秦吉祥
摘要:水工抗震的不確定性主要是由于水工結(jié)構(gòu)線路長(zhǎng)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、高地下水位與高構(gòu)造應(yīng)力增加導(dǎo)致,在水工結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中水工結(jié)構(gòu)的受力狀況繁雜,而且邊界條件復(fù)雜,使地震動(dòng)的反應(yīng)狀況千變?nèi)f化。下面通過(guò)抗震要求對(duì)水工結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行分析,提出合理的抗震設(shè)計(jì)建議,希望為我國(guó)抗震設(shè)計(jì)做出貢獻(xiàn)。
關(guān)鍵詞:水工結(jié)構(gòu);抗震設(shè)計(jì);抗震要求
1、抗震要求
我國(guó)發(fā)展的歷程中,針對(duì)地震部門(mén)烈度鑒定地區(qū)的構(gòu)造實(shí)行了全面抗震設(shè)計(jì),通過(guò)研究數(shù)據(jù)可知,九四年之后的幾次強(qiáng)烈地震(邢臺(tái)、唐山、新豐江地震)在震前都預(yù)測(cè)為6度或小于6度的地震,對(duì)應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)都沒(méi)有按照抗震的規(guī)范要求進(jìn)行抗震設(shè)計(jì),從而導(dǎo)致地震發(fā)生后造成的損失慘重。所以設(shè)計(jì)人員不僅要在地震多發(fā)地區(qū)嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)定的抗震要求進(jìn)行設(shè)計(jì),而且還要對(duì)地震過(guò)后的水工結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì),即使地震的級(jí)別為6度或6度以上,仍需對(duì)相應(yīng)地區(qū)的樞紐進(jìn)行合理的布置,從而減小地震造成的損耗。水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的防火設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的探討,分析防火設(shè)計(jì)在地震中的重要性,并對(duì)產(chǎn)生的問(wèn)題提出解決措施,實(shí)現(xiàn)費(fèi)用的合理利用,從而實(shí)現(xiàn)抗震減災(zāi)最終目標(biāo)。目前,我國(guó)對(duì)于高壩大庫(kù)和失事后果嚴(yán)重的水工結(jié)構(gòu)都有必要設(shè)立地震防范。一般情況下,水工結(jié)構(gòu)實(shí)行抗震設(shè)計(jì)是非常有難度的,在選擇結(jié)構(gòu)線路時(shí)就需要對(duì)不利地質(zhì)進(jìn)行研究分析,避開(kāi)不利地段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),從而減小地震帶來(lái)的危害。在設(shè)計(jì)中需要對(duì)重點(diǎn)地段進(jìn)行抗震核算,這是設(shè)計(jì)人員必做的準(zhǔn)備工作。抗震要求是水工結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的重點(diǎn),設(shè)計(jì)人員需要通過(guò)實(shí)際的地質(zhì)情況進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì),在符合國(guó)家要求的情況下對(duì)水工結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。
2、水工結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的建議
2.1建立抗震設(shè)防水準(zhǔn)框架
建立符合規(guī)范要求的水工結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防水準(zhǔn)框架,這是抗震設(shè)計(jì)中的重要準(zhǔn)備部分。通過(guò)分析數(shù)據(jù),外國(guó)的抗震設(shè)防水準(zhǔn)框架是遵循最大設(shè)計(jì)地震和運(yùn)行基本地震兩個(gè)組成部分的原則實(shí)行設(shè)防,與此同時(shí),還需要加上水庫(kù)地震設(shè)防。國(guó)內(nèi)外的水工結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的具體實(shí)施都可以體現(xiàn)出重現(xiàn)期為一兩百年的OBE,通常在水工結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中起不到明顯的控制作用。水工結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的任務(wù)就是密切關(guān)注因庫(kù)水引發(fā)的構(gòu)造型水庫(kù)大壩地震,這種地震類(lèi)型不需要將水庫(kù)地震和運(yùn)行基本地震設(shè)計(jì)到框架中去。對(duì)于甲類(lèi)抗震設(shè)防之外的水工結(jié)構(gòu),現(xiàn)階段的規(guī)范要求都通過(guò)“設(shè)計(jì)地震”來(lái)開(kāi)展抗震設(shè)計(jì)。對(duì)甲類(lèi)抗震設(shè)防的大壩工程,應(yīng)當(dāng)組織抗震安全探究活動(dòng),當(dāng)遇到極限地震時(shí)不會(huì)出現(xiàn)潰壩現(xiàn)象,也不產(chǎn)生危害人們財(cái)產(chǎn)安全和生命安全的危險(xiǎn)。針對(duì)這些問(wèn)題提出了幾種原則性的研究報(bào)告:①針對(duì)大型的水工結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)人員需要嚴(yán)格遵循“設(shè)定地震法”,收集關(guān)于場(chǎng)地有關(guān)設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的資料,實(shí)現(xiàn)人工模擬地震動(dòng)加速度時(shí)程的目標(biāo)。②應(yīng)當(dāng)通過(guò)場(chǎng)地地震地質(zhì)的真實(shí)狀況來(lái)總結(jié)“最大可信地震”的峰值加速度,運(yùn)用恰當(dāng)?shù)姆绞交蛘呋鶞?zhǔn)期一百年以?xún)?nèi)、超越概率為百分之一的概率法,兩者取最大值。③當(dāng)水工結(jié)構(gòu)遭受到強(qiáng)烈地震時(shí),地震響會(huì)實(shí)現(xiàn)塑性的可能,因此,應(yīng)當(dāng)全方位考慮震動(dòng)加速度的幅度和頻譜非平穩(wěn)性等影響。④若水工結(jié)構(gòu)場(chǎng)所的傾角讀數(shù)<70°,發(fā)震斷層距離<30 千米,可以把地震造成的影響計(jì)入上盤(pán)效應(yīng)。⑤若水工結(jié)構(gòu)場(chǎng)地距離地震區(qū)的范圍為<10 千米,但地震級(jí)別>7級(jí)時(shí),應(yīng)當(dāng)分析大震中的發(fā)震斷層形成的原因,用來(lái)構(gòu)成場(chǎng)地地震動(dòng)加速度時(shí)程。
2.2對(duì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的建議
標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的主要功能就是表達(dá)出地震動(dòng)反應(yīng)譜的衰減情況,同時(shí)還能夠細(xì)致的表達(dá)出不同地震等級(jí)和地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜之間的關(guān)系。從就近的地震情形來(lái)分析,地震動(dòng)反應(yīng)譜、地震等級(jí)與場(chǎng)址距離間的規(guī)律能夠通過(guò)實(shí)際的強(qiáng)震來(lái)記錄,由統(tǒng)計(jì)獲得的地震反應(yīng)譜、地震等級(jí)與地震距離之間的衰減關(guān)系,因?yàn)楝F(xiàn)階段還不能夠通過(guò)理論知識(shí)對(duì)它們做出詳細(xì)、具體的總結(jié)和歸納。從地震活動(dòng)的特點(diǎn)和地震發(fā)生地的地質(zhì)構(gòu)造來(lái)研究,我國(guó)地震發(fā)生的情形北美大陸有較多的相似點(diǎn)。由于我國(guó)目前對(duì)于詳細(xì)的強(qiáng)震記錄工作并不全面,水工結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜,需要借助美國(guó)的強(qiáng)震記錄來(lái)開(kāi)展研究活動(dòng),從而在我國(guó)出現(xiàn)強(qiáng)烈地震情況時(shí)能夠輕松面對(duì)。
2.3水工結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能
在實(shí)際的水工結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中,混凝土結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和彈性模量都是水工結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)力學(xué)性能中有參考價(jià)值的數(shù)據(jù)。水工結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度參考數(shù)值可以通過(guò)全級(jí)配試件抗折試驗(yàn)來(lái)測(cè)得彎拉強(qiáng)度數(shù)據(jù),利用外國(guó)實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)作依據(jù)。在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作期間,工作人員應(yīng)當(dāng)綜合分析震動(dòng)的往復(fù)因素,建議水工結(jié)構(gòu)材料的動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度都應(yīng)當(dāng)比靜態(tài)強(qiáng)度增強(qiáng)百分之二十。
2.4水工結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析
水工結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)尤為復(fù)雜,結(jié)構(gòu)材料本身的塑性性能非常強(qiáng),很難采用統(tǒng)一的條件來(lái)開(kāi)展模擬活動(dòng),這就導(dǎo)致分析數(shù)據(jù)和實(shí)際的地震情形存在明顯的差異?!端そㄖ锟拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》是通過(guò)擬靜力的方式對(duì)水工結(jié)構(gòu)實(shí)行抗震設(shè)計(jì),這種方式有一定的局限性,它不能夠直觀的體現(xiàn)出實(shí)際情況中的地震情況和水工結(jié)構(gòu)地震作用下的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能,因此,不能夠精準(zhǔn)的計(jì)算出水工結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力分布與地震變形數(shù)據(jù)。所以,可以運(yùn)用擬靜力的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,通過(guò)有限元法的動(dòng)力來(lái)計(jì)算地震時(shí)出現(xiàn)的具體情況,并且對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致分析、研究,全方位判定水工結(jié)構(gòu)的抗震安全性能。
3、結(jié)束語(yǔ)
現(xiàn)階段我國(guó)對(duì)于工程建設(shè)方面的科研還不成熟,在發(fā)展過(guò)程中還存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。因此,設(shè)計(jì)人員需要對(duì)重大工程的抗震問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注,預(yù)防嚴(yán)重地震帶來(lái)的不利影響。在開(kāi)展科研過(guò)程中,需要正視困難,勇于面對(duì)挑戰(zhàn),為我國(guó)的工程發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。水工結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的受力分析情況比較繁瑣,邊界條件也較為復(fù)雜,因此地震震動(dòng)的反應(yīng)情況也非常復(fù)雜。根據(jù)不同的地震區(qū)域,通過(guò)出臺(tái)的《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》來(lái)開(kāi)展抗震設(shè)計(jì),著重把控我國(guó)地震區(qū)的抗震性能,設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的地震設(shè)計(jì)方案。地震實(shí)例能夠給新建的水工建筑物抗震設(shè)計(jì)帶來(lái)啟迪,水工結(jié)構(gòu)需要全方位考慮材料的動(dòng)態(tài)性能,運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)反應(yīng)譜,確定合理、準(zhǔn)確的抗震設(shè)防水準(zhǔn)框架。
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(作者單位:中工武大設(shè)計(jì)研究有限公司)