地震中几个力学问题的思考.doc

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1、地震中几个力学问题的思考陈贵清1郝婷玥1丁幼松2（1．唐山学院土木工程系，河北省唐山063000；2．河北理工大学建工学院，河北省唐山063009）摘要：本文从地震引起建筑物倒塌破坏、古代木结构建筑抗震性能分析、地震为何经常发生在夜间、树木和电线杆等为何比房屋类建筑震害轻、地下建筑及工作人员为何遭受震灾小、地震与海啸等八个方面，分析了地震引起建筑物破坏的力学背景。关键词：地震力学倒塌抗震海啸引言作为在唐山工作的力学教师，我们了解唐山大地震的方方面面，也对国内外发生的地震更为敏感，但我们更关心的是地震中出现的一些与力学有关的问题。下面仅从八个

2、方面进行介绍，借此和同行们共同探讨。1唐山大地震中建筑物倒塌的特点及其力学分析1976年7月28日03点42分在唐山发生了7.8级地震。据统计，此次地震共死亡24.2万多人，重伤16.4万多人，极震区地面建筑几乎全部倒塌[1]，直接经济损失达100亿元。唐山地震是世界上发生在城市内的强破坏性地震之一。（1）石拱桥的倒塌率是100％唐山地区石拱桥的支座过于敏感，在地震时极易产生水平位移，致使拱桥坍塌。（2）多层砖木结构房屋的倒塌率是96％木楼板既没有整体性，也没有响应的刚度，因此地震力不能沿水平方向传递，致使面积较大而强度又低的墙体受弯、剪的

3、双重破坏而坍塌。（3）平房的倒塌率是94％平房倒塌破坏的主要原因是砌体强度过低。（4）烟囱的倒塌率是90％圆形砖烟囱的破坏形式是多种多样的，例如，倒塌、折断、掉头、环向开裂、酥裂、劈断和错位等。在软弱地基上还可能发生倾斜。（5）多层砖房的倒塌率是78％地震时，多层砖房主要遭受主拉应力的剪切破坏，它的墙体往往受到剪、弯、拉或压的组合作用。（6）钢筋混凝土单层工业厂房的倒塌率是75％钢筋混凝土单层工业厂房的主要震害是落顶。在地震力的反复作用下，由于厂房的横向刚度、强度和延性不足，往往将柱顶的预埋件拔出或折断，使屋盖丧失支撑而下落。（7）内框架结

4、构房屋的倒塌率是72％内框架结构房屋外部维护砖墙和内部钢筋混凝土框架共同承重的一种结构。因为二者刚度不同，所以地震时变形不协调。一般在墙体遭受弯、剪破坏后，框架丧失支撑而破坏坍塌。（8）塔式建筑的倒塌率是50％水塔的震害多发生在塔身距塔底1／3的高度范围内。砖、石结构的水塔倒塌主要是因为塔身下部折断或砌体酥碎所致。同一区域内装水的水塔比空的震害重。钢筋混凝土水塔整体性好，抗震性能好，但它的破坏是倾覆倒塌，极易危及周围的建筑物安全。（9）钢筋混凝土框架结构房屋的倒塌率是15％钢筋混凝土框架是变形能力较强的一种结构。它的倒塌破坏主要是房屋强度、

5、刚度、延性不足所致，如果结构刚度或者各类荷载不均匀，也将大大加剧其震害。（10）地下建筑结构的倒塌率是4％半地下砖砌壳体结构比地面同类结构明显减轻；地下室和人防工程设施一般震害较轻；唐山矿的开采深度已达1000米以上，可是井巷砌体结构普遍震害轻微。2古代木结构建筑抗震性能的力学分析现存木结构最古老的是建筑是山西省五台县李家庄的南禅寺大殿[2]，建于唐代（782年）；位于山西五台山的佛光寺东大殿，是我国现存最大的唐代（875年）木构建筑；山西应县木塔是我国现存最高的木构高层建筑、天津蓟县独乐寺观音阁是我国现存最高的木构阁楼；北京故宫太和殿建筑

6、面积2377平米，是我国现存最大的木构建筑。应县木塔建于辽清宁二年（1056年），高67.3米，比西安大雁塔还高3.3米，全塔共分五层六檐，如果加上暗层,也可以说是九层。千年来，木塔经历了七次大地震的考验。据史书记载，在木塔落成二百八十年后，当地曾发生过六点五级大地震，余震连续七天，塔旁房屋全部倾倒，而木塔巍然耸立。军阀混战时期，木塔曾被二百多发炮弹击中，整体结构也未受到损坏。近年来，邢台、唐山地震都波及应县，木塔整体摇动，风铃全部震响，持续约一分钟，但是木塔却没有受到严重影响。天津蓟县独乐寺不仅经历千年风雨，而且仅大的地震，就经历过28次

7、之多，往往是“官廨民舍无一存”，唯有独乐寺巍然屹立。康熙十八年(1679年)，北京东郊发生了8级以上地震，该寺距震中近在咫尺，却安然无恙。乾隆四年(1743年)大地震，蓟县房倒屋塌，无一幸存，唯有独乐寺纹丝不动，其抗震性能，令人惊叹!据分析，应县木塔抗震力强的原因首先是采用多层框架，近似现代建筑的圈梁，是一种很有效的加固防震手段；其次木材是柔性材料，在外力作用下不容易变形，但在一定程度上又有恢复原状的能力，同时构架中所有节点是卯榫结合，具有一定的柔性；再次是四个暗层加强了塔的整体性。每组斗拱似弹性节点，受外力后减轻冲撞力，具有很好的抗震性能

8、。木构件在节点部位通常采用榫卯连接。研究发现，榫卯所形成的柔性连接有很强的弹性抗转角能力，能承担很大的水平地震作用。木构件在地震中的变形耗散了大量地震能。此外又有较强的恢复变形能