抗震工程概論(電子教案6).docx

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1、Adesignearthquakeisaspecificationofthe清華大學(xué)土木工程系研究生課講義抗震工程概論教案第6講第二部分設(shè)計(jì)地震為了對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析，而要開(kāi)展結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析，則需要預(yù)估作用在結(jié)構(gòu)上的地震動(dòng)，即必須確定地震動(dòng)輸入。確定一個(gè)工程場(chǎng)地的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)采用的地震地面運(yùn)動(dòng)，就稱(chēng)為設(shè)計(jì)地震（seismicgroundmotionatasiteusedfortheearthquakeresistantdesignofastructure.）。地震地面運(yùn)動(dòng)主要控制因素包括峰值加速度（速度、位移）、頻譜

2、。設(shè)計(jì)地震可以是：??場(chǎng)地反應(yīng)譜（由危險(xiǎn)性分析給出）?反應(yīng)譜?平均反應(yīng)譜（由規(guī)范給出）????實(shí)際地震記錄?加速度時(shí)程???人工地震波?設(shè)計(jì)什么樣的地震動(dòng)是由結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析方法確定的，而采用什么樣的分析方法，則與結(jié)構(gòu)的性質(zhì)和重要程度以及地震環(huán)境有關(guān)。當(dāng)設(shè)計(jì)的地震動(dòng)用于工程抗震設(shè)計(jì)（包括一般工程、特殊和重大工程等）時(shí)，規(guī)范平均反應(yīng)譜—適用于一般工程；場(chǎng)地反應(yīng)譜—適用于一般或較重要工程；加速度時(shí)程—適用于特殊或重大工程（如，核電站、大壩、大橋、超高層結(jié)構(gòu)）。各類(lèi)工程對(duì)設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)的要求可見(jiàn)下表。各類(lèi)工程對(duì)設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)的要求工程一般房屋超高層、儲(chǔ)油罐

3、地下埋置管線大跨度橋梁核電站要求峰值加速度ap長(zhǎng)周期反應(yīng)譜地下變形u長(zhǎng)周期反應(yīng)譜一組時(shí)程a(t)反應(yīng)譜SaSa、Sv、Sd橋墩差動(dòng)當(dāng)前地震動(dòng)的三種估計(jì)途徑包括：①通過(guò)地震烈度估計(jì)，再利用烈度I與地震動(dòng)的關(guān)系將烈度轉(zhuǎn)換為地震動(dòng)。②根據(jù)強(qiáng)震觀測(cè)結(jié)果，尋求地震動(dòng)與震級(jí)M、震源特征、傳播介質(zhì)、場(chǎng)地影響的統(tǒng)計(jì)規(guī)律(衰減規(guī)律)，然后直接用此衰減規(guī)律來(lái)估計(jì)地震動(dòng)。③通過(guò)震源機(jī)制理論分析，應(yīng)用動(dòng)力學(xué)原理，計(jì)算出地面附近的地震動(dòng)。1清華大學(xué)土木工程系研究生課講義抗震工程概論教案第6講第6章地震危險(xiǎn)性分析及地震安全性評(píng)價(jià)6.1地震危險(xiǎn)性分析的定義地震危險(xiǎn)性分析（Seis

4、michazardanalysis）：用概率統(tǒng)計(jì)方法評(píng)價(jià)在未來(lái)一定期限內(nèi)某工程場(chǎng)地遭受不同地震作用的可能性。地震危險(xiǎn)性分析即是在概率的含義上推測(cè)工程可能受到的地震威脅或危險(xiǎn)。在詳細(xì)介紹危險(xiǎn)性分析方法之前，先介紹一下地震危害性分析和危險(xiǎn)性分析的關(guān)系。地震危害性分析（Seismicriskanalysis）：估計(jì)地震發(fā)生時(shí)，工程可能受到的損害或結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)某種破壞狀態(tài)的概率。即分析地震對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)影響等于或超過(guò)一定值的概率。地震危險(xiǎn)性和地震危害性的關(guān)系：地震危害性（risk）＝地震危險(xiǎn)性（hazard）×易損性（vulnerability）易損性（vuln

5、erability）：結(jié)構(gòu)物不同破壞程度的概率分布。結(jié)構(gòu)地震易損性研究就是估計(jì)結(jié)構(gòu)物的抗震能力（強(qiáng)度或變形）。圖6.1為某一混凝土橋梁的地震易損性曲線。圖6.1某一鋼筋混凝土橋的地震易損性曲線（Seismicfragilitycurves）對(duì)于設(shè)計(jì)地震，將涉及危險(xiǎn)性分析。進(jìn)行地震危險(xiǎn)性分析的目的主要包括：1、用于結(jié)構(gòu)危害性分析；2、確定給定場(chǎng)地的設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)，用于工程設(shè)計(jì)。為工程設(shè)計(jì)服務(wù)，通過(guò)地震危險(xiǎn)性分析可以給出地震區(qū)劃（在地圖上標(biāo)出不同地震危險(xiǎn)程度的區(qū)劃），可用于一般工程設(shè)計(jì)；也可以給出具體場(chǎng)地的設(shè)計(jì)地震動(dòng)（參數(shù)），一般是ap（在一定超越概率下

6、），有時(shí)是反應(yīng)譜Sa(T)或加速度時(shí)程a(t)，可以用于一般和重要工程的抗震設(shè)計(jì)。圖6.2為地震危險(xiǎn)作用評(píng)價(jià)框圖，圖中給出了進(jìn)行地震危險(xiǎn)性分析時(shí)所涉及的內(nèi)容，包括地震震源、傳播途徑和局部場(chǎng)地條件。2清華大學(xué)土木工程系研究生課講義抗震工程概論教案第6講震源途徑場(chǎng)地時(shí)間地殼結(jié)構(gòu)土層反應(yīng)強(qiáng)度速度分層場(chǎng)地效應(yīng)地點(diǎn)地震波傳播深度介質(zhì)吸能機(jī)制圖6.2地震危險(xiǎn)作用評(píng)價(jià)框圖地震危險(xiǎn)性分析方法從二十世紀(jì)提出以來(lái)已形成了新的學(xué)科分枝。二十世界50年代初期日本地震學(xué)家河角廣提出了簡(jiǎn)單概率方法，1968年美國(guó)Cornell首先提出了地震危險(xiǎn)性分析概率估計(jì)方法。而在以前對(duì)地震

7、危險(xiǎn)性是作為一種確定性現(xiàn)象處理，這導(dǎo)致只要在一個(gè)低烈度區(qū)發(fā)生了一次大震，便認(rèn)為這個(gè)烈度區(qū)劃是要不得的，而現(xiàn)在已認(rèn)識(shí)到地震的發(fā)生在時(shí)間、空間和強(qiáng)度大小等方面都有很大的不確定性，需要用概率方法來(lái)反映危險(xiǎn)性，即用一定的超越概率來(lái)表示。實(shí)際的地震危險(xiǎn)性評(píng)定工作已經(jīng)歷了三次較大的發(fā)展階段。開(kāi)始為確定性方法，現(xiàn)在采用的方法和發(fā)展方向是概率方法。1968年美國(guó)Cornell提出的地震危險(xiǎn)性分析概率方法已廣泛應(yīng)用于地震區(qū)劃，在這一方法中對(duì)地震活動(dòng)的時(shí)、空、強(qiáng)的分布特征有以下幾個(gè)基本假設(shè)：1）地震活動(dòng)是非均勻的，地震只發(fā)生在一些特定的區(qū)域內(nèi)，這些特定的區(qū)域稱(chēng)為潛在震源

8、區(qū)。而在潛在震源區(qū)內(nèi)，地震發(fā)生的可能性處處相同（等可能性）。潛在震源區(qū)的劃分是綜合歷史地震、大地構(gòu)造和地質(zhì)條