彭艷菊 呂悅軍 鄢家全 唐榮余 王俊勤 李家剛

1）中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所，北京 100085

2）中國(guó)地震局地球物理研究所，北京 100081

3）中海石油(中國(guó))有限公司北京研究中心 北京 100027

1 不同概率水準(zhǔn)地震動(dòng)參數(shù)之間關(guān)系

收集了渤海27份石油平臺(tái)設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)研究報(bào)告，統(tǒng)計(jì)出46個(gè)平臺(tái)的海底泥面峰值加速度，分別為重現(xiàn)期200年、1000年，50年超越概率63%，10%和2%，計(jì)算了不同概率水準(zhǔn)的地震動(dòng)峰值加速度的比值和分析了分布規(guī)律。

2 抗震設(shè)防目標(biāo)的確定

設(shè)防目標(biāo)與設(shè)計(jì)方法有關(guān)，海洋平臺(tái)采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，按照平臺(tái)結(jié)構(gòu)的承載力極限狀態(tài)和使用極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)，據(jù)此確定相應(yīng)的兩級(jí)設(shè)防目標(biāo)。第一級(jí)設(shè)防目標(biāo)定為：經(jīng)歷強(qiáng)度水平地震時(shí)，結(jié)構(gòu)處于彈性變形階段或塑性變形階段，構(gòu)件不發(fā)生破壞。建筑設(shè)防中的“小震不壞”要求結(jié)構(gòu)處于彈性變形階段，不出現(xiàn)破壞，“中震可修”允許結(jié)構(gòu)可發(fā)生塑性變形，出現(xiàn)可修復(fù)的破壞。但海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)特殊，所用的鋼材具有很大的塑性變形能力，在往復(fù)加卸載過(guò)程中結(jié)構(gòu)的塑性變形能夠很大程度地提高結(jié)構(gòu)吸收和耗散地震能量的能力，因此將彈性階段和塑性變形階段作為承載力極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)處于該狀態(tài)時(shí)，進(jìn)入塑性變形階段，但不允許出現(xiàn)破壞。第二級(jí)設(shè)防目標(biāo)定為：經(jīng)歷韌性水平地震時(shí)，允許結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)有一些損壞，次要部件遭到破壞，平臺(tái)已不能繼續(xù)工作，但要求平臺(tái)的結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)系統(tǒng)仍保持整體穩(wěn)定性，不至于倒塌。

3 抗震設(shè)防水準(zhǔn)的標(biāo)定

（1）強(qiáng)度水平地震概率水準(zhǔn)。強(qiáng)度水平地震可類比建筑工程中的“小震”，一般建構(gòu)筑物取50年超越概率63%。海洋平臺(tái)屬于特別重要的工程，設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)采用與甲類建構(gòu)筑物抗震設(shè)防水準(zhǔn)持平的原則確定。

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》未明確甲類建筑設(shè)防地震的概率水準(zhǔn)，但規(guī)定地震作用應(yīng)高于本地區(qū)設(shè)防烈度。研究表明，地震烈度提高1度，峰值加速度增加1倍。馬玉宏等建議甲類建筑物常遇地震的概率水準(zhǔn)取50年超越概率22%(相當(dāng)于重現(xiàn)期200年)。鄢家全等統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，重現(xiàn)期200年的峰值加速度約為50年超越概率10%的2/3。高孟潭等發(fā)現(xiàn)50年超越概率63%的峰值加速度為50年超越概率10%的1/3。因此，可以認(rèn)為重現(xiàn)期200年的地震作用強(qiáng)度約為50年超越概率63%的2倍，即重現(xiàn)期200年的地震作用強(qiáng)度滿足了地震烈度提高1度的要求。分析表明，重現(xiàn)期200年與50年63%的峰值加速度比值均值為2.1，50年超越概率10%與重現(xiàn)期200年的峰值加速度比值均值1.4，即重現(xiàn)期200年與50年超越概率10%的峰值加速度比值為1/1.4(約為0.7)。因此，渤海工程實(shí)例表明，強(qiáng)度水平地震的重現(xiàn)期取200年達(dá)到地震烈度提高1度的要求。由此可見，強(qiáng)度水平地震取重現(xiàn)期200年，同甲類建構(gòu)筑物持平。另外，美國(guó)API規(guī)范建議南加州海域的永久性結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度水平地震重現(xiàn)期取200年，渤海地震作用弱于南加州地區(qū)。因此，強(qiáng)度水平地震取200年是安全的。

（2）韌性水平地震概率水準(zhǔn)。韌性水平地震設(shè)計(jì)采用API規(guī)范中8腿平臺(tái)設(shè)計(jì)方法，地震作用取強(qiáng)度水平地震值的2倍。重現(xiàn)期1000年與200年的峰值加速度比值平均為1.9，大致滿足強(qiáng)度水平地震作用的2倍的要求；50年超越概率2%與重現(xiàn)期200年的峰值加速度比值為2.4。因此，渤海重現(xiàn)期1000年～2500年峰值加速度應(yīng)不小于重現(xiàn)期200年的2倍，也就是說(shuō)，重現(xiàn)期1000～2500年的地震作用應(yīng)該是強(qiáng)度水平地震的2倍及以上。據(jù)此，建議韌性水平地震的概率水準(zhǔn)取重現(xiàn)期1000～2500年。

利用設(shè)防地震重現(xiàn)期與工程基準(zhǔn)期的比值N衡量設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的高低。選擇核電廠、三峽大壩等與海洋平臺(tái)進(jìn)行對(duì)比。從N值看，海洋平臺(tái)韌性水平地震的風(fēng)險(xiǎn)僅次于核電站，接近三峽大壩。可以認(rèn)為，海上平臺(tái)韌性水平地震重現(xiàn)期取1000～2500年是安全的。另外，美國(guó)API規(guī)范建議變形極限地震重現(xiàn)期取幾百年至幾千年，本研究推薦值已接近API規(guī)范規(guī)定的上限。