橋梁動(dòng)力分析與抗震設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)室302室教學(xué)內(nèi)容

第一章概述

1.1地震的初步知識(shí)

1.2地震災(zāi)害

1.3橋梁震害

1.4場地和地基

第二章橋梁抗震概論

2.1橋梁抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)與抗震設(shè)計(jì)流程

2.2抗震概念設(shè)計(jì)

2.3地震地面運(yùn)動(dòng)特性及設(shè)計(jì)地震動(dòng)

第三章地震反應(yīng)分析

3.1反應(yīng)譜方法

3.2動(dòng)力時(shí)程分析方法

第四章橋梁抗震設(shè)計(jì)

4.1延性抗震設(shè)計(jì)

4.2減隔震設(shè)計(jì)

第五章運(yùn)用MIDAS/ANSYS軟件進(jìn)行抗震分析

5.1模態(tài)分析

5.2反應(yīng)譜分析

5.3時(shí)程分析

5.4靜力彈塑性分析(Pushover分析)橋梁工程結(jié)構(gòu)工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制橋梁抗震有限元軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理橋梁健康監(jiān)測隨機(jī)振動(dòng)橋梁風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估材料本構(gòu)關(guān)系關(guān)系第一章概述地震是地殼運(yùn)動(dòng)的一種表現(xiàn)，與地質(zhì)構(gòu)造有密切的關(guān)系。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年大約發(fā)生500萬次地震，其中1%是有感地震，只有十幾次是破壞地震。1.1地震的初步知識(shí)1.2地震災(zāi)害1.3橋梁震害1.4場地和地基1.1地震的初步知識(shí)世界上絕大多數(shù)的地震都發(fā)生在地殼這一層內(nèi)地球的構(gòu)造地震按其成因分為：火山地震、陷落地震、構(gòu)造地震和誘發(fā)地震一地震的成因和類型地震工程研究的主要對(duì)象：構(gòu)造地震。地球內(nèi)部巖層構(gòu)造活動(dòng)在某些階段發(fā)生急劇變化引起的。發(fā)生的次數(shù)最多（約為全球地震總數(shù)的90%），涉及范圍最廣，釋放能量最大，造成危害也最大。構(gòu)造地震的成因：由于地應(yīng)力在某一地區(qū)逐漸增加，巖石變形也不斷增加，到一定時(shí)候，在巖石比較薄弱的地方突然發(fā)生斷裂錯(cuò)動(dòng)，部分應(yīng)變能突然釋放，其中一部分能量以波的形式在地層中傳播，引起地面振動(dòng)，就產(chǎn)生了地震。構(gòu)造地震與地質(zhì)構(gòu)造密切相關(guān)，往往發(fā)生在地應(yīng)力比較集中、構(gòu)造比較脆弱的地段，即原有斷層的端點(diǎn)或轉(zhuǎn)折處、不同斷層的交匯處。地應(yīng)力的產(chǎn)生（板塊構(gòu)造說）：地球表面的巖石層由六大板塊和若干小塊組成，板塊之間處于拉伸、擠壓和剪切狀態(tài)，從而產(chǎn)生地應(yīng)力。地球上的主要地震帶就在這些大板塊的交界地區(qū)。地震術(shù)語：震源震源深度震中震中距按震源的深度分類：淺源地震（<60km）、中源地震（60~300km）和深源地震（>300km）按震中距分類：地方震（<100km）、近震（100~1000km）和遠(yuǎn)震（>1000km）工程抗震設(shè)防：淺源構(gòu)造地震二地震震級(jí)與地震烈度地震震級(jí)（衡量一次地震大小的等級(jí)（M））里氏震級(jí)（ML）：在離震中100km處用伍德-安德生式標(biāo)準(zhǔn)地震儀（擺的自振周期0.8s，阻尼系數(shù)0.8，放大倍數(shù)2800倍）所記錄到的最大水平地動(dòng)位移（即振幅A，以微米計(jì)）的常用對(duì)數(shù)值。震級(jí)M與地震釋放能量E（單位“爾格”）：按震級(jí)：微震（<2級(jí)）、有感地震（2~5級(jí)）、中強(qiáng)地震（5~7級(jí)）和強(qiáng)震（>7級(jí)）。里氏震級(jí)（Richtermagnitudescale）是由兩位來自美國加州理工學(xué)院的地震學(xué)家里克特（CharlesFrancisRichter）和古登堡（BenoGutenberg）于1935年提出的一種震級(jí)標(biāo)度，是目前國際通用的地震震級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。它是根據(jù)離震中一定距離所觀測到的地震波幅度和周期，并且考慮從震源到觀測點(diǎn)的地震波衰減，經(jīng)過一定公式，計(jì)算出來的震源處地震（所釋放出能量）的大小。地震烈度（衡量地震破壞作用大小的一個(gè)指標(biāo)）基本烈度：指該地區(qū)今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)，在一般場地條件下可能遭遇到的最大地震烈度，即現(xiàn)行的《中國地震烈度區(qū)劃圖》規(guī)定的烈度?？拐鹪O(shè)防烈度：對(duì)建筑物的抗震性能的要求，它不僅和當(dāng)?shù)氐牡卣鸹玖叶扔嘘P(guān)，還和建筑物本身的要求有有關(guān)。

淺源地震：我國經(jīng)驗(yàn)公式震級(jí)與震中烈度的關(guān)系玉樹地震烈度三地震波與地震動(dòng)地震波按其在地殼傳播的位置：體波和面波a）縱波（壓縮波）b）橫波（剪切波）圖1.4體波運(yùn)動(dòng)特征示意圖(1)體波(在地球內(nèi)部傳播的波)縱波（P波Primarywave）（引起地面豎向振動(dòng)）：介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的前進(jìn)方向一致。可以在所有介質(zhì)中傳播，周期短，振幅小，波速快，在地殼內(nèi)的速度一般為200~1400m/s橫波（S波Secondarywave）（引起地面水平向振動(dòng)）：介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的前進(jìn)方向垂直，只能在固體介質(zhì)中傳播，周期長，振幅大，波速慢，在地殼內(nèi)的波速一般為100~800m/s(2)面波（L波）(在地球表面?zhèn)鞑サ牟ǎ┟娌ǚ譃椋喝鹄≧ayleigth）波和樂浦（Love）波介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向比較復(fù)雜。與體波相比，面波的周期較長，振幅較大，波速較慢（約為橫波波速的0.9倍）。圖1.5面波運(yùn)動(dòng)特征示意圖

P波L波S波圖1.6地震記錄示意圖分析P波、S波到達(dá)的時(shí)間差，會(huì)確定震源的距離P波－上下顛簸，S波－水平搖晃，L波－既上下顛簸，又水平搖晃。S波和L波同時(shí)到達(dá)時(shí)最為劇烈地震動(dòng)（地震波引起的地表附近土層的振動(dòng)）地震動(dòng)是地震和結(jié)構(gòu)抗震之間的橋梁，又是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防時(shí)的依據(jù)地震動(dòng)與常用荷載的差別：1)常用荷載以力的形式出現(xiàn)，而地震動(dòng)則以運(yùn)動(dòng)方式出現(xiàn)；2)常用荷載一般為短期內(nèi)大小不變的靜力，地震動(dòng)則是迅速變化的隨機(jī)振動(dòng)；3)常用荷載大多是豎向的，而地震動(dòng)則是水平、豎向甚至扭轉(zhuǎn)同時(shí)作用的。地震動(dòng)三要素：地震動(dòng)的振幅（峰值或最大值）頻譜（給定記錄中振幅和頻率關(guān)系的曲線，反應(yīng)譜、功率譜）持續(xù)時(shí)間（簡稱持時(shí)）。地震動(dòng)特性的影響因素：震源、傳播介質(zhì)與途徑、以及局部場地條件這三類。目前已經(jīng)可以對(duì)地震動(dòng)進(jìn)行合理的估計(jì)。強(qiáng)震動(dòng)記錄：用強(qiáng)震加速度儀，簡稱強(qiáng)震儀記錄圖1.7埃爾森特羅地震動(dòng)記錄（1940年美國帝國峽谷地震）加速度(g)加速度(g)加速度(g)四地震分布世界地震分布兩大地震帶：環(huán)太平洋地震帶占地震數(shù)量的80-90％；歐亞地震帶（喜瑪拉雅—地中海地震帶）我國地震分布我國地震主要分布：1）東南部的臺(tái)灣和福建廣東沿海2）華北太行山沿線和京津唐地區(qū)3）青藏高原和四川、云南西部4）西北的新疆、甘肅和寧夏地震較多的?。号_(tái)灣、西藏、新疆、云南和四川少地震地區(qū)：浙江、江西我國地震分布1.2地震災(zāi)害地震具有突發(fā)性和毀滅性：1976年中國河北唐山7.8級(jí)大地震，使整個(gè)城市在片刻之間淪為一片廢墟，造成24萬余人喪生，直接經(jīng)濟(jì)損失近100億元人民幣（按當(dāng)時(shí)的幣值計(jì)算）。1976年唐山地震唐山地震后，我國橋梁抗震研究工作才得到重視

1988《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（國標(biāo)）

1990《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（部標(biāo)）2008JTG/TB02-01-2008公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則勝利橋震害示意圖

1998年3月1日開始，我國政府正式實(shí)施了第一部規(guī)范防震減災(zāi)工作的重要法律——《防震減災(zāi)法》

規(guī)定，“新建、擴(kuò)建、改建建設(shè)工程，必須達(dá)到抗震設(shè)防要求；重大建設(shè)工程和可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害的建設(shè)工程，必須進(jìn)行地震安全性評(píng)價(jià)，并根據(jù)地震安全性評(píng)價(jià)的結(jié)果，確定抗震設(shè)防要求，進(jìn)行抗震設(shè)防”。

1994年11月25日在“全國防震減災(zāi)工作會(huì)議”上，明確提出：在各級(jí)政府和全社會(huì)的共同努力下，爭取用十年左右的時(shí)間，使我國的大中城市和人口稠密、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)具備抵御6級(jí)左右地震的能力。一直接災(zāi)害（1)地表破壞：地裂縫滑坡砂土液化軟土震陷a）構(gòu)造地裂縫(航空照片)b）非構(gòu)造地裂縫圖1.10地表斷裂現(xiàn)象（2)建筑物破壞（3)生命線工程破壞生命線工程：對(duì)社會(huì)生活和生產(chǎn)有重大影響的交通、通訊、供水、排水、供電、供氣、輸油等工程系統(tǒng)。人體的血管和神經(jīng)二次生災(zāi)害由地震引發(fā)的火災(zāi)、水災(zāi)、有毒物質(zhì)泄漏、和疫病流行等災(zāi)害1.3橋梁震害調(diào)查與分析橋梁的震害及其產(chǎn)生的原因，是建立正確的抗震設(shè)計(jì)方法，采取有效抗震措施的科學(xué)依據(jù)?？拐鹄碚摰陌l(fā)展是人類認(rèn)識(shí)橋梁震害的歷史地震強(qiáng)度場地情況橋梁震害結(jié)構(gòu)地震易損性人為錯(cuò)誤上部結(jié)構(gòu)的震害（自身、移位、落梁、碰撞）支座的震害下部結(jié)構(gòu)（墩柱的破壞、框架墩、橋臺(tái)）和基礎(chǔ)的震害橋梁震害的教訓(xùn)及啟示橋梁震害一上部結(jié)構(gòu)的震害上部結(jié)構(gòu)自身的震害比較少見！鋼結(jié)構(gòu)的局部屈服圖2.1阪神地震中鋼箱梁的局部屈曲破壞圖2.2阪神地震中拱橋風(fēng)撐的屈曲破壞上部結(jié)構(gòu)的移位震害橋梁上部結(jié)構(gòu)的移位震害在破壞性地震中極為常見！縱向移位、橫向移位以及扭轉(zhuǎn)移位圖2.3阪神地震中上部結(jié)構(gòu)縱向移位圖2.4阪神地震中上部結(jié)構(gòu)橫向移位大型拱橋上部結(jié)構(gòu)橫移破壞1971年美國圣·費(fèi)爾南多地震（M6.7）中，兩座立交樞紐工程部分塌落：臺(tái)墩間和橋墩間過大的水平相對(duì)位移有關(guān)；部分墩柱的抗震能力不足，橋墩墩頂和掛梁支承牛腿處的支承面過窄有關(guān)。伸縮縫處設(shè)置的連接限位螺栓強(qiáng)度還不足以限制縱向相對(duì)位移。圖2.5圣費(fèi)南多地震中立交橋梁跨墜毀（金州5號(hào)高速干道與14號(hào)高速公路）（墩高：43m，截面：1.83m）圖2.6圣費(fèi)南多地震中立交橋梁跨墜毀（金州5號(hào)高速干道與州際210干道）圖2.7舊金山—奧克蘭海灣大橋一跨落梁1989年美國洛馬·普里埃塔地震（M7.0）中，舊金山—奧克蘭海灣大橋引橋的一跨落梁：設(shè)計(jì)低估了相鄰橋墩間的相對(duì)位移，連接螺栓剪斷。1995年日本阪神地震中西宮港大橋(主跨252m的鋼系桿拱橋)第一跨引橋脫落：主橋和引橋間的相對(duì)位移過大，橋墩的支承面太窄，支座、連接限位構(gòu)件失效。圖2.10

阪神地震中西宮港大橋第一跨引橋脫落（a）主橋側(cè)（b）引橋側(cè)圖2.11阪神地震中西宮港大橋落梁跨兩側(cè)的墩頂震害箱梁自橋臺(tái)處墜落：橋臺(tái)處的支承寬度過小，僅14英寸1994年美國北嶺地震震害（NorthridgeEarthquake,M6.7）圖2.8斜橋落梁震害圖2.9橋臺(tái)處落梁震害GavinCanyon跨線橋（斜橋，24°）上部結(jié)構(gòu)墜落：斜交和牛腿連接處支承面過窄?？v向約束裝置遭受破壞。1999年臺(tái)灣集集地震（M7.6）中多跨簡支梁橋的落梁：有一斷層穿過該橋。主梁支承在板式橡膠支座上，縱向未設(shè)限位裝置，橫向設(shè)置了兩個(gè)小擋塊。圖2.12臺(tái)灣集集地震中簡支梁橋落梁上部結(jié)構(gòu)的碰撞震害圖2.131989年美國洛馬·普里埃塔地震中，相鄰跨上部結(jié)構(gòu)的碰撞圖2.14

1994年美國北嶺地震中上部結(jié)構(gòu)與橋臺(tái)間的碰撞圖2.151989年美國洛馬·普里埃塔地震中，相鄰橋梁結(jié)構(gòu)間的碰撞薄弱部位在歷次破壞性地震中，支座的震害現(xiàn)象都較普遍支座設(shè)計(jì)沒有充分考慮抗震的要求，連接與支擋等構(gòu)造措施不足，以及某些支座形式和材料本身的缺陷。在日本阪神地震中，支座損壞的比例達(dá)到了調(diào)查總數(shù)的28%破壞形式：支座移位、錨固螺栓拔出、剪斷，活動(dòng)支座脫落以及支座構(gòu)造破壞。二支座的震害圖2.16支座的移位震害圖2.17輥軸支座的輥軸脫落圖2.18輥軸支座輥軸拔出圖2.19三維鉸支座劈裂圖2.20支座的震害圖2.21支座的震害下部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的嚴(yán)重破壞是引起橋梁倒塌,并在震后難以修復(fù)使用的主要原因。三下部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的震害橋梁墩柱的震害鋼筋混凝土墩柱的破壞形式主要有彎曲破壞和剪切破壞。還有基腳破壞。比較高柔的橋墩，多為彎曲型破壞；而矮粗的橋墩，多為剪切破壞；介于兩者之間的，為混合型。（1)墩柱的彎曲破壞橋梁墩柱的彎曲破壞非常常見：主要是約束箍筋配置不足、縱向鋼筋的搭接或焊接不牢等引起的墩柱的延性不足。圖2.221994年美國北嶺地震中立交橋的墩柱彎曲破壞：箍筋不足。直徑12.7mm的環(huán)形箍筋，箍筋采用搭接，間距為305mm。圖2.231995年阪神地震中墩柱彎曲破壞：約束箍筋不足，縱向主筋的焊接接頭破壞引起的。圖2.241995年日本阪神地震中墩柱彎曲破壞（保護(hù)層混凝土嚴(yán)重剝落，核心混凝土被壓碎）：約束箍筋的配置不足圖2.251999年臺(tái)灣集集地震（M7.6）中集鹿大橋（2

150m單塔單索面斜拉橋，塔梁固結(jié)體系）橋塔的震害：塔柱嚴(yán)重開裂，保護(hù)層混凝土剝落。（2)墩柱的剪切破壞橋梁墩柱的剪切破壞非常常見：縱向箍筋過早剪斷，箍筋不足圖2.261995年日本阪神地震中，阪神高速線高架橋共18個(gè)獨(dú)柱墩剪斷,長500m左右的梁側(cè)向傾倒：縱向鋼筋過早切斷和箍筋不足圖2.271995年日本阪神地震中高架橋矮墩剪切毀壞：縱向鋼筋的連接失敗圖2.281971年美國圣費(fèi)南多地震中立交橋結(jié)構(gòu)墩柱（中部）剪切破壞：墩柱中部橫向約束鋼筋（箍筋）配置較少

(a)喇叭型墩(b)柱式墩?qǐng)D2.291994年美國北嶺地震Mission-Gothic橋的墩柱剪切破壞圖2.301999年臺(tái)灣集集地震中實(shí)體矮墩的剪切破壞（3)墩柱的基腳破壞圖2.311971年美國的圣費(fèi)南多地震中墩柱基腳破壞：22根螺紋鋼筋從樁基礎(chǔ)中拔出，導(dǎo)致橋墩倒塌。由于墩底主鋼筋的構(gòu)造處理不當(dāng)，造成主鋼筋的錨固失敗。非常少見，一旦出現(xiàn)后果嚴(yán)重樁土分離圖2.321989年美國洛馬·普里埃塔地震中Cypress高架橋800m上層框架塌落：梁柱結(jié)點(diǎn)配筋不足，豎直柱體配筋連續(xù)性和橫向箍筋不足。蓋梁鋼筋的錨固長度不夠。.框架墩墩柱的震害框架墩的震害比較常見?？蚣芏盏恼鸷χ饕憩F(xiàn)為：蓋梁破壞：剪切破壞，彎曲破壞，鋼筋錨固長度不夠引起破壞墩柱破壞節(jié)點(diǎn)破壞：剪切破壞（a）下節(jié)點(diǎn)剪切破壞（b）挑臂節(jié)點(diǎn)剪切裂縫圖2.331989年美國洛馬·普里埃塔地震中框架節(jié)點(diǎn)的剪切破壞圖2.341999年臺(tái)灣集集地震中橋臺(tái)向后傾斜：臺(tái)后填土不夠密實(shí)橋臺(tái)的震害橋臺(tái)的震害較為常見。地基失效引起的橋臺(tái)滑移；臺(tái)身與上部結(jié)構(gòu)的碰撞破壞；橋臺(tái)向后傾斜明石海峽大橋橋墩橋臺(tái)震后位移情況基礎(chǔ)的震害橋梁基礎(chǔ)破壞是國內(nèi)外許多地震的重要震害現(xiàn)象之一?；A(chǔ)震害的主要原因：地基失效。擴(kuò)大基礎(chǔ)：地基失效。樁基礎(chǔ)的震害：地基失效。上部結(jié)構(gòu)傳下來的慣性力所引起的樁基剪切、彎曲破壞，樁基設(shè)計(jì)不當(dāng)：樁基深入穩(wěn)定土層沒有足夠長度，樁頂與承臺(tái)聯(lián)結(jié)構(gòu)造措施不足等。樁基震害有極大的隱蔽性。在軟弱地基上，采用樁基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)往往比無樁基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)具有更好的抗震性能。避免或減輕在地震作用下因地基變形或地基失效造成的破壞《規(guī)范》規(guī)定：避開地震時(shí)可能發(fā)生地基失效的松軟場地，選擇堅(jiān)硬場地;避免共振影響；在軟弱地基上，應(yīng)采用深基礎(chǔ)，并重視基礎(chǔ)的抗震設(shè)計(jì)四橋梁震害的教訓(xùn)及啟示合理的結(jié)構(gòu)型式較強(qiáng)的構(gòu)件抗震能力可以大大減輕甚至避免震害的產(chǎn)生。1教訓(xùn)2啟示1)要重視橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力概念設(shè)計(jì)，選擇較理想的抗震結(jié)構(gòu)體系；2)要重視延性抗震，用能力設(shè)計(jì)思想進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)；抗震能力3)要重視結(jié)構(gòu)的局部構(gòu)造設(shè)計(jì)，避免出現(xiàn)構(gòu)造缺陷；結(jié)構(gòu)整體性4)要重視橋梁支承連接部位的抗震設(shè)計(jì)，開發(fā)有效的防止落梁裝置；結(jié)構(gòu)整體性5)對(duì)復(fù)雜橋梁（如斜彎橋、高墩橋梁或墩剛度變化很大的橋梁），強(qiáng)調(diào)進(jìn)行空間動(dòng)力時(shí)程分析的必要性；明確需求6)要重視采用減、隔震技術(shù)提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。臺(tái)灣集集地震斷裂帶９９年９月２１日未明１時(shí)４７分，臺(tái)灣中部南投県，島內(nèi)最近百年最大の地震が発生．Ｍ７．７．震央北緯23.78゜，東経121.09゜震源深さ？ｋｍ．?dāng)鄬幽媳保担埃耄硭勒撸玻保埃啡擞啶辏?/28現(xiàn)在）負(fù)傷者８７００人余り．建物全半壊１３０００棟．十?dāng)?shù)萬人家を失った．直接経済損失１６００億臺(tái)灣???．今回の地震は「９２１集集大地震」と呼ぶ．1999.9.21臺(tái)灣集集大地震橋梁震災(zāi)烏渓橋名竹橋長庚橋稗豊橋集鹿大橋1.4場地與地基場地劃分與場地區(qū)劃地基抗震驗(yàn)算地基土液化及其防治一場地劃分與場地區(qū)劃場地：建筑物所在地，其范圍大體相當(dāng)于廠區(qū)、居民點(diǎn)和自然村的范圍作用：地震波的傳播介質(zhì)結(jié)構(gòu)物地基地震類型、結(jié)構(gòu)類型、下臥層的構(gòu)成、覆蓋層厚度1場地及其地震效應(yīng)

房屋倒塌率隨土層厚度的增加而加大；比較而言，軟弱場地上的建筑物震害一般重于堅(jiān)硬場地定義影響建筑物震害的因素:1967年委內(nèi)瑞拉加拉加斯地震場地的地震效應(yīng)地震波通過覆蓋土層傳向地表與土層固有周期相一致的一些頻率波群將被放大

多層土的地震效應(yīng)主要取決于三個(gè)基本因素另一些頻率波群將被衰減甚至被完全過濾掉

因此，地表地震動(dòng)的卓越周期與場地的固有周期接近時(shí)

建筑物的振動(dòng)會(huì)加大，相應(yīng)地，震害也會(huì)加重覆蓋土層厚度土層剪切波速巖土阻抗比影響地震動(dòng)的頻譜特性——

影響共振放大效應(yīng)場地的地震效應(yīng)地震動(dòng)的卓越周期：從震源傳來的地震波是由許多頻率不同的分量組成，其中在振幅譜中幅值最大的頻率分量對(duì)應(yīng)的周期。地震動(dòng)的卓越周期取決于場地的固有周期

土層的過濾特性和放大作用場地固有周期T的計(jì)算：

（剪切波重復(fù)反射理論）

式中

——計(jì)算深度范圍內(nèi)土層的分層數(shù)；

——第i層土的剪切波速；

——第

i層土的厚度。場地等效剪切波速等值線場地固有周期等值線場地區(qū)劃二場地劃分兩個(gè)指標(biāo)＊原意：從地表面至地下基巖面的距離

1覆蓋層厚度＊工程上的判定：

當(dāng)下部土層的剪切波速達(dá)到上部土層剪切波速的2.5倍，且下部土層中沒有剪切波速小于400m/s的巖土層時(shí)，該下部土層就可以近似看作基巖

＊我國建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范：地下基巖或剪切波速大于500m/s的堅(jiān)硬土層至地表面的距離，稱為“覆蓋層厚度”《抗震規(guī)范》：1一般情況下，應(yīng)按地面至剪切波速大于500m/s的土層頂面的距離確定；2.當(dāng)?shù)孛?m以下存在剪切波速大于相鄰上層土剪切波速2.5倍的土層，且其下臥土層的剪切波速不小于

400m/s時(shí)，可按地面至該土層頂面的距離確定；3.剪切波速大于500m/s的孤石、透鏡體，應(yīng)視同周圍土層；4.土層中的火山巖硬夾層應(yīng)視為剛體，其厚度應(yīng)從覆蓋土層中扣除。2等效剪切波速

式中：──土層平均剪切波速（m/s）；──計(jì)算深度（m），取覆蓋層厚度和20m二者的較小值；──剪切波在地面至計(jì)算深度之間的傳播時(shí)間（s）；──計(jì)算深度范圍內(nèi)第土層的厚度（m）；──計(jì)算深度范圍內(nèi)第土層的剪切波速（m/s）；──計(jì)算深度范圍內(nèi)土層的分層數(shù)。土層剪切波速：A-安評(píng)，B-實(shí)例，C、D-細(xì)則表4.1.5為何用剪切波速而非壓縮波來判定土的類型？由上式可知：泊松比μ對(duì)剪切波速度影響不太大，相對(duì)穩(wěn)定，而對(duì)壓縮波影響很大（例如μ=0.2→0.48時(shí)）。這種變化特征對(duì)于現(xiàn)場測試VP時(shí)的要求很高，而實(shí)際上很難做到。土可以認(rèn)為是由骨架（礦物、砂粒等）與填充物（氣體、液體等）組成。剪切波不能在氣體或液體中傳播，即VS只與土的骨架性質(zhì)有關(guān)，而與填充特?zé)o關(guān)。巖土的骨架和顆粒之間的連接形式，是在一定的歷史時(shí)期形成的，它相對(duì)穩(wěn)定。而壓縮波則不同，它可以在任何介質(zhì)中傳播，所以VP除了與土的壓實(shí)程度和彈性常數(shù)有關(guān)外，還和巖土的含水量和人類活動(dòng)等因素有關(guān)。因此，用Vs則更能客觀地反映土的性質(zhì)。第一節(jié)場地3土的類型劃分10層和高度30m以下的丙類建筑及丁類建筑適用于：淤泥和淤泥質(zhì)土，松散的砂，新近沉積的粘性土和粉土，的填土，流塑黃土軟弱土稍密的的礫、粗、中砂,除松散外的細(xì)、粉砂,可塑黃土,

的粘性土和粉土,的填土中軟土中密、稍密的碎石土，密實(shí)、中密的礫、粗、中砂，的粘性土和粉土，堅(jiān)硬黃土中硬土穩(wěn)定巖石，密實(shí)的碎石土堅(jiān)硬土或巖石土層剪切波速范圍(m/s)巖土名稱和性狀土的類型---由荷載試驗(yàn)等方法得到的地基土靜承載力特征值4場地的類別

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Ⅳ

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Ⅱ

Ⅰ等效剪切波速（m/s）場地類型各類場地土的覆蓋層厚度表：土層等效剪切波速場地覆蓋層厚度場地類別確定根據(jù)：剪切波速隨深度遞增的一般情況適用于：當(dāng)計(jì)算深度以下有明顯的軟弱土夾層時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高場地類別場地土分為四類5場地選擇場地選擇原則：1）盡量選擇對(duì)結(jié)構(gòu)抗震有利的地段2）盡可能避開對(duì)結(jié)構(gòu)抗震不利的地段3）除非特殊需要，不得在抗震危險(xiǎn)地段上建造工程結(jié)構(gòu)地段類別地質(zhì)、地形、地貌有利地段穩(wěn)定基巖，堅(jiān)硬土，開闊、平坦、密實(shí)、均勻的中硬土等不利地段軟弱土，液化土，條狀突出的山嘴，高聳孤立的山丘，非巖質(zhì)的陡坡，河岸和邊坡的邊緣，平面分布上成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的土層（如故河道、疏松的斷破裂帶、暗埋的塘浜溝谷和半填半挖地基）等危險(xiǎn)地段地震時(shí)可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及發(fā)震斷裂帶上可能發(fā)生地表錯(cuò)位的部位場地的類別例題[2-1]已知某建筑場地的鉆孔地質(zhì)資料如表2-3所示，試確定該場地的類別因?yàn)榈乇硐?.5m以下土層的=520m/s>500m/s,故=7.5m(1)確定覆蓋層厚度[解](2)計(jì)算等效剪切波速，按式（2-1）有

查表得，位于250～500m/s之間，且故屬于Ⅱ類場地>5m,

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Ⅰ等效剪切波速（m/s）場地類型二地基抗震驗(yàn)算地基抗震驗(yàn)算為什么在確定地基土抗震承載力時(shí)，其取值可以比地基靜承載力大一些？我國規(guī)范是如何確定地基土抗震承載力值的？答：在地震作用下，建筑物地基土的抗震承載力與地基靜承載力是有差別的。這是因?yàn)樵陟o壓力作用下，地基土將產(chǎn)生彈性變形及永久變形（即殘余變形）。彈性變形可在短時(shí)間內(nèi)完成，而永久變形則需要較長的時(shí)間才能完成，因此，在靜載長期作用下，地基中將產(chǎn)生較大的變形。而地震作用時(shí)間很短，只能使土層產(chǎn)生彈性變形而來不及發(fā)生永久變形。所以，由地震作用產(chǎn)生的地基變形較靜載產(chǎn)生的地基變形要小得多。而地基承載力是根據(jù)地基允許變形值確定的，若地基允許變形值一定，因?yàn)殪o載產(chǎn)生的變形大，故所需的靜載壓力就小，而地震作用產(chǎn)生的變形小，故所需的地震作用產(chǎn)生的壓力就應(yīng)該大。因此，從地基變形角度來說，有地震作用時(shí)地基土的抗震承載力應(yīng)該比地基土的靜承載力要大，即動(dòng)強(qiáng)度一般高于靜強(qiáng)度。另外，從結(jié)構(gòu)安全角度出發(fā)，因?yàn)榈卣鹱饔檬桥加龅模浒踩瓤梢孕∫恍?，故在確定地基土抗震承載力時(shí)，其取值可以比地基靜承載力大一些。我國規(guī)范對(duì)于地基土抗震承載力的取值采取在地基土靜承載力的基礎(chǔ)上乘以提高系數(shù)的方法。地基抗震驗(yàn)算

步驟：1.根據(jù)靜力設(shè)計(jì)的要求確定基礎(chǔ)尺寸對(duì)地基進(jìn)行強(qiáng)度和沉降量的核算2.地基抗震強(qiáng)度驗(yàn)算：（荷載組合；基礎(chǔ)底面的壓力取為直線分布）基礎(chǔ)底面地震作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合的平均壓力值基礎(chǔ)邊緣地震作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合的最大壓力值返回目錄三地基土液化及其防治1地基土液化及其危害定義：砂土液化（地基土液化）砂土液化機(jī)理地震飽和砂土、粉土顆粒在強(qiáng)烈振動(dòng)下發(fā)生相對(duì)位移顆粒結(jié)構(gòu)趨于壓密顆粒間孔隙水來不及排泄而受到擠壓孔隙水壓力急劇增加孔隙水壓力=土顆粒所受到的總的正壓應(yīng)力土粒之間因摩擦產(chǎn)生的抗剪能力消失砂土液化的危害土顆粒處于懸浮狀態(tài)形成液化現(xiàn)象液化的宏觀標(biāo)志是在地表出現(xiàn)噴水冒砂液化產(chǎn)生的震害：使土體的抗震強(qiáng)度喪失，引起地基不均勻沉陷,引發(fā)建筑物的破壞甚至倒塌

1）地面開裂、下沉使建筑物產(chǎn)生過度下沉或整體傾斜。2）地基不均勻沉降引起建筑物上部結(jié)構(gòu)破壞，使梁、板等水平構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)破壞，使墻體開裂和建筑物體形變化處開裂。3）淹沒農(nóng)田，淤塞渠道，淘空路基；沿河岸出現(xiàn)裂縫、滑移等震害調(diào)查表明：在各種由于地基失效引起的震害中，80％是因土體液化造成的飽和松散的砂土或粉土（不含黃土），地震時(shí)易發(fā)生液化現(xiàn)象，地基承載力喪失或減弱，甚至噴水冒砂，這種現(xiàn)象一般稱為砂土液化或地基土液化。1964年美國Alaska和日本新澙地震中大量出現(xiàn)。液化現(xiàn)象液化的宏觀標(biāo)志是在地表出現(xiàn)噴砂冒水唐山地震時(shí)，嚴(yán)重液化地區(qū)噴水高度可達(dá)8米，廠房沉降可達(dá)1米。天津地震時(shí)，海河故道及新近沉積土地區(qū)有近3000個(gè)噴水冒砂口成群出現(xiàn)，一般冒砂量0.1-1立方米，最多可達(dá)5立方米。有時(shí)地面運(yùn)動(dòng)停止后，噴