第三章-工程結(jié)構(gòu)抗震概論課件

第三章工程結(jié)構(gòu)抗震概論3.1地震安全性評(píng)價(jià)

3.2地震區(qū)劃

3.3工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防原則

3.4抗震設(shè)計(jì)極限狀態(tài)概念

3.5結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)基本參數(shù)

3.6結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)原則

第三章工程結(jié)構(gòu)抗震概論3.1地震安全性評(píng)價(jià)

3.2地震13.1地震安全性評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)建于地震區(qū)的工程時(shí)，希望具體了解此工程在其使用壽命內(nèi)可能遭遇到的地震動(dòng)強(qiáng)弱及其它特性，以便合理進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于迄今地震的發(fā)生和地震動(dòng)的特性都不能精確地預(yù)測(cè)，所以必須在概率含義上推測(cè)工程可能受到的地震威脅或危險(xiǎn)，即地震安全性評(píng)價(jià)。3.1地震安全性評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)建于地震區(qū)的工程時(shí)，希望具體了解此2地震安全性評(píng)價(jià)工作的目的是為了給各項(xiàng)工程，包括重大工程等提供科學(xué)、合理的抗震設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)。具體地講，地震安全性評(píng)價(jià)是指對(duì)具體建設(shè)工程場(chǎng)址及其周圍地區(qū)的地震地質(zhì)條件、地球物理環(huán)境、地震活動(dòng)規(guī)律、現(xiàn)代地形變及應(yīng)力場(chǎng)等方面進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，采用地震危險(xiǎn)性分析方法，科學(xué)地給出相應(yīng)的工程規(guī)劃或設(shè)計(jì)所需要的有關(guān)抗震設(shè)防要求的地震動(dòng)參數(shù)和基礎(chǔ)資料。其主要內(nèi)容包括地震烈度復(fù)核、地震危險(xiǎn)性分析、設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)確定、地震小區(qū)劃、場(chǎng)地及其周圍的地震地質(zhì)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和震害預(yù)測(cè)等。地震安全性評(píng)價(jià)工作的目的是為了給各項(xiàng)工程，包括重大工程等提供3地震小區(qū)劃是指在城市或工程場(chǎng)區(qū)范圍內(nèi)，反映局部工程地震條件下地震破壞作用差異的地震安全性評(píng)價(jià)成果。該成果是城市和工程場(chǎng)區(qū)編制土地利用規(guī)劃、制定防震減災(zāi)對(duì)策的基礎(chǔ)資料，也是城市和工程場(chǎng)區(qū)內(nèi)新建工程項(xiàng)目確定抗震設(shè)防要求的依據(jù)。地震小區(qū)劃包括地震動(dòng)小區(qū)劃和地震地質(zhì)災(zāi)害小區(qū)劃。這些研究成果不僅依賴于對(duì)場(chǎng)地和區(qū)域地震與地質(zhì)環(huán)境條件的研究；更重要的是必須建立在對(duì)場(chǎng)區(qū)范圍內(nèi)局部工程地震條件的詳細(xì)勘探與測(cè)試的基礎(chǔ)上。地震動(dòng)小區(qū)劃應(yīng)包括加速度峰值和反應(yīng)譜小區(qū)劃。地震地質(zhì)災(zāi)害小區(qū)劃應(yīng)包括砂土液化、軟土震陷、地震斷層、地震滑坡等內(nèi)容。地震小區(qū)劃是指在城市或工程場(chǎng)區(qū)范圍內(nèi)，反映局部工程地震條件下4對(duì)某一特定場(chǎng)地進(jìn)行的地震安全性評(píng)價(jià)，不僅要給出特定場(chǎng)地強(qiáng)烈地震動(dòng)的特性，而且要給出遭遇這種預(yù)期地震的概率。特定橋址場(chǎng)地遭遇預(yù)期地震的概率，可以用地震超越概率或地震重復(fù)周期來表示。這就引出地震安全性評(píng)價(jià)中的以下兩個(gè)常用概念：一、地震超越概率所謂地震超越概率，是指一定場(chǎng)地在未來一定時(shí)間內(nèi)遭遇到大于或等于給定地震特征值（如給定震級(jí)、烈度、地震動(dòng)加速度峰值等）的地震的概率，常以年超越概率或設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期超越概率表示。對(duì)某一特定場(chǎng)地進(jìn)行的地震安全性評(píng)價(jià)，不僅要給出特定場(chǎng)地強(qiáng)烈地5三種烈度關(guān)系示意圖某地區(qū)的地震烈度是一個(gè)概率事件，分布函數(shù)可用極值III型表示。三種烈度關(guān)系示意圖某地區(qū)的地震烈度是一個(gè)概率事件，分布函數(shù)可6假設(shè)某一場(chǎng)地超過給定值的未來地震的發(fā)生概率為均勻Poisson過程，則場(chǎng)地在t年內(nèi)發(fā)生n次大于或等于給定值I的地震概率為：

式中，λ(I)為大于或等于給定值I的地震年平均發(fā)生率。exp是以自然對(duì)數(shù)e為底的指數(shù)函數(shù)。假設(shè)某一場(chǎng)地超過給定值的未來地震的發(fā)生概率為均勻Poisso7根據(jù)上式，可分別得到特定場(chǎng)地未來遭遇到大于或等于給定值I的地震的年超越概率和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期超越概率：根據(jù)上式，可分別得到特定場(chǎng)地未來遭遇到大于或等于給定值I的8二、地震重復(fù)周期地震重復(fù)周期是指一定場(chǎng)地大于或等于給定地震特征值的地震重復(fù)出現(xiàn)的平均時(shí)間間隔。地震重復(fù)周期T與年平均發(fā)生率λ(I)互為倒數(shù)關(guān)系：地震重復(fù)周期與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期超越概率之間存在以下的相互對(duì)應(yīng)關(guān)系：二、地震重復(fù)周期93.2地震區(qū)劃工程抗震設(shè)防首先要進(jìn)行地震安全性評(píng)價(jià)，合理估計(jì)不同地區(qū)可能遭受的地震破壞作用；首先要確定不同地區(qū)遭遇一定超越概率的地震的基本烈度或地震動(dòng)參數(shù)，以此作為抗震設(shè)防的依據(jù)。地震區(qū)劃就是對(duì)各地區(qū)的地震危險(xiǎn)性作出估計(jì)，并將其結(jié)果以區(qū)劃圖的形式表示出來。我國(guó)的地震區(qū)劃已發(fā)展到第四代。20世紀(jì)50年代，我國(guó)曾編制過地震基本烈度區(qū)劃圖。該圖采用了兩條原則：（1）曾經(jīng)發(fā)生過地震的地區(qū)，同樣強(qiáng)度的地震將來還可能重演；（2）地質(zhì)特點(diǎn)相同的地區(qū)，地震活動(dòng)性亦可能相同。該圖首次反映了我國(guó)地震烈度分布的基本面貌，但沒有賦予明確的時(shí)間概念。3.2地震區(qū)劃工程抗震設(shè)防首先要進(jìn)行地震安全性評(píng)價(jià)，合理估1020世紀(jì)70年代，國(guó)家地震局編制了第二代的地震烈度區(qū)劃圖。該圖應(yīng)用當(dāng)時(shí)對(duì)地震活動(dòng)性和地震地質(zhì)等方面的研究成果，先進(jìn)行地震危險(xiǎn)區(qū)劃，對(duì)未來百年內(nèi)可能發(fā)生地震的地點(diǎn)和強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后在此基礎(chǔ)上完成地震烈度區(qū)劃，對(duì)未來百年內(nèi)遭遇的最大烈度分布進(jìn)行預(yù)測(cè)，并以1:300萬比例尺地震基本烈度區(qū)劃圖的形式將預(yù)測(cè)結(jié)果描繪出來。根據(jù)該圖的編制標(biāo)準(zhǔn)，地震基本烈度的含義是：100年內(nèi)，在平均土質(zhì)條件下，場(chǎng)地可能遭遇的最高地震烈度。20世紀(jì)70年代，國(guó)家地震局編制了第二代的地震烈度區(qū)劃圖111992年6月公布施行了我國(guó)第三代地震區(qū)劃圖《中國(guó)地震烈度區(qū)劃圖（1990）》。第三代地震區(qū)劃圖采用地震危險(xiǎn)性概率分析方法給出以概率形式表達(dá)的所在地區(qū)的地震烈度區(qū)劃或其他地震參數(shù)。第三代地震區(qū)劃圖上所標(biāo)示的地震烈度值，系指在50年期限內(nèi)，在一般場(chǎng)地條件下，可能遭遇超越概率為10%的烈度值。該烈度值稱為地震基本烈度。1992年6月公布施行了我國(guó)第三代地震區(qū)劃圖《中國(guó)地震烈12第三章-工程結(jié)構(gòu)抗震概論課件13第三章-工程結(jié)構(gòu)抗震概論課件142001年國(guó)家地震局完成了第四代地震區(qū)劃圖的編制。與第三代地震區(qū)劃圖相比，第四代地震區(qū)劃圖仍采用概率分析的方法，但采用了國(guó)際上普遍流行的按照地震動(dòng)參數(shù)編制區(qū)劃圖的技術(shù)，并采用了雙參數(shù)（地震動(dòng)加速度和地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期）的表述方式。第四代地震區(qū)劃圖于2001年8月1日正式施行。2001年國(guó)家地震局完成了第四代地震區(qū)劃圖的編制。15地震反應(yīng)譜：在給定的地震加速度作用期間內(nèi)，單質(zhì)點(diǎn)體系的最大位移反應(yīng)、速度反應(yīng)和加速度反應(yīng)隨質(zhì)點(diǎn)自振周期變化的曲線。用來計(jì)算在地震作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形。反應(yīng)譜特征周期：與設(shè)計(jì)反應(yīng)譜曲線下降段起點(diǎn)對(duì)應(yīng)的周期，單位為秒。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，使建筑物自振周期避免和它相同或相近，以免引起共振。地震反應(yīng)譜：在給定的地震加速度作用期間內(nèi)，單質(zhì)點(diǎn)體系的最大位16第三章-工程結(jié)構(gòu)抗震概論課件17云南省為例云南省為例18第三章-工程結(jié)構(gòu)抗震概論課件19第三章-工程結(jié)構(gòu)抗震概論課件20國(guó)家地震局正在進(jìn)行第五代地震區(qū)劃圖的編制。新一代地震區(qū)劃圖編制的基本原則首先考慮將抗倒塌地震動(dòng)參數(shù)作為編圖的基準(zhǔn)，保證抗倒塌水準(zhǔn)的地震動(dòng)參數(shù)的科學(xué)性和合理性。與前幾代地震區(qū)劃圖相比，第五代地震區(qū)劃圖除了科學(xué)性與精確度提高之外，還將體現(xiàn)“以人為本”的理念。國(guó)家地震局正在進(jìn)行第五代地震區(qū)劃圖的編制。21必須注意的是地震區(qū)劃圖上所標(biāo)示的地震基本烈度值，可能與結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中采用的抗震設(shè)防烈度值，并不完全一致。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中所采用的抗震設(shè)防烈度，系指按國(guó)家批準(zhǔn)權(quán)限審定作為一個(gè)地區(qū)抗震設(shè)防依據(jù)的地震烈度，一般情況下可采用地震基本烈度；對(duì)做過地震小區(qū)劃的地區(qū)，可采用抗震主管部門批準(zhǔn)使用的地震參數(shù)，如設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)，設(shè)計(jì)反應(yīng)譜曲線等。必須注意的是地震區(qū)劃圖上所標(biāo)示的地震基本烈度值，可能與結(jié)構(gòu)抗223.3工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防原則

□預(yù)防為主的指導(dǎo)方針□抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)□多級(jí)抗震設(shè)防思想一、預(yù)防為主的指導(dǎo)方針我國(guó)現(xiàn)行的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范均在總則第1條開宗明義地提出，抗震工作應(yīng)貫徹“預(yù)防為主”的方針。地震工作包括震前的抗震防災(zāi)，震時(shí)的應(yīng)急處理，震后的搶險(xiǎn)救災(zāi)和恢復(fù)重建。震前的抗震防災(zāi)又包括地震的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、新建工程的抗震設(shè)防、現(xiàn)有工程的抗震加固，以及城市抗震防災(zāi)規(guī)劃的編制與實(shí)施等。這是減輕地震災(zāi)害的對(duì)策系統(tǒng)。預(yù)防為主的方針，就是要把工作重點(diǎn)放在震前的抗震防災(zāi)上，并且，“從預(yù)測(cè)到預(yù)防，以預(yù)防為主”。3.3工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防原則

□預(yù)防為主的指導(dǎo)方針23我國(guó)的地震區(qū)分布廣，震中分散，以致不易捕捉地震發(fā)生的地點(diǎn)。地震發(fā)生的時(shí)間與強(qiáng)度，目前也尚未達(dá)到能準(zhǔn)確預(yù)報(bào)的水平。即使到了能準(zhǔn)確預(yù)報(bào)地震（地點(diǎn)、時(shí)間和震級(jí)）的時(shí)候，如果不能做好抗震防災(zāi)的各項(xiàng)預(yù)防措施，各類工程結(jié)構(gòu)、尤其是城市生命線工程沒有抗震能力，一旦中強(qiáng)地震發(fā)生在城市及其周圍地區(qū)，則仍會(huì)造成重大的損失。貫徹“預(yù)防為主”方針，做好震前抗震防災(zāi)的各項(xiàng)預(yù)防工作，是減輕地震災(zāi)害最有效的戰(zhàn)略決策。我國(guó)的地震區(qū)分布廣，震中分散，以致不易捕捉地震發(fā)生的地點(diǎn)。地24工程結(jié)構(gòu)抗震防災(zāi)的目標(biāo)是減輕結(jié)構(gòu)的地震破壞，保障人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，減少經(jīng)濟(jì)損失。這意味著，抗震設(shè)防的要求很大程度上依賴于經(jīng)濟(jì)政策和技術(shù)水平，既要使震前用于抗震設(shè)防的經(jīng)濟(jì)投入不超過我國(guó)當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)能力，又要使地震中經(jīng)過抗震設(shè)計(jì)的工程結(jié)構(gòu)的破壞程度限制在人們可以承受的范圍內(nèi)。工程結(jié)構(gòu)抗震防災(zāi)的目標(biāo)是減輕結(jié)構(gòu)的地震破壞，保障人民生命財(cái)產(chǎn)25二、抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)通常情況下，建設(shè)工程從選址到使用壽期內(nèi)的防震措施可分為三個(gè)階段：抗震設(shè)計(jì)、保證施工質(zhì)量與合理的維護(hù)保養(yǎng)。其中，抗震設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的龍頭環(huán)節(jié)?？拐鹪O(shè)計(jì)要遵從一定的標(biāo)準(zhǔn)，這就是抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。它包括抗震設(shè)防目標(biāo)、工程設(shè)防類別、設(shè)防地震和場(chǎng)地選擇等內(nèi)容。二、抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)通常情況下，建設(shè)工程從選址到使用壽期內(nèi)的防震26抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是科學(xué)性和政策性（或社會(huì)性）的結(jié)合?？茖W(xué)性就是要嚴(yán)格按照現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)工作，使得評(píng)價(jià)結(jié)果較好地符合實(shí)際，具有較好的可重復(fù)性。政策性則要考慮到工程類型、重要程度、投資強(qiáng)度風(fēng)險(xiǎn)程度等。我國(guó)屬于發(fā)展中國(guó)家，財(cái)力物力有限，國(guó)家總的防災(zāi)政策決定了抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)不宜過高。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及人們防災(zāi)意識(shí)的加強(qiáng)，抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)在逐漸提高?？拐鹪O(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是科學(xué)性和政策性（或社會(huì)性）的結(jié)合。27a）抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)——工程設(shè)防類別根據(jù)工程結(jié)構(gòu)遭遇地震破壞后可能產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響程度，以及在抗震救災(zāi)中的作用，對(duì)其所做的抗震重要性類別劃分。一般分四類，也有的行業(yè)工程分為二類或三類。a）抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)——工程設(shè)防類別根據(jù)工程結(jié)構(gòu)遭遇地震破壞后可28第三章-工程結(jié)構(gòu)抗震概論課件29第三章-工程結(jié)構(gòu)抗震概論課件30b)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)——設(shè)防地震

針對(duì)不同重要性類別的工程，采用特定安全水準(zhǔn)的地震作用強(qiáng)度為設(shè)防依據(jù)。這個(gè)特定安全水準(zhǔn)的地震作用強(qiáng)度，常以一定概率水平下的地震烈度或地震動(dòng)參數(shù)來表達(dá)。在現(xiàn)行的多種抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中稱為“設(shè)防烈度”，有的規(guī)范（水工、水運(yùn)）稱為“設(shè)計(jì)烈度”，也有稱為“設(shè)防地震”或“設(shè)計(jì)地震”的。b)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)——設(shè)防地震

針對(duì)不同重要性類別的工程，采31c)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)——抗震設(shè)防目標(biāo)

工程結(jié)構(gòu)通過抗震設(shè)計(jì)所要達(dá)到的宏觀防震目標(biāo)。設(shè)防目標(biāo)同設(shè)計(jì)方法有關(guān)。建筑物抗震三級(jí)設(shè)防目標(biāo)：小震不壞、中震可修、大震不倒。橋梁抗震兩級(jí)設(shè)防目標(biāo)：E1地震作用下，各類橋梁不壞；E2地震作用下，A類橋梁可修，B、C類橋梁不倒。c)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)——抗震設(shè)防目標(biāo)

工程結(jié)構(gòu)通過抗震設(shè)計(jì)所要32第三章-工程結(jié)構(gòu)抗震概論課件33d)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)——場(chǎng)地選擇在地震區(qū)選擇建設(shè)場(chǎng)地時(shí)，宜選擇有利地段，避開不利地段，當(dāng)無法避開時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)目拐鸫胧?。這是經(jīng)濟(jì)合理的抗震設(shè)防前提，往往比其他抗震措施的作用還大。因?yàn)榈卣饘?duì)建設(shè)工程的破壞，除地震動(dòng)引起工程結(jié)構(gòu)的破壞外，還有場(chǎng)地條件的因素，諸如地震引起的地表錯(cuò)動(dòng)與地裂，地基土的不均勻沉陷，滑坡和粉、砂土液化等。對(duì)有利，不利和危險(xiǎn)地段的劃分，應(yīng)按地震活動(dòng)性、構(gòu)造活動(dòng)性，邊坡穩(wěn)定性和場(chǎng)地地基條件等進(jìn)行綜合評(píng)定。d)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)——場(chǎng)地選擇在地震區(qū)選擇建設(shè)場(chǎng)地時(shí)，宜選擇34三、多級(jí)抗震設(shè)防思想上面介紹的工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)中的設(shè)防地震，是從概率意義上描述的，它也可以從確定意義上來描述。從確定意義上來描述這一基本原則，首先需要規(guī)定兩個(gè)或三個(gè)地震動(dòng)水準(zhǔn)，常稱之小震和大震，或小震、中震和大震。小震指的是對(duì)工程建設(shè)地點(diǎn)而言經(jīng)常發(fā)生的;中震是指在工程的使用年限內(nèi)僅偶然發(fā)生的（E1地震）;大震則指在使用年限內(nèi)發(fā)生概率極小的地震（E2地震）。小震、中震和大震，也稱為多遇地震、偶遇地震和罕遇地震。三、多級(jí)抗震設(shè)防思想上面介紹的工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)中的設(shè)防35通常以50年為基準(zhǔn)期，把基準(zhǔn)期內(nèi)超越概率63%的地震（重復(fù)周期約為50年）定義為小震，超越概率10%的地震（重復(fù)周期約為475年）定義為中震，超越概率2%~3%的地震（重復(fù)周期分別約為2475年和1642年）定義為大震。與這三個(gè)地震動(dòng)水平相應(yīng)的抗震設(shè)防目標(biāo)是：在小震作用下，結(jié)構(gòu)物不需修理，仍可正常使用；在中震作用下，結(jié)構(gòu)物無重大損壞，經(jīng)修復(fù)后仍可繼續(xù)使用；在大震作用下，結(jié)構(gòu)物可能產(chǎn)生重大破壞，但不致倒塌。這種抗震設(shè)防思想，即所謂的“小震不壞，中震可修，大震不倒”的三級(jí)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。通常以50年為基準(zhǔn)期，把基準(zhǔn)期內(nèi)超越概率63%的地震（重復(fù)36多級(jí)抗震設(shè)防的思想最早是在核電站抗震設(shè)計(jì)中提出的，以后逐漸在其他重大工程（如近海平臺(tái)、高壓貯液設(shè)備、生命線工程等）中也被采用。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中，多有采用這種抗震設(shè)防思想的，如日本、美國(guó)現(xiàn)行的橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范等。多級(jí)抗震設(shè)防的思想最早是在核電站抗震設(shè)計(jì)中提出的，以后逐漸在37長(zhǎng)期以來，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的基本目標(biāo)是避免結(jié)構(gòu)倒塌破壞，其它的設(shè)防目標(biāo)則被隱含地認(rèn)為自動(dòng)滿足，并沒有一個(gè)特定的程序用于評(píng)估結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否滿足這些設(shè)防目標(biāo)。從最近十幾年國(guó)內(nèi)外發(fā)生的幾次都市地震的震害經(jīng)驗(yàn)中，人們認(rèn)識(shí)到，過去的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防思想存在一定缺陷，尤其對(duì)城市生命線工程的抗震設(shè)防問題。由此產(chǎn)生了一種新的抗震設(shè)防思想—基于性能的抗震設(shè)計(jì)（performancebasedseismicdesign）。性能設(shè)計(jì)思想目前已被廣泛認(rèn)為是未來結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范發(fā)展的基本思想。長(zhǎng)期以來，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的基本目標(biāo)是避免結(jié)構(gòu)倒塌破壞，其它的設(shè)38第三章-工程結(jié)構(gòu)抗震概論課件39第三章-工程結(jié)構(gòu)抗震概論課件403.4抗震設(shè)計(jì)極限狀態(tài)概念對(duì)結(jié)構(gòu)靜力設(shè)計(jì)而言，極限狀態(tài)指一個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分達(dá)到一個(gè)使它不適合使用的特殊狀態(tài)。兩類極限狀態(tài)：即正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)。對(duì)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)而言，由于作為結(jié)構(gòu)外部作用的地震動(dòng)性質(zhì)不同于靜力荷載，因此抗震設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)概念與靜力設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)概念不盡相同。從結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的發(fā)展看，采用分級(jí)抗震設(shè)防原則是必然趨勢(shì)。以下從分級(jí)抗震設(shè)防思想出發(fā)，定義結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的極限狀態(tài)概念。3.4抗震設(shè)計(jì)極限狀態(tài)概念對(duì)結(jié)構(gòu)靜力設(shè)計(jì)而言，極限狀態(tài)指一41正常使用極限狀態(tài)：該極限狀態(tài)與靜力設(shè)計(jì)中使用的概念基本一致?；炷两Y(jié)構(gòu)達(dá)到正常使用極限狀態(tài)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)較多的裂縫，但裂縫寬度應(yīng)受到限制，鋼筋不會(huì)發(fā)生明顯屈服，混凝土保護(hù)層不出現(xiàn)剝落。結(jié)構(gòu)一般不受損壞或不需修理仍可繼續(xù)使用。結(jié)構(gòu)處于正常使用極限狀態(tài)時(shí)，結(jié)構(gòu)基本上保持彈性狀態(tài)。正常使用極限狀態(tài)：該極限狀態(tài)與靜力設(shè)計(jì)中使用的概念基本一致。42有限損壞極限狀態(tài)：該極限狀態(tài)主要是用于控制結(jié)構(gòu)的破壞程度?；炷两Y(jié)構(gòu)達(dá)到有限損壞極限狀態(tài)時(shí)，鋼筋發(fā)生明顯屈服，導(dǎo)致較寬的裂縫，混凝土保護(hù)層可能剝落，但不應(yīng)出現(xiàn)箍筋斷裂或縱向鋼筋的屈曲現(xiàn)象，而且塑性鉸區(qū)域的核心混凝土無須更換。結(jié)構(gòu)經(jīng)表面修復(fù)或不需修理仍可繼續(xù)使用。有限損壞極限狀態(tài)給出了能經(jīng)濟(jì)地修復(fù)的破壞與不能修復(fù)或不能經(jīng)濟(jì)地修復(fù)的破壞之間的界限。有限損壞極限狀態(tài)：該極限狀態(tài)主要是用于控制結(jié)構(gòu)的破壞程度。43免倒塌極限狀態(tài)：該極限狀態(tài)是為了確保結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生倒塌或危及生命的嚴(yán)重破壞。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)是防止結(jié)構(gòu)在預(yù)期的地震作用下倒塌破壞。混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)到免倒塌極限狀態(tài)時(shí)，結(jié)構(gòu)可能大量損壞，修復(fù)可能是不經(jīng)濟(jì)的，或者在技術(shù)上是不可行的。結(jié)構(gòu)處于免倒塌極限狀態(tài)時(shí)，結(jié)構(gòu)的側(cè)向抗力早已不足于抵抗地震作用，而且由于結(jié)構(gòu)破壞，側(cè)向抗力已經(jīng)明顯下降。此時(shí)結(jié)構(gòu)保持不倒的關(guān)鍵是其非彈性變形能力。免倒塌極限狀態(tài)：該極限狀態(tài)是為了確保結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生倒塌或危及生443.5結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)基本參數(shù)工程結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度和延性，是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的三個(gè)基本參數(shù)。1．剛度剛度：?jiǎn)挝蛔冃螚l件下，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在變形方向所施加的力的大小。這個(gè)量值將荷載或作用力與結(jié)構(gòu)的變形聯(lián)系起來。剛度和材料特性及截面特性相關(guān)：

用力彎折直徑和長(zhǎng)度相等的實(shí)心鋼管和木頭，哪個(gè)費(fèi)勁？

用力彎折長(zhǎng)度相等而直徑不等的實(shí)心鋼管，哪個(gè)費(fèi)勁？3.5結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)基本參數(shù)工程結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度和延性，是結(jié)45力的不同導(dǎo)致剛度叫法的不同：抗彎剛度：產(chǎn)生單位曲率所需要的彎矩?？辜魟偠龋喊l(fā)生單位剪切變形需要的剪力?？古偠龋喊l(fā)生單位扭轉(zhuǎn)角所需要的扭矩。抗推剛度：發(fā)生單位水平位移所需要的推力。力的不同導(dǎo)致剛度叫法的不同：46剛度有短期剛度和長(zhǎng)期剛度之分，一般情況下，混凝土結(jié)構(gòu)梁截面的抗彎剛度是不斷變化的，隨著時(shí)間增長(zhǎng)而不斷減小，試驗(yàn)表明一般在3年后趨于穩(wěn)定。原因：混凝土結(jié)構(gòu)的收縮徐變、鋼筋的應(yīng)力松弛造成截面有效截面減小，剛度降低。預(yù)應(yīng)力可以提高構(gòu)件剛度的主要原因：預(yù)應(yīng)力使混凝土構(gòu)件處于線彈性狀態(tài)，不開裂。剛度有短期剛度和長(zhǎng)期剛度之分，一般情況下，混凝土結(jié)構(gòu)梁截面的47為了正確可靠地計(jì)算結(jié)構(gòu)在地震側(cè)向力作用下的變形，進(jìn)而控制其變形，必須估算出結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度。對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的估計(jì)值將直接影響到對(duì)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)位移的預(yù)期值。橋梁抗震設(shè)計(jì)中，過去常常使用全截面剛度代替開裂截面剛度，因?yàn)槿孛鎰偠却笥陂_裂截面剛度，人為低估了結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)位移，導(dǎo)致地震中出現(xiàn)落梁震害的嚴(yán)重后果。為了正確可靠地計(jì)算結(jié)構(gòu)在地震側(cè)向力作用下的變形，進(jìn)而控制其變482．強(qiáng)度要保證工程結(jié)構(gòu)在預(yù)期的地震作用下免遭破壞，結(jié)構(gòu)必須具有足夠的強(qiáng)度，以抵抗結(jié)構(gòu)在其彈性地震反應(yīng)時(shí)所產(chǎn)生的地震內(nèi)力效應(yīng)。強(qiáng)度：材料在外力作下抵抗永久變形和斷裂的能力。按外力作用的性質(zhì)不同，主要有抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等。

抗壓強(qiáng)度--材料承受壓力的能力?？估瓘?qiáng)度--材料承受拉力的能力?？箯潖?qiáng)度--材料對(duì)致彎外力的承受能力?？辜魪?qiáng)度--材料承受剪切力的能力。2．強(qiáng)度要保證工程結(jié)構(gòu)在預(yù)期的地震作用下免遭破壞，結(jié)構(gòu)必須具49對(duì)于發(fā)生概率很低的地震，如475年一遇的地震（通常對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)地震水平），結(jié)構(gòu)為抵抗其激起的彈性地震力，需要相當(dāng)高的強(qiáng)度。對(duì)于一般性工程結(jié)構(gòu)，如果確實(shí)這樣做的話，意味著經(jīng)濟(jì)上的極大浪費(fèi)。因此實(shí)際在設(shè)計(jì)時(shí)，強(qiáng)度通常只取對(duì)應(yīng)彈性地震力的一小部分，如15%到25%，并依靠結(jié)構(gòu)的非彈性變形能力，使結(jié)構(gòu)在地震中得以幸存。對(duì)于發(fā)生概率很低的地震，如475年一遇的地震（通常對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)503．延性為了把嚴(yán)重的破壞降低到最低限度，并確保帶有適度抗倒能力的工程結(jié)構(gòu)免于倒塌，當(dāng)大地震迫使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大變形時(shí)（這些變形可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了彈性范圍），結(jié)構(gòu)必須仍能維持其大部分初始強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或材料用于抵抗其在非彈性反應(yīng)范圍內(nèi)的變形的能力，通常用延性這個(gè)術(shù)語來描述。延性是位于地震區(qū)的工程結(jié)構(gòu)所必須具備的一個(gè)無比重要的特性。延性好的結(jié)構(gòu)，構(gòu)件或構(gòu)件在達(dá)到屈服或最大承載能力狀態(tài)后仍能吸收一定量的能量，能避免脆性破壞的發(fā)生。3．延性為了把嚴(yán)重的破壞降低到最低限度，并確保帶有適度抗倒能513.6結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)原則合理的抗震設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)出來的結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)度、剛度和延性等指標(biāo)上有最佳的組合，使結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)防的目標(biāo)。要達(dá)到這個(gè)要求，就需要設(shè)計(jì)工程師深入了解對(duì)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)有重要影響的基本因素，并具有豐富的經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)造力，而不僅僅只是按規(guī)范的規(guī)定執(zhí)行。3.6結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)原則合理的抗震設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)出來的結(jié)構(gòu)，52抗震設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能遵循如下一些基本原則，這些原則基于歷次的工程結(jié)構(gòu)震害教訓(xùn)和當(dāng)前公認(rèn)的理論認(rèn)識(shí)。主要包括：（1）場(chǎng)地選擇（2）體系的整體性和規(guī)則性（3）結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的強(qiáng)度與延性的均衡（4）能力設(shè)計(jì)原則（5）多道抗震防線抗震設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能遵循如下一些基本原則，這些原53一、場(chǎng)地選擇除了根據(jù)地震安全性分析盡量選擇比較安全的場(chǎng)址之外，還要考慮一個(gè)地區(qū)內(nèi)的場(chǎng)地選擇。選擇的基本原則：避開地震時(shí)可能發(fā)生地基失效的松軟場(chǎng)地，選擇堅(jiān)硬場(chǎng)地。基巖、堅(jiān)實(shí)的碎石類地基、硬粘土地基都是理想的場(chǎng)地；飽和松散粉細(xì)砂、人工填土、極軟的粘土地基、不穩(wěn)定的坡地及其影響可及的場(chǎng)地都是危險(xiǎn)地區(qū)。在地基穩(wěn)定的