第十四章-港口水工建筑物抗震.pptx
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1、概述一、地震1.地震及其成因概念:地震、有感地震、破坏性地震、构造性地震、陷落地震成因:板块学说2.地震波及其传播概念:地震波、震源传播原理:弹性波动方程描述(岩石为粘弹塑性体)。地震波的类型:体波(P纵波、S横波)、面波。3.地震的震级概念:地震烈度(现象)、地震震级(能量)5级以上的地震称破坏性地震;7级以上的地震称强烈地震。概述二、地震烈度1.地震烈度与地震震级的联系与区别2.烈度的定量标准以地面最大加速度为标准、以地面最大速度为标准、以地震反应谱为标准三、地震的破坏现象和港口水工建筑物的震害特点1.地震的破坏现象 5、6级以上的地震才会给人类带来灾害。地震造成的破坏主要来自三个方面:地
2、表的破裂、工程建筑的破坏、次生灾害。2.港口水工建筑物的震害特点 我国现有港口大都处于原地震区划的基本烈度6度以下地区,一般在设计时均未考虑地震设防,唐山大地震后才引起重视,制定了水运工程水工建筑物抗震概述设计规范。现将国内外码头建筑物的典型震害特点介绍如下:1)重力式码头 码头断面的抗倾稳定性、或分层稳定性不够引起岸壁向港池方向整体转动或部分砌体滑移。概述2)板桩码头 锚碇结构位移或拉断导致板桩墙显著前倾变形。3)高桩码头 前方桩台的叉桩和叉桩桩帽受损最普遍,其中,向岸斜桩破坏数量最多;其次是接岸结构的挡土墙下沉倾倒,横向断裂等损坏。3.破坏原因 地震惯性力、动水压力、动土压力、砂性土液化等
3、。结构的地震反应及设计反应谱一、单质点系的地震反应 右图为单质点体系,将结构中参与震动的质量全部集中在一点上,用无重量的弹性杆件系统支承在地面上,并假定地面运动和结构振动只是单方向的水平平移运动,不发生扭转,因此结构是座落在刚性平面上的弹性系统。当发生一个由地震产生的地面位移 时,质体的绝对位移为 ,作用在质点上的力有:惯性力阻尼力弹性恢复力由力的平衡原理可得:结构的地震反应及设计反应谱 式中:阻尼比 ,阻尼系数;弹簧常数;无阻尼自由振动圆频率,。由式上式可以看出,由地震时地面水平运动 所引起质体的相对位移 转化为在动力荷载 作用下求解质体的位移 问题,亦属于有阻尼的受迫振动问题。受迫振动问题
4、的解为:二、地震反应谱 在抗震设计中最关心的是最大反应,即相对位移、速度和 绝对加速度反应结构的地震反应及设计反应谱的最大值。当阻尼比给定时,对于每一个地震加速度记录,都可以分别计算出三条相应最大位移、最大加速度、最大速度与自振周期T之间的关系曲线,这就是所谓的相对位移反应谱、相对加速度反应谱和加速度反应谱。广泛应用的是加速度反应谱。有了加速度反应谱可以对于不同周期的单质点体系确定其不同的最大加速度反应,从而计算地震惯性力:结构的地震反应及设计反应谱三、设计反应谱 上述计算出来的地震反应谱与规范规定的设计反应谱不同。地震反应谱是瞬时值,不同地区不同地震计算所得的反应谱出入很大,在工程抗震设计中
5、,不可能单独为某个工程提出一个反应谱,而是通过对大量地震资料的总结,找出地震反应谱的规律指导设计,这就是设计反应谱。研究表明:两次不同的地震,其加速度反应谱不同,主要是因为两次的地震烈度不同,而地震烈度的大小可由地面最大加速度 的大小确定。因此,惯性力可写成:结构的地震反应及设计反应谱标准反应谱:当给定阻尼比,就可以作出的-T关系曲线,此曲线称为动力系数反应谱,用它来表示地面运动的特性。实际地震反应计算中发现不同的地震中作出的-T曲线比较一致,基于这一点,将许多次地震得出的许多条这种曲线取其平均曲线作为代表,并近似认为这条平均曲线适用于各次地震,作为设计的依据,即所谓的标准反应谱,也称设计反应
6、谱。地震惯性力的计算公式:结构的地震反应及设计反应谱四、多质点体系地震反应的振型分解法 多质点体系在地震水平运动 作用下,其运动微分方程为:上述方程可用数值积分方法求解,但一般常用振型分解法,即将多质点体系简化成多个独立的单质点系,按振型分解方法进行分析。振型分解法:用坐标变换的方法将方程组转化为一组各自独立的方程,每个方程只含一个未知数而可单独求解,这种方法称振型分解法。振型对质量矩阵和刚度矩阵具有正交性,但对阻尼矩阵不存在正交性。为此结构的地震反应及设计反应谱将阻尼矩阵假设为质量矩阵和刚度矩阵的线性组合,经整理后可得:式中:为第振型的振型参与系数;为位移反应,为振幅。五、求多质点体系水平地
7、震力的反应谱方法 J振型下作用在第i质点上的最大水平地震惯性力为:在地震过程中,多自由度体系的各个振型,一般都是同时出现的,所以地震作用所产生的结构内力应考虑到各个振型的相加。振型的内力组合并不是简单的相加,而应从随机过程理论出发研究振型的组合问题。其计算公式为:式中:由水平地震产生的结构反应,如位移、内力等;由j振型时的水平地震所产生的结构反应;振型数。地基和岸坡的抗震一、砂土液化的预测及其抗液化措施1.砂土液化的预测1)影响饱和砂土或粉土层液化的因素2)规范要求当设计烈度为79度时,应对饱和土进行液化判别和相应的地基处理;当设计烈度为6度时,可不进行液化判别,但对液化敏感的码头建筑物,按7
8、度考虑。对饱和砂土或粉土层,当符合下列条件之一时,可初步判别为不液化:地质年代为第四纪晚更新世(Q3)及其以前时;当采用六偏磷酸钠作为分散剂的测定方法测得的粉土,其粘粒(粒径小于0.005毫米的颗粒)含量的百分点数在7度、8度和9度分别小于10、13和16。3)判别方法地基和岸坡的抗震 当初判为可液化的土层后,应做进一步判别。第二步判别采用标准惯入试验判别法,在地面以下20米内的土符合下式时,即为液化土。建筑物建成后和建造前的地面高程和地下水位有较大变化,标准惯入击数应予以修正,即:2.地基抗液化措施 对于地基和岸坡中的可液化土层,可采用下列加固措施:在可液化土层中采用桩基时,桩基应穿过可液化
9、土层,并有足够的长度伸入稳定的土层。对位于地面附近的可液化层,可进行处理,处理后的土层应符合惯入度要求。地基和岸坡的抗震在相对不透水土层中存在可液化土夹层时,可采用排水减压措施。在建筑物地基中和墙背后一定范围内,不应采用粉细砂和颗粒均匀的中砂等作为回填料。四、地基承载力和岸坡的抗震稳定性1.地基承载力规范规定:在水运工程建筑物地基的抗震验算中,对于液化土层以下的土层,采用固结快剪强度指标计算地基承载力时,抗力分项系数可降低至正常情况下的75%;当采用查表法时,地基土的抗震承载力设计值可按下式予以提高。液化层以上的土层承载力设计值不应修正。式中:为地基土抗震承载力设计值;为地基土静承载力设计值。
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