地震与抗震设计的基本知识.ppt
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1、第第一章一章地震与抗震设计的基本知识地震与抗震设计的基本知识1.1 地震与地震波地震与地震波 地震地震地球内某处因地球构造运动岩层突然破裂,或因局部地球内某处因地球构造运动岩层突然破裂,或因局部岩层塌陷、火山爆发、其他原因等发生了振动,并以波的形式传到岩层塌陷、火山爆发、其他原因等发生了振动,并以波的形式传到地表引起地面的颠簸和摇晃,从而引起的地面运动。地表引起地面的颠簸和摇晃,从而引起的地面运动。1.1.1 地震的分类地震的分类地震的分类地震的分类人为地震人为地震自然地震自然地震构造地震构造地震火山地震火山地震塌陷地震塌陷地震自发地震自发地震非自发地震非自发地震 分布广,发生次数多,影响范围
2、广分布广,发生次数多,影响范围广1.1.2 震源、震中与震中距震源、震中与震中距震源震源地壳深处发生岩层断裂、错动而释放能量的地方。地壳深处发生岩层断裂、错动而释放能量的地方。震源深度震源深度震源至地面的距离。震源至地面的距离。浅源地震浅源地震:60km以内(世界上绝以内(世界上绝大部分地震是浅源地震)大部分地震是浅源地震);中源地震中源地震:60300km以内;以内;300km以以上为上为深源地震深源地震。震中震中震源正上方的地面位置。震源正上方的地面位置。地方震地方震:震中距在:震中距在100 km以内的以内的地震;地震;近震近震:震中距在:震中距在1001000km之间的地震;震中距大于
3、之间的地震;震中距大于1000km的地震称的地震称远震远震。震中距震中距地面上某点至震中的距离。地面上某点至震中的距离。图图1.1 震源、震中、震中距与震中区震源、震中、震中距与震中区1.1.3 地震波地震波地震波地震波:地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播。分为:地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播。分为体波体波和和面波面波。体波体波是通过地球本体传递的波,包括是通过地球本体传递的波,包括纵波纵波和和横波。横波。面波面波为沿地表传播的次生波,指为沿地表传播的次生波,指乐甫乐甫(Love)波波和和瑞雷瑞雷(Rayleigh)波波。1)体波)体波纵波纵波是由震源向四周传播的是由震
4、源向四周传播的拉压波拉压波,其介质质点的振动方向与波的,其介质质点的振动方向与波的传播方向一致,在固体和液体介质中都能传播。传播方向一致,在固体和液体介质中都能传播。横波横波是由震源向四周传播的是由震源向四周传播的剪切波剪切波,其介质质点的振动方向与波的,其介质质点的振动方向与波的传播方向垂直,只能在固体介质中传播。传播方向垂直,只能在固体介质中传播。图图1.2 体波质点振动形式体波质点振动形式纵波的传播速度纵波的传播速度 与横波的传播速度与横波的传播速度(1.1)(1.2)(1.3)上式大于上式大于1,因此纵波比横波先到达。,因此纵波比横波先到达。式中:式中:E为介质的弹性模量;为介质的弹性
5、模量;G为介质的剪切模量;为介质的剪切模量;为介质的泊松比;为介质的泊松比;为介质的密度。为介质的密度。在弹性介质中,两者关系在弹性介质中,两者关系2)面波)面波面波是在地表面传播的波,又称为面波是在地表面传播的波,又称为L波。它是由体波经地层界面波。它是由体波经地层界面 多次反射、折射形成的次生波。面波主要有多次反射、折射形成的次生波。面波主要有瑞雷波瑞雷波和和乐浦波乐浦波两种两种形式。形式。瑞雷波瑞雷波传播时,介质质点在波的行进方向与地表法向组成的平面传播时,介质质点在波的行进方向与地表法向组成的平面内作椭圆运动,像波浪效应。内作椭圆运动,像波浪效应。乐浦波乐浦波传播时,介质质点在与波的行
6、进方向垂直的水平方向作剪传播时,介质质点在与波的行进方向垂直的水平方向作剪切型运动,在地面上表现为蛇形运动。切型运动,在地面上表现为蛇形运动。图图1.3 面波质点振动形式面波质点振动形式地震波示意图地震波示意图地震记录上,纵波最先到达,横波到达较迟,面波在体波之后到达,地震记录上,纵波最先到达,横波到达较迟,面波在体波之后到达,一般当横波或面波到达时地面振动最强烈。地震波记录是确定地震发一般当横波或面波到达时地面振动最强烈。地震波记录是确定地震发生的时间、震级和震源位置的重要依据,也是研究工程结构物在地震生的时间、震级和震源位置的重要依据,也是研究工程结构物在地震作用下的实际反应的重要资料。作
7、用下的实际反应的重要资料。图图1.4 地震曲线图地震曲线图1.1.4 地震动地震动由地震波传播所引发的地面振动,通常称为地震动。其中,在震由地震波传播所引发的地面振动,通常称为地震动。其中,在震中区附近的地震动称为近场地震动。中区附近的地震动称为近场地震动。地震动的三要素:地震动的三要素:地震动的峰值(最大振幅)地震动的峰值(最大振幅)频谱频谱持续时间持续时间1.2 地震强度的衡量地震强度的衡量地震强度的大小的衡量体系:地震强度的大小的衡量体系:1.震级震级2.烈度烈度1.2.1 地震的能量:震级地震的能量:震级地震震级地震震级地震震级是度量地震本身强度大小的指标,它是地震的基本地震震级是度量
8、地震本身强度大小的指标,它是地震的基本参数之一,用符号参数之一,用符号M表示。表示。里氏震级里氏震级震级的大小是在距震中震级的大小是在距震中100km处标准地震仪(指摆的自振周处标准地震仪(指摆的自振周期为期为0.8s,阻尼系数为,阻尼系数为0.8,放大系数为,放大系数为2800倍的地震仪)记录下来的地震倍的地震仪)记录下来的地震S波最大水平振幅波最大水平振幅A(以(以m计)的常用对数值:计)的常用对数值:对于浅源地震,常用如下经验公式来表示震级对于浅源地震,常用如下经验公式来表示震级M与地震能量与地震能量E(单位为(单位为erg,1erg=10-7J)之间的关系:)之间的关系:(1.4)(1
9、.5)基于震级的地震分类:小于基于震级的地震分类:小于2级的地震叫作级的地震叫作微震微震,人们感觉不到,人们感觉不到,只有仪器才能记录下来;只有仪器才能记录下来;24级地震叫级地震叫有感地震有感地震人能感觉到;人能感觉到;5级级以上地震就要引起不同程度的破环,统称为以上地震就要引起不同程度的破环,统称为破坏性地震破坏性地震;7级以上级以上地震则称为地震则称为强烈地震强烈地震或或大震大震,8级以上就称为级以上就称为特大地震特大地震。1.2.2 地震的影响:烈度等级地震的影响:烈度等级地震烈度地震烈度:是地震对地面影响的强烈程度,主要依据宏观的地震影:是地震对地面影响的强烈程度,主要依据宏观的地震
10、影响和破坏现象来判断。响和破坏现象来判断。对于一次地震,表示地震大小的震级只有一个,而同一次地对于一次地震,表示地震大小的震级只有一个,而同一次地震中,不同地方的烈度是不同的。震中,不同地方的烈度是不同的。等烈度线等烈度线:对应于一次地震,在受到影响的区域内具有相同烈度:对应于一次地震,在受到影响的区域内具有相同烈度的各个地点的外包线的各个地点的外包线震中区的烈度称为震中区的烈度称为震中烈度震中烈度。对于中浅源地震,震中烈度与震级的大致对照关系如表对于中浅源地震,震中烈度与震级的大致对照关系如表1.2震震级级M M2 23 34 45 56 67 78 88 8以上以上震中烈度震中烈度I I0
11、 012123 345456767787891091011111212表表1.2 震级与震中烈度的关系震级与震中烈度的关系地震烈度把地震的强烈程度,从无感到建筑物毁灭及山河改观等地震烈度把地震的强烈程度,从无感到建筑物毁灭及山河改观等划分为若干等级,列成表格,以统一的尺度衡量地震的强烈程度。划分为若干等级,列成表格,以统一的尺度衡量地震的强烈程度。我国现行我国现行中国地震烈度表中国地震烈度表(GB/T17742)采用采用 12 等级的地震烈等级的地震烈度划分,见表度划分,见表1.3。地地震震烈烈度度 人的感人的感觉觉房屋震害房屋震害其他震害其他震害现现象象水平向水平向地震地震动动参数参数类类型
12、型震害震害程度程度平均震害平均震害指数指数峰峰值值加速加速度度(m/s2)峰峰值值速度速度 (m/s)无感无感 室内个室内个别别静止静止中中的的人有感人有感觉觉 室内少数静止室内少数静止中中的的人有感人有感觉觉门门、窗、窗轻轻微作微作响响悬悬挂物微挂物微动动 室内多数人、室内多数人、室外少数人有室外少数人有感感觉觉,少数人,少数人梦中惊醒梦中惊醒门门、窗作响、窗作响悬悬挂物明挂物明显摆显摆动动,器皿作响,器皿作响表表1.3 中国地震烈度表中国地震烈度表 室内室内绝绝大多大多数、数、室外多室外多数人有感数人有感觉觉,多数人梦中多数人梦中惊醒惊醒门门窗、屋窗、屋顶顶、屋、屋架架颤动颤动作响,灰作响
13、,灰土掉落,土掉落,个个别别房房屋屋墙墙体体抹灰出抹灰出现现细细微烈微烈缝缝,个,个别别屋屋顶顶烟囱掉烟囱掉砖砖悬悬挂物挂物大幅度晃大幅度晃动动,不不稳稳定器物定器物摇动摇动或翻或翻倒倒0.31(0.22 0.44)0.03(0.02 0.04)多数人站立多数人站立不不稳稳,少数,少数人惊逃人惊逃户户外外A A少数中等破坏,少数中等破坏,多数多数轻轻微破坏和微破坏和/或基本完好或基本完好0.00.000.11 1家具和物品移家具和物品移动动;河河岸和松岸和松软软土出土出现现裂裂缝缝,饱饱和砂和砂层层出出现喷现喷砂冒砂冒水;水;个个别别独立独立砖砖烟囱烟囱轻轻度裂度裂缝缝0.63(0.45 0.
14、89)0.06(0.05 0.09)B B个个别别中等破坏,中等破坏,少数少数轻轻微破坏,微破坏,多数基本完好多数基本完好C C个个别轻别轻微破坏,微破坏,大多数基本完好大多数基本完好0.00.000.0808大多数人惊逃大多数人惊逃户户外,外,骑骑自行自行车车的人有感的人有感觉觉,行行驶驶中的汽中的汽车车驾驾乘人乘人员员有感有感觉觉A A少数少数毁毁坏和坏和/或或严严重破坏,多重破坏,多数中等和数中等和/或或轻轻微破坏微破坏0.09.090.3131物体从架子上物体从架子上掉落;掉落;河岸出河岸出现现塌塌方方,饱饱和和砂砂层层常常见喷见喷水水冒砂,松冒砂,松软软土土地上地裂地上地裂缝较缝较多
15、;大多数独多;大多数独立立砖砖烟囱中等烟囱中等破坏破坏1.25(0.90 1.77)0.13(0.10 0.18)B B少数中等破坏,少数中等破坏,多数多数轻轻微破坏微破坏和和/或基本完好或基本完好C C少数中等和少数中等和/或或轻轻微破坏,多微破坏,多数基本完好数基本完好0.07.070.2222多数人多数人摇摇晃晃颠颠簸,行走困簸,行走困难难A A少数毁坏,多少数毁坏,多数严重和数严重和/或中或中等破坏等破坏0.290.51干硬土上出干硬土上出现现裂裂缝缝,饱饱和砂和砂层绝层绝大多数大多数喷喷砂冒水;砂冒水;大多大多数独立数独立砖砖烟囱烟囱严严重破坏重破坏2.50(1.78 3.53)0.
16、25(0.19 0.35)B B个别毁坏,少个别毁坏,少数严重破坏,数严重破坏,多数中等和多数中等和/或或轻微破坏轻微破坏C C少数严重和少数严重和/或或中等破坏,多中等破坏,多数轻微破坏数轻微破坏0.200.40 行行动动的人摔倒的人摔倒A A多数多数严严重破坏或重破坏或/和和毁毁坏坏0.49490.7171干硬土上干硬土上多多处处出出现现裂裂缝缝,可可见见基岩裂基岩裂缝缝、错动错动,滑坡滑坡、塌、塌方方常常见见;独立;独立砖砖烟囱烟囱多数多数倒塌倒塌5.00(3.54 7.07)0.50(0.36 0.71)B B少数少数毁毁坏,多数坏,多数严严重和重和/或中等破或中等破坏坏C C少数少数
17、毁毁坏和坏和/或或严严重破坏,多数中重破坏,多数中等和等和/或或轻轻微破坏微破坏0.380.600.380.60 骑骑自行自行车车的人的人会摔倒,会摔倒,处处不不稳稳状状态态的人会的人会摔离原地,有摔离原地,有抛起感抛起感A A绝绝大多数大多数毁毁坏坏0.69690.91 1山崩和地震山崩和地震断裂出断裂出现现,基岩上拱基岩上拱桥桥破坏;大多破坏;大多数独立数独立砖砖烟烟囱从根部破囱从根部破坏或倒坏或倒毁毁10.00(7.08114.14)1.00(0.72 1.41)B B大多数大多数毁毁坏坏C C多数多数毁毁坏和坏和/或或严严重破坏重破坏0.58580.8080 A A绝绝大多数大多数毁毁
18、坏坏0.89891.00地震断裂延地震断裂延续续很很大大;大;大量山崩滑坡量山崩滑坡B BC C0.78781.00A A几乎全部几乎全部毁毁坏坏1.001.00地面地面剧剧烈烈变变化,山河改化,山河改观观 B BC C注:注:数量词的含义为:个别指数量词的含义为:个别指10%10%以下;少数指以下;少数指10%-15%10%-15%;多数指;多数指50%-70%50%-70%;大多数指;大多数指70%-90%70%-90%;普遍指;普遍指90%90%以上。以上。表中房屋包括以下表中房屋包括以下3种类型:种类型:A类类木架构和土、石、砖墙建造的旧式房屋;木架构和土、石、砖墙建造的旧式房屋;B类
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