防災減災工程第九章

防災減災工程第九章DisasterPreventionandMitigationEngineering第9章

防災減災工程

第9章防災減災工程

【教學要求】了解地震災害、風災害、火災害、洪水災害、地質(zhì)災害和爆炸災害等破壞的特點；了解結構抗震和抗風設計的基本原理和基本原則，建筑的耐火和隔火設計，防洪設計原則和設計標準，滑坡、崩塌、泥石流和地面沉降的防治以及防止爆炸倒塌的結構設計原則；培養(yǎng)一定的防災減災設計觀念與習慣。【教學重點】典型土木工程災害實例【教學難點】

防災減災的原則及方法第9章防災減災工程

9.1防災減災概述

9.1.1災害產(chǎn)生的原因定義：自然的、人為的或人與自然的共同原因，對人類的生存和社會的發(fā)展造成損害的各種現(xiàn)象。分類：自然災害：地震、風災、洪水、海嘯、山崩、泥石流等。社會原因：水質(zhì)及大氣污染、火災、噪音、交通事故、坑道塌陷等。危及人類生命和健康，威脅人類正常生活。破壞公益設施和公私財產(chǎn)，造成嚴重經(jīng)濟損失。破壞資源和環(huán)境，威脅國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

地震是由于地殼破壞引發(fā)的地面運動，這種地面運動對人工建筑物可以造成嚴重破壞。第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.1地震震害

1976年唐山大地震唐山于1976年7月28日凌晨3點42分發(fā)生地震。震中東經(jīng)118度11分，北緯39度38分，震級7.8級，震中烈度11度，震源深11公里。是時，人正酣睡，萬籟具靜。突然，地光閃射，地聲轟鳴，房倒屋塌，地裂山崩。數(shù)秒之內(nèi)，百年城市建設夷為墟土，24萬城鄉(xiāng)居民于瓦礫，16萬多人頓成傷殘。7,000多家庭斷門絕煙。此難使京津披創(chuàng)，全國震驚，蓋有史以來為害最烈者。

第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.1地震震害

臺灣1999年“九·二一”大地震造成的經(jīng)濟損失據(jù)島內(nèi)各縣市的統(tǒng)計數(shù)字顯示，這次大地震共造成二千四百零三人死亡，重輕傷九千四百零六人，失蹤四十一人。該統(tǒng)計數(shù)字還顯示，這次地震造成全島房屋全倒的有四萬六千間，半倒的有三萬四千多間。其中以南投縣和臺中縣最多，全倒的占四萬一千多間，半倒的占三萬零六百多間。初步估計重建家園經(jīng)費需新臺幣一千六百億元。第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.1地震震害

2008年汶川大地震汶川大地震發(fā)生于2008年5月12日北京時間14時28分04.1秒，震中位于中國四川省阿壩藏族羌族自治州汶川縣境內(nèi)，四川省省會成都市西北偏西方向90千米處。根據(jù)中國地震局的數(shù)據(jù)，此次地震的面波震級為8.0Ms，矩震級達到了8.3Mw，破壞地區(qū)超過10萬平方千米。地震烈度可能達到11度，大部分磚石建筑及木屋連地基摧毀，橋梁毀壞，地下管道失去作用，鐵路軌道明顯彎曲。第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.1地震震害泥石流第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.1地震震害

2004年12月26日，印度洋海底爆發(fā)了里氏9.0級強烈地震，引發(fā)了印度洋大海嘯，巨浪以每小時800km的起始速度沖向海岸。

地震帶來的次生災害：海嘯第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.1地震震害海嘯前的平靜

海嘯的出現(xiàn)

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9.2地震災害與防震減災

9.2.1地震震害時間地點M死亡人數(shù)時間地點M死亡人數(shù)1905.04.041906.04.181920.12.161923.09.011927.03.071933.03.021935.05.301939.01.251939.12.261946.12.201948.06.281952.07.21克什米爾美國舊金山中國海原日本關東日本丹后日本三陸沖巴基斯坦智利土耳其日本南海道沖日本福井美國加州8.68.38.68.37.98.97.58.37.98.47.37.71.9萬7萬余20萬余10萬死，4萬不明3千3千3萬3萬2.3萬千余千余10人1960.05.221964.03.281964.06.161970.05.311971.02.091972.04.101972.12.231975.02.041976.07.281989.1994.01.171995.1999.08.17智利美國阿拉斯加日本新舄秘魯美國加州伊朗馬拉瓜中國海城中國唐山美國加州美國加州日本兵庫縣土耳其8.37.97.47.76.67.06.57.07.66.77.27.4日本死120人130人26人4萬65人1.7萬1萬1.3萬24萬55人5438人1.7萬余第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.1地震震害地震的破壞作用1975年，海城地震，山坡上出現(xiàn)的地裂縫，延伸長度5.5km，最大寬度70cm。1976年，唐山地震，唐山市供電局附近震后概貌。第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.1地震震害唐山地震，唐山市第十中學，房屋A與屋基B右旋錯動，水平位移達1.2m；運行的列車脫軌。第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.1地震震害1976年，唐山地震，40次列車正行駛在唐坊車站北。內(nèi)燃機車頭燒毀，前6級車廂翻倒或傾斜出軌。鐵軌彎曲第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.1地震震害1975年，海城地震，營口市中板廠機修車間，屋頂幾乎全部震落，車間設備遭到毀壞。1976年，唐山地震，唐山市文化路青年宮，為磚混結構二層樓房，7.8級地震時倒塌一層，7.1地震時除4根門柱外，全部坍塌。第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.1地震震害開灤煤礦醫(yī)院，為5層磚混結構（局部7層），僅西部轉角殘存。豐南縣某磚廠磚煙囪倒毀，磚窯嚴重破壞。唐山市勝利橋為鋼筋混凝土結構，墩斷橋塌唐山地震，第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.1地震震害1976年，唐山地震，唐山市機車車輛廠震后全貌。1976年，唐山地震，京榆公路灤河大橋，橋墩折斷，橋面塌落。第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.1地震震害1995年，日本阪神地震，鋼筋混凝土大樓底層毀壞而傾斜。1995年，日本阪神地震，建筑物象“壓餅”式的破壞。第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.1地震震害1995年，日本阪神地震，神戶3號線公路立交橋側倒。日本阪神地震，西宮港大橋防落梁銷錯落，引橋落梁。第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.1地震震害輕型鋼框架結構嚴重傾斜，但未倒。磚石結構教堂嚴重傾斜，無法使用。漢沽天津旭日化工廠，高26m的水塔倒塌第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.1地震震害1995年，日本阪神地震，老舊木結構一塌到底。第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.1地震震害1995年，日本阪神地震，工業(yè)油罐傾斜。第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.1地震震害地震前地震后地陷冒砂第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.2地震成因地震的成因與類型理論基礎：大陸漂移說、海底擴張說、板塊構造說。全球六大板塊：歐亞、太平洋、美洲、非洲、印澳和南極板塊類型：構造地震火山地震陷落地震第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.2地震成因2008年全球4級以上地震震中分布圖及我國地震帶及強震帶分布第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.2地震成因震源震中震中距地震震級：根據(jù)地震儀測得的地震波振幅，來表示地震釋放能量大小的一種量度。有兩種標度形式：體波震級（里氏震級）和面波震級；地震烈度：指地面及房屋等建筑物受地震破壞的程度。第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.2地震成因對同一個地震，不同的地區(qū)，烈度大小是不一樣的。距離震源近，破壞就大，烈度就高；距離震源遠，破壞就小，烈度就低小于三度：人無感受，只有儀器能記錄到；三度：夜深人靜時人有感受；四-五度：睡覺的人驚醒，吊燈擺動；六度：器皿傾倒、房屋輕微損壞；六-七：房屋破壞，地面裂縫；九-十度：房倒屋塌，地面破壞嚴重；十-十二度：毀滅性的破壞地震時地面受到的影響或破壞程度；等震線：地面上相同烈度點的連接線第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.2地震成因地震P波

類似于空氣中傳播的聲波縱波（P波）速度地殼內(nèi)6km/s（彈性地球介質(zhì)）地幔內(nèi)8km/s

地核內(nèi)11km/s大地震發(fā)生時，震中附近的人們首先會感覺到一個強烈的上下顛簸形式的震動，這就是地震P波的作用。第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.2地震成因地震S波橫波（S波）速度地殼內(nèi)4km/s地幔內(nèi)4.5km/s（彈性地球介質(zhì)）外核0 內(nèi)核3.5km/s

人們在感覺到一個上下顛簸的P波震動之后，會有一個短暫的停頓，然后會是一個更加猛烈的水平搖動，持續(xù)的時間也相對長一些，大多數(shù)房屋在上下顛簸變“酥”之后，便在水平搖晃中進一步毀壞倒塌，這就是地震S波的作用。第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.2地震成因地震面波第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.2地震成因特大地震發(fā)生之后，如果其震源很淺，在地震S波之后，會有一個速度略小于S波，大約為S波速度0.9倍的面波緊隨其后，沿著地表傳播，由于面波的衰減比體波要小，所以能夠傳播得更遠，時間持續(xù)得更長，地震面波的傳播特征，某種程度上可以類比于海面上的波浪傳播，既有上下震動，又有水平搖晃。這次汶川特大地震，遠離震中的地方，例如北京高樓上的人們可以感覺到明顯的既上下又水平的震動與搖晃，部分人群會有眩暈的感覺，便是這種地震面波作用的結果。第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災地震動三要素：振幅、頻譜、持時工程抗震設防的基本原則小震不壞、中震可修、大震不倒地震來了怎么辦？不要盲目出逃

1979年溧陽地震，死亡人員中的90％、重傷人員中的80％是在門口擠壓所造成。找堅實處躲避第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災減震、隔震、抗震第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災基礎隔震隔震技術基本原理：通常在上部結構與基礎之間設置隔震支座和消能裝置，阻隔地面運動向上部結構的傳遞，從而減少上部結構的地震反應。第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災隔震效果傳統(tǒng)房屋地震時激烈晃動，房屋加速度放大100%250%梁柱裂,內(nèi)部裝飾,設備破壞隔震房屋地震時緩慢平動(長周期)房屋加速度減少100%

40%，結構彈性(變形集中在柔軟支座)，保護結構和內(nèi)部裝飾,設備隔震/不隔震=1/6第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災振動臺試驗第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災隔震技術應用概況世界三國隔震結構研究和工程應用特色:日本:大量試驗研究,有規(guī)程(1992指導書)已建近3200幢,世界最高隔震住宅樓43層美國:大量試驗研究,有規(guī)程(1986UBC)已建近100幢,世界規(guī)模最大隔震加固歷史建筑28層中國:大量試驗研究,有規(guī)程(2001規(guī)程,規(guī)范,標準)已建近500幢,世界面積最大隔震住宅樓群50萬M2(48棟)第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災我國設計和建成隔震房屋近500幢（至2004）民用住宅70%、重要建筑20%、其它10%。中國隔震工程分布第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災宿遷文體館：空間鋼筋混凝土框架結構、鋼網(wǎng)殼屋蓋體系，4500座，約13000m2；縱向長80m，橫向寬62m，最大高度23.6m第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災最大響應:隔震/非隔震，1/4.2第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災北京地鐵地面樞紐站大面積平臺上隔震住宅樓(建設中)●RC大平臺（2000米

1500米）上建造48幢9層的隔震住宅樓●隔震建筑面積

480,000平方米目前世界面積最大隔震建筑群第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災北京地鐵地面樞紐站RC平臺上隔震支座施工安裝第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災北京地鐵地面樞紐站隔震住宅樓技術經(jīng)濟效益：房屋抗震安全度提高4倍平臺的地震反應降為2/3住宅面積增加近10萬平方米（房屋從6層增加到9層）直接增創(chuàng)產(chǎn)值6.0億元(6000元/平方米)(未計間接效益）第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災太原市商住樓19層（基底隔震）目前我國最高隔震建筑第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災宿遷市人防指揮大樓本工程在地下室頂板上設置疊層橡膠隔震支座隔震支座布置在地下一層柱的柱頂、地上一層柱的柱底之間第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災日本超高層（43層）隔震住宅大樓（大坂市）第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災東京某高層住宅基礎隔震（地上21層、地下3層）（在建）

采用方形和圓形的鉛芯橡膠支座第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災南疆鐵路布谷孜鐵路隔震橋（9孔，各32米）2000年通車第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災隔震技術發(fā)展趨勢隔震技術在抗震加固領域的應用采用隔震技術進行抗震加固第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災掘削新基礎作成插入隔震支座第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災高阻尼橡膠隔震支座第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災隔震技術在橋梁工程中的應用第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災隔震技術在地鐵工程中的應用廣州地鐵隔震工程第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災工業(yè)及軍用設施基礎隔震第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災地下堡壘基礎隔震—伊拉克總統(tǒng)府地下指揮所（彈簧橡膠隔震體系）位于總統(tǒng)府大樓地下12～18米深處，為三層加固鋼筋混凝土建筑物，鋼筋混凝土墻壁厚度達1.8～2.4米，指揮所上部為普通地下室和防爆板，地下室高約2米，離地面10米深處有一0.6米厚的防爆板，能承受500磅炸彈直接命中打擊。指揮所的抗震性能很強，整個建筑坐落在厚1.2米的堅實橡膠基礎上。橡膠基礎有數(shù)十個孔，上面安裝有直徑0.6米、高約1.2米、重約690千克的彈簧裝置，可形成彈簧橡膠隔震體系。螺旋彈簧在最大壓縮情況下能支承約30噸重的載荷，可以起到極大的緩沖作用。指揮所和圍土之間的間隙可允許指揮所能有一定的位移。第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災伊拉克地下防衛(wèi)工程第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災隔震技術在文物保護領域的應用第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災空氣彈簧隔振基礎技術—搭建超精密測試平臺的關鍵技術應用于電子元器件、航天、航海、光學等領域第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災電子元器件：某半導體公司生產(chǎn)廠房位于城市主干道旁，汽車的振動對光刻機有影響。為6臺光刻機分別配置了空氣彈簧隔振裝置。此裝置隔振體系固有振動頻率垂直向1.1Hz，水平向2.2Hz，有良好的阻尼比，隔除了大型車輛的振動影響，滿足了半導體生產(chǎn)設備的使用要求。航海：某艦船研究所國家專項工程設計了大型結構動性能實驗臺座，其性能指標要求極高，使用空氣彈簧隔振。航天：航天部某所國家專項工程設計建造了超大型空間光學實驗隔振臺座。臺座長21.7m，重約300t，采用空氣彈簧隔振，性能先進。光學：中國國家天文臺設計建造的空間太陽望遠鏡光學實驗隔振臺座，為豎向檢測系統(tǒng)，防微振要求極高，建成的臺座4m×4m，重85t，采用空氣彈簧隔振，建成后的使用證明，隔振性能十分優(yōu)異。第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災消能減震：在房屋、橋梁等結構中設置消能裝置，通過消能裝置消耗地震、風輸入結構的大部分振動能量。消能裝置通常采用兩大類：速度相關型阻尼器－粘滯阻尼器、粘滯阻尼墻、粘彈性阻尼器等位移相關型阻尼器－摩擦阻尼器、軟鋼消能裝置等第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災消能支撐（軟鋼屈服）廠房（1980）第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災宿遷市教育大廈（粘滯阻尼器）第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災Pall摩擦支撐第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災美國世貿(mào)雙塔樓采用粘彈性阻尼器每塔樓10000個第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災粘滯阻尼墻第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災TMD在房屋建筑中的應用第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災主動與半主動控制第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災杭州灣大橋工程（兩座斜拉橋、一座海中平臺）第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災應用于抗震加固領域北京火車站第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災應用于大跨橋梁減震第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災應用于航天、航海等領域阻尼器航海用陀螺儀第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災將阻尼器應用于火箭發(fā)射架，以吸收能量、應用于電子元器件領域第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災應用于重工業(yè)領域第9章防災減災工程

9.2地震災害與防震減災

9.2.3地震防災TMD在建筑、機械等領域的應用日本TMD模擬裝置美國某體育場看臺TMD減震阻尼器彈簧質(zhì)量塊第9章防災減災工程

9.3風災害與抗風設計

9.3.1風災害建筑物主要指超高層結構，非地震區(qū)，風荷載起控制作用。風荷載的持續(xù)時間長、頻率高、危害大。橋梁主要表現(xiàn)為橋梁的共振作用。

1940年，美國華盛頓州塔科馬橋，主跨853m，當時風速僅56－67km/h，經(jīng)1小時劇烈振動后，在支承處一些吊桿開始疲勞斷裂，橋體落入水中。由于空氣的動力作用引起的失穩(wěn)破壞。第9章防災減災工程

9.3風災害與抗風設計

9.3.1風災害美國塔卡馬大橋在大風中倒塌第9章防災減災工程

9.3風災害與抗風設計

9.3.1風災害明石海峽大橋1998年4月5日，世界上目前最長的吊橋——日本明石海峽大橋正式通車。大橋坐落在日本神戶市與淡路島之間，全長3911米，主橋墩跨度1991米。兩座主橋墩海拔297米，基礎直徑80米，水中部分高60米。兩條主鋼纜每條約4000米，直徑1.12米，由290根細鋼纜組成，重約5萬噸。第9章防災減災工程

9.3風災害與抗風設計

9.3.2抗風設計橋梁拉索的減振南京二橋阻尼器

多多羅橋橡膠減振圈

錢江三橋液壓阻尼器

粘滯剪切型阻尼器

表面設置凹洞諾曼底橋索套外加上的螺旋形凸起第9章防災減災工程

9.4火災與建筑防火

9.4.1火災鋼材在500℃時，強度降為原值的9％，15分鐘即倒。我國在78-88年，平均每天發(fā)生火災112起，死亡7人、傷10人，經(jīng)濟損失80萬元；新疆克拉瑪依，“12.8”特大火災，死亡325人，其中中小學生288人、干部教師37人，受傷住院130人。深圳龍崗區(qū)致麗工藝制品廠火災，死亡87人、傷51人，直接經(jīng)濟損失800萬元