汶川地震对水工结构抗震设计的启示,水工结构论文.docx

汶川地震对水工结构抗震设计的启示,水工结构论文内容摘要：水工构造线路长、地质条件复杂, 高地下水位及高构造应力增加了水工构造抗震的不确定性, 水工构造的受力情况和边界条件相当复杂, 地震动的反响状况千差万别。根据汶川地震对水工构造抗震设计带来的新影响和启迪, 提出水工构造抗震设计的建议。 本文关键词语：水工构造; 抗震设计; 汶川地震; 1 引言 水工建筑物线路长、埋置较深, 地质条件相对复杂, 经常会碰到高地下水位以及高构造应力等不利条件的影响, 强地震以及大断层等的控制, 给水工建筑物的构造设计、施工等带来很多技术难题, 也为水工构造学科的发展提出了更高层次的要求。水工建筑物在地震中遭到毁坏, 除工程本身遭受损失外, 给工程沿线人民的生活、生命和财产造成宏大隐患。我们国家是地震高发国家, 有屡次因地震致使河岸决堤, 引发特大洪涝灾祸的事故。 2 汶川地震对水工构造抗震设计的启迪 我们国家现行的(水工建筑物抗震设计规范修订于1997年, 对我们国家水工构造的抗震安全性发挥了重要的作用。严格执行规范设计的各类型水工构造, 在汶川特大地震中固然遭受了远超预期设计的强震侵袭, 仍然能够基本上保持整体稳定, 避免了因它的毁坏而产生的次生灾祸, 到达了抗震设计的目的, 讲明根据规范设计的水工构造具有一定的抗震能力。同时, 汶川地震也对水工构造的抗震设计带来了新的影响和启迪。 第一, 水工坝基岩体和边坡在强震作用下的稳定性, 对水工构造坝的抗震安全性非常重要。在汶川地震中, 采用预应力锚固处理的百米级大坝的坝肩岩体、坝基以及高边坡基本上都保持了稳定, 而距离这些大坝很近的没有采取预应力锚固处理的边坡则发生了严重的坍滑。证明了水工坝基和边坡加固的工程措施是特别必要的, 也是很有效的抗震措施。 第二, 汶川地震中水工坝体的震害表示清楚, 在水工建筑物的抗震设计之中, 泄水构造的抗震功能必须高度的重视;在地震的应急预案中, 必须做到保证泄水构造开启关闭的设备和应急能源的常备不懈。由于地震中坝体的震害表示清楚, 紧急降低大坝的库存水位是防止水工构造发生相关次生灾祸的一个非常有用的途径。 第三, 在汶川发生远远超出规范规定的高烈度地震表示清楚, 我们应以水工构造在 最大可信地震 的极限情况下, 不发生溃坝且导致次生灾祸, 作为水工构造抗震设防的重中之重。由于地震基本无法准确预测, 同时水工构造中水的存在使水工建筑物的地震影响特别复杂。经受了汶川地震考验的百米级别水工高坝, 对于新建的三百米级别高坝并没有太大的参考价值, 他们之间有本质的区别, 由于没有建造的先例, 也没有强震考验的实例。 第四, 汶川地震发震断层的长度超过了320 km, 深度到达了20 km, 地震发震的持续时间超过了100 s, 地震能量的释放, 在时间和空间的分布上也很不平衡, 无法在计算分析时作为一个点源来处理。震害经历体验表示清楚, 水工构造种类繁多, 受运行要求影响的同时也受实际地形、地质条件的影响;同一水工构造在不同地区很少完全一样, 很难定型设计;构造受力情况以及边界条件相当复杂, 地震动的反响状况也难以计算。因而, 对接近地震断层的地震动特性应该加强研究, 应沿着全发震断层、全断裂面的破碎速度、断裂形式、方向性、时序性以及上盘效应因素等, 进行全面研究。 3 水工构造抗震设计的几点建议 3.1 抗震设防水准框架确实定 合理确定水工构造抗震设防水准框架, 是水工构造抗震设计的先决条件。国外水工建筑物抗震设防水准框架, 根据最大设计地震 (MDE) 和运行基本地震 (OBE) 两级设防, 甚至加上水库地震设防。国内、外水工构造抗震设计实践都表示清楚, 重现期为100200年的OBE, 一般在设计中都起不到控制作用, 水工构造工程抗震设计主要任务, 是注意由库水所触发的构造型水库大坝地震, 根本不需要把水库地震和OBE列入到抗震设防框架中去。 对抗震设防类别为甲类以外的水工建筑物, 现行规范要求都采取 设计地震 进行抗震设计, 设计性能目的定位为, 允许水工建筑物产生能够修复的局部震损的一级抗震设防水准。对抗震设防类别为甲类的重要大坝, 要进行抗震安全专门研究, 要求极限地震时不发生溃坝、不引起危害人民财产和生命安全的次生灾祸, 并提出下面原则的专题报告: 一是对重大水工建筑物, 应该根据 设定地震法 (以场地地震危险性分析并综合概率法和确定性方式方法为基础) 来确定场地相关设计反响谱, 然后据此生成人工模拟地震动加速度时程。二是应该根据场地地震地质条件来确定 最大可信地震 的峰值加速度, 根据确定性的方式方法或者基准期100年内超越概率为0.01的概率法, 两者的结果取大值。三是水工建筑物在遭遇罕遇强震时, 地震响会有进入塑性的可能, 所以, 需要考虑实际地震动加速度幅值以及频谱非平稳性等方面的影响。第四、当水工建筑物场地距离倾角小于70 , 而且发震断层小于30 km时, 应当计入上盘效应的影响。第五、当构造场地距离地震小于10 km, 而地震震级大于7级时, 应当研究近场大震中的发震断层作为面源破裂的经过, 用来生成场地地震动加速度时程。 3.2 对标准设计反响谱的建议 标准设计反响谱具体表现出了地震动反响谱的衰减关系, 反映了不同地震等级和不同地震场址距离的地震动加速度反响谱的统计规律。当前, 地震动反响谱和地震震级以及场址距离间的规律性, 只能基于实际的强震记录, 从统计意义上求得地震反响谱和地震震级、震中距离之间的衰减关系相关性, 由于当前还难以从理论上对其做出总结和归纳。 美国以西部地区为基础, 以全世界已有的173次地震中的3 551个强震记录为根据, 展开地震动之间衰减关系的研究, 这些记录是迄今为止全世界最全面的反响谱研究成果。在地震活动特点、地质构造等方面, 我们国家和北美大陆具有很大类似性。在缺乏足够强震记录的情况下, 我们国家水工构造的抗震设计反响谱能够参考美国丰富的强震研究成果, 一般的水工构造都应该采用这种规则化的标准反响谱进行抗震设计计算。 3.3 水工构造混凝土的动态力学性能 水工构造的抗震设计中, 混凝土动态抗拉、抗压强度以及弹性模量, 是水工混凝土构造动态力学性能的重要参数, 以剪切受拉和弯曲受拉强度为主。水工构造的抗拉强度值, 应采用全级配试件抗折试验测得的弯拉强度, 现行规范仅参考了国外试验的经历体验来确定。考虑到地震动是往复作用, 建议水工构造材料的动态抗拉、抗压强度应较静态强度提高20%。 3.4 水工土石坝的动力分析 水工土石坝构造的地震响应十分复杂, 构造材料本构关系的塑性性能很强, 很难以统一的条件模拟, 导致分析结果与实际情况差异显着。现行(水工建筑物抗震设计规范采用拟静力的方式方法进行抗震设计, 很难反映实际地震动以及水工建筑构造地震作用下动态力学性能, 无法准确计算水工坝体及基础的动态应力分布和坝体地震变形。建议高烈度地区兴建大型水工土石坝, 不要只进行拟静力计算分析, 还应当进行有限元法的动力计算分析, 对水工构造的抗震安全性能做综合判定。 4 结束语 水工构造的受力情况和边界条件相当复杂, 地震动的反响状况愈加复杂。汶川地震一方面表示清楚, 严格根据我们国家现行(水工建筑物抗震设计规范设计的水工构造, 具有一定的抗震性能;另一方面给新建水工建筑物抗震设计以启迪, 水工混凝土构造应考虑混凝土材料的动态性能, 采用愈加合理的标准设计反响谱, 建立合理的抗震设防水准框架。