 明石海峡大桥跨度从1990m增加至近l991m 桩基础震害 e F M 三 基础工程抗震设计 设防目标 小震不坏 性能要求 中震可修 大震不倒 多遇地震low levelearthquake地震重现期为50年的地震动 63 5 设计地震designearthquake地震重现期为475年的地震动 10 罕遇地震high levelearthquake地震重现期为2475年的地震动 2 一 选择对抗震有利的场地和地基 公路工程抗震设计规范JTJ004 89 铁路工程抗震设计规范GB50111 2006 一 选择对抗震有利的场地和地基 对于多层土 当建筑物位于 类土时 即属于 类场地土 位于 类土上时 则按建筑物所在地表以下20m范围内的土层综合评定 场地选取的原则 类场地 开阔平坦且均匀的 类场地对抗震有利 应尽量利用 类场地以及不均匀地基等震害较严重地段应注意避开 二 地基基础抗震强度及稳定性验算 1 铁路工程构筑物抗震设防目标及分析方法 2 计算 1 确定工程设防烈度参考标准 中国地震动参数区划图GB18306 2001 2 确定抗震设计参数根据可能遭受的地震影响程度 确定抗震设防烈度的地震动峰值加速度和地震动反应谱特征周期 中国地震峰值加速度区划图 1976 8 16和8 23 松潘 平武之间相继发生两次7 2级地震 叠溪 1933 8 25 叠溪发生7 5级地震 中国地震反应谱特征周期区划图 3 静力法 1920年 日本大森房吉提出 假设建筑物为绝对刚体 地震作用 将F作为静荷载 按静力计算方法计算结构的地震效应 地震系数 4 反应谱理论 振型分解反应谱法 1940年美国皮奥特教授提出地震作用G 重力荷载代表值k 地震系数 反映震级 震中距 地基等的影响 b 动力系数 反映结构的特性 如周期 阻尼等的影响 0 T 0 1Tg区段 b为向上倾斜的直线0 1 T Tg区段 b为水平线Tg T 5Tg区段 b为下降的曲线5Tg T 6s区段 b为下降直线 典型的谱曲线 铁工抗震设计规范GB50111 2006 当结构自振周期T 2s 且阻尼比x 0 05时 动力放大系数b取值 公路抗震规范JTJ044 89 5 抗震验算 竖向力 V V普 V震水平力 H H普 H震弯矩 M M普 M震 M H V 1 桥墩基础地震荷载的计算 用反应谱理论计算 反应谱理论是以大量的强震水平加速度纪录为基础 经过动力计算和数理统计分析 按照建筑物作为单质点振动体系 在一定的阻尼比条件下 其自振周期与它发生的平均最大水平加速度反应的函数的关系 用曲线表示的图谱 加速度反应谱 以此作为建筑物地震反应计算荷载的依据 2 桥台 挡墙基础地震荷载的计算 用静力理论计算 静力理论出发点是认为建筑物为刚性 地震时不变形 各部分受到的地震水平加速度与地面相同 也不考虑不同场地土对地震反应的影响 1 桥台基础地震荷载的计算 2 挡墙地震荷载的计算 对于高度较大的挡墙 公路抗震规 采用了地震反应沿墙高增大分布系数 iw 挡墙第i截面以上墙身重心处的水平地震荷载QiEW kN 按下式计算 3 墩 台 挡墙基础抗震强度及稳定性验算 桥梁墩 台 挡墙基础按以上方法计算得到水平地震荷载后 即可根据一般静力学方法 按规定的荷载组合进行地基 基础的抗震强度和稳定性的验算 三 基础工程的抗震措施 一 对松软地基及可液化土地基1 改善土的物理力学性质 提高地基抗震性能2 采用桩基础 沉井基础等3 减轻荷载 加大基础底面积 二 对地震时不稳定 可能滑动 的河岸地段 在此类地段修筑大 中桥墩台时应适当增加桥长 注重桥跨布置等将基础置于稳定土层上并避开河岸的滑动影响 小桥可在两墩台基础间设置支撑梁或用片块石满床铺砌 以提高基础抗位移能力 挡墙也应将基础置于稳定地基上 并在计算中考虑失稳土体的侧压力 三 基础本身的抗震措施 地震区基础一般均应在结构上采取抗震措施 圬工墩台 挡墙与基础的联结部位 由于截面发生突变 容易震坏 应根据情况采取预埋抗剪钢筋等措施提高其抗剪能力 桩柱与承台 盖梁联结处也易遭震害 在基本烈度8度以上地区宜将基桩与承台联结处做成2 1或3 1的喇叭渐变形 或在该处适当增加配筋 桩基础宜做成低桩承台 发挥承台侧面土的抗震能力 柱式墩台 排架式桩墩在与盖梁 承台 基础 联结处的配筋不应少于桩柱身的最大配筋 桩柱主筋应伸入盖梁并与梁主筋焊 搭 接 柱式墩台 排架式桩墩均应加密构件与基础联结处及构件本身的箍筋 以改善构件延性 提高其抗震能力 桩基础的箍筋加密区域应从地面或一般冲刷以上1倍桩径处往下延伸到桩身最大弯矩以下3倍桩径处 对工程抗震研究影响较大的地震 1923年 日本关东大地震 M8 2 次生火灾1933年 川东叠溪地震 M7 5 次生堰塞湖水灾1960年 智利地震 M8 9 海啸1964年 新泻地震 M7 5 砂土液化1975年 海城地震 M7 5 准确震前预报1978年 唐山地震 M7 8 结构跨塌1985年 墨西哥地震 M7 8 软土远震放大效应1995年 神户地震 M7 2 地下结构震害 小结 地震基本概念地基与基础震害基础工程抗震设计方法