秦吉祥

摘要：水工抗震的不確定性主要是由于水工結構線路長、地質結構復雜、高地下水位與高構造應力增加導致，在水工結構抗震設計中水工結構的受力狀況繁雜，而且邊界條件復雜，使地震動的反應狀況千變萬化。下面通過抗震要求對水工結構抗震設計進行分析，提出合理的抗震設計建議，希望為我國抗震設計做出貢獻。

關鍵詞：水工結構;抗震設計;抗震要求

1、抗震要求

我國發(fā)展的歷程中，針對地震部門烈度鑒定地區(qū)的構造實行了全面抗震設計，通過研究數(shù)據(jù)可知，九四年之后的幾次強烈地震（邢臺、唐山、新豐江地震）在震前都預測為6度或小于6度的地震，對應的建筑結構都沒有按照抗震的規(guī)范要求進行抗震設計，從而導致地震發(fā)生后造成的損失慘重。所以設計人員不僅要在地震多發(fā)地區(qū)嚴格按照國家規(guī)定的抗震要求進行設計，而且還要對地震過后的水工結構進行合理設計，即使地震的級別為6度或6度以上，仍需對相應地區(qū)的樞紐進行合理的布置，從而減小地震造成的損耗。水工結構設計中的防火設計應當對其進行專門的探討，分析防火設計在地震中的重要性，并對產(chǎn)生的問題提出解決措施，實現(xiàn)費用的合理利用，從而實現(xiàn)抗震減災最終目標。目前，我國對于高壩大庫和失事后果嚴重的水工結構都有必要設立地震防范。一般情況下，水工結構實行抗震設計是非常有難度的，在選擇結構線路時就需要對不利地質進行研究分析，避開不利地段的結構設計，從而減小地震帶來的危害。在設計中需要對重點地段進行抗震核算，這是設計人員必做的準備工作。抗震要求是水工結構抗震設計中的重點，設計人員需要通過實際的地質情況進行嚴格的設計，在符合國家要求的情況下對水工結構進行抗震設計。

2、水工結構抗震設計的建議

2.1建立抗震設防水準框架

建立符合規(guī)范要求的水工結構抗震設防水準框架，這是抗震設計中的重要準備部分。通過分析數(shù)據(jù)，外國的抗震設防水準框架是遵循最大設計地震和運行基本地震兩個組成部分的原則實行設防，與此同時，還需要加上水庫地震設防。國內外的水工結構抗震設計的具體實施都可以體現(xiàn)出重現(xiàn)期為一兩百年的OBE，通常在水工結構抗震設計中起不到明顯的控制作用。水工結構抗震設計的任務就是密切關注因庫水引發(fā)的構造型水庫大壩地震，這種地震類型不需要將水庫地震和運行基本地震設計到框架中去。對于甲類抗震設防之外的水工結構，現(xiàn)階段的規(guī)范要求都通過“設計地震”來開展抗震設計。對甲類抗震設防的大壩工程，應當組織抗震安全探究活動，當遇到極限地震時不會出現(xiàn)潰壩現(xiàn)象，也不產(chǎn)生危害人們財產(chǎn)安全和生命安全的危險。針對這些問題提出了幾種原則性的研究報告：①針對大型的水工結構，設計人員需要嚴格遵循“設定地震法”，收集關于場地有關設計反應譜的資料，實現(xiàn)人工模擬地震動加速度時程的目標。②應當通過場地地震地質的真實狀況來總結“最大可信地震”的峰值加速度，運用恰當?shù)姆绞交蛘呋鶞势谝话倌暌詢?、超越概率為百分之一的概率法，兩者取最大值。③當水工結構遭受到強烈地震時，地震響會實現(xiàn)塑性的可能，因此，應當全方位考慮震動加速度的幅度和頻譜非平穩(wěn)性等影響。④若水工結構場所的傾角讀數(shù)<70°，發(fā)震斷層距離<30 千米，可以把地震造成的影響計入上盤效應。⑤若水工結構場地距離地震區(qū)的范圍為<10 千米，但地震級別>7級時，應當分析大震中的發(fā)震斷層形成的原因，用來構成場地地震動加速度時程。

2.2對標準設計反應譜的建議

標準設計反應譜的主要功能就是表達出地震動反應譜的衰減情況，同時還能夠細致的表達出不同地震等級和地震動加速度反應譜之間的關系。從就近的地震情形來分析，地震動反應譜、地震等級與場址距離間的規(guī)律能夠通過實際的強震來記錄，由統(tǒng)計獲得的地震反應譜、地震等級與地震距離之間的衰減關系，因為現(xiàn)階段還不能夠通過理論知識對它們做出詳細、具體的總結和歸納。從地震活動的特點和地震發(fā)生地的地質構造來研究，我國地震發(fā)生的情形北美大陸有較多的相似點。由于我國目前對于詳細的強震記錄工作并不全面，水工結構的抗震設計反應譜，需要借助美國的強震記錄來開展研究活動，從而在我國出現(xiàn)強烈地震情況時能夠輕松面對。

2.3水工結構的動態(tài)力學性能

在實際的水工結構的抗震設計中，混凝土結構的動態(tài)抗拉強度、抗壓強度和彈性模量都是水工結構動態(tài)力學性能中有參考價值的數(shù)據(jù)。水工結構的抗拉強度參考數(shù)值可以通過全級配試件抗折試驗來測得彎拉強度數(shù)據(jù)，利用外國實驗的經(jīng)驗作依據(jù)。在實際的設計工作期間，工作人員應當綜合分析震動的往復因素，建議水工結構材料的動態(tài)抗拉強度和動態(tài)抗壓強度都應當比靜態(tài)強度增強百分之二十。

2.4水工結構的動力分析

水工結構的地震響應尤為復雜，結構材料本身的塑性性能非常強，很難采用統(tǒng)一的條件來開展模擬活動，這就導致分析數(shù)據(jù)和實際的地震情形存在明顯的差異。《水工建筑物抗震設計規(guī)范》是通過擬靜力的方式對水工結構實行抗震設計，這種方式有一定的局限性，它不能夠直觀的體現(xiàn)出實際情況中的地震情況和水工結構地震作用下的動態(tài)力學性能，因此，不能夠精準的計算出水工結構的動態(tài)應力分布與地震變形數(shù)據(jù)。所以，可以運用擬靜力的數(shù)據(jù)進行分析，通過有限元法的動力來計算地震時出現(xiàn)的具體情況，并且對數(shù)據(jù)進行細致分析、研究，全方位判定水工結構的抗震安全性能。

3、結束語

現(xiàn)階段我國對于工程建設方面的科研還不成熟，在發(fā)展過程中還存在一定的風險。因此，設計人員需要對重大工程的抗震問題進行重點關注，預防嚴重地震帶來的不利影響。在開展科研過程中，需要正視困難，勇于面對挑戰(zhàn)，為我國的工程發(fā)展奠定良好的基礎。水工結構抗震設計中的受力分析情況比較繁瑣，邊界條件也較為復雜，因此地震震動的反應情況也非常復雜。根據(jù)不同的地震區(qū)域，通過出臺的《水工建筑物抗震設計規(guī)范》來開展抗震設計，著重把控我國地震區(qū)的抗震性能，設計出高質量的地震設計方案。地震實例能夠給新建的水工建筑物抗震設計帶來啟迪，水工結構需要全方位考慮材料的動態(tài)性能，運用標準設計反應譜，確定合理、準確的抗震設防水準框架。

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（作者單位：中工武大設計研究有限公司）