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解读水工建筑物抗震设计的有利影响

2020-02-14 307 上传者：管理员

摘要：多年来，水工建筑物因线路比较长，埋设位置较深，建筑物所处的地理位置和地质条件比较复杂的原因，为水利工程设计单位展开工作带来了诸多不便以及不利影响。基于此，本文结合汶川地震给水工建筑物带来的启示，对水工建筑物进行了着重的分析，并从抗震设防水准、设计反应谱、混凝土性能等方面对其抗震设计策略进行了阐述。

关键词：
启示
工程投资
抗震设计
水工建筑
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桩基础具有承载力高和抗震性能好、适用地基范围广等特点，可承受竖向抗压、抗拔荷载、侧向荷载和水平荷载，以及周期性作用的可变荷载，普遍用于工业与民用建筑、高耸构筑物、支挡结构承载及抗震设计中，尤其是桩径大于250mm的中等及大直径灌注桩得了到广泛应用。在抗震设计中，充分利用小直径灌注桩施工设备小、占用场地小、施工灵活、桩体承载力高的特点，采用了小直径灌注桩将塔体与基岩锚固承担地震拉拔力的抗震措施，取得了较好的抗震效果，节约了工程投资。

1、抗震要求

中国是地震频发的国家，地震带分布较广，如图1所示。在活动地块边界带上易发生较强的构造运动，进而发生地震，自1949年以来，我国发生过多次大地震，例如唐山大地震，汶川大地震，这些地方的大部分建筑物在地震前均被认为是低度地区，没有按照实际抗震要求进行设计，以至于伤亡惨重，造成巨大的损失。

图1 中国地震分布带

地震所带来的灾害是十分惨重的，所以我们应该重视工程抗震技术。对于水利工程而言同样重要，今后我们不仅要对地震频发地区按照相关的规定对水利工程构造物进行抗震设计，而且对破坏后果较为严重的重要水工建筑物也要提高抗震设计水平，并且在关键水利结构部位增设抗震构造，这样才能够提高水工结构物的抗震水平，把地震后的损失降到最低。

2、水工建筑物抗震设计策略研究

2.1 确定抗震设防水准框架

根据中外水工建筑物抗震设防水准差异分析得知，对于设防水准，除了加拿大、瑞士与英国等国家之外，各国家水工建筑物的抗震设防水准都参考了ICOLD要求，应用OBE与SEE两级设防。但我国却采用了设计地震的单级设防，只对尤为重要的建筑物进行两级设防。因此，建议我国水工建筑物的抗震设计中应合理确定其设防水准，结合设定的框架将水工结构的抗震设计作为重要任务。对于甲类之外的水工建筑物，建议按照“设计地震”标准展开抗震设计，并允许水工建筑物在一级抗震设防水准下进行局部范围的修复。而甲类级别的重要水工结构，例如大坝，应专门进行抗震研究，保障水工建筑物在极限地震发生时也不会溃坝，不会给当地居民带来安全危害。

对此，以下建议可供参考：①建议对重大水工建筑物根据“设定地震法”确定设计反应谱，以此人工模拟处地震的速度与时程。②按照地震现场的实际地质条件，确定地震峰值加速度，应用确定性方法和概率法，取二者之间的最大值作为参考标准。③当水工建筑物受到较强的地震灾害时，地震响会变得塑性，要求水利工程设计人员结合实际地震动的加速度与频谱内非稳定性因素，以此作为参考标准。④如果水工建筑物距离地震位置低于10km，但地震等级超过了7级，建议水利工程人员研究发震断层，将其看作是面源破裂过程，以此为依据来生成地震动加速度的时程。

2.2 继发灾害

地震作用下的直接灾害明显，造成水工建筑物损毁，如大坝垮塌和水工隧洞垮落堵塞等，造成巨大的经济和社会损失。水工结构地震继发灾害也不容忽视，如大坝垮塌后的排水可能造成泄洪，造成农田和房屋淹没；水工发电站仪器地震后连续爆炸破坏力巨大，严重时可能导致人员伤亡。对于普通灌溉渠道，一般不必满足抗震要求，只允许个别渠段完全破坏即可。但当渠道下方有大面积居民点时，流下的渠水可能会冲毁居民点，这时就需要适当考虑抗震。例如，①选线时设法尽量避开居民点，②局部渠段适当加固，③在居民点外设置挡水导墙，以减免灾害的扩大。

2.3 了解混凝土动态力学性能

水工建筑物的抗震设计过程中，混凝土是建筑物的构造原材料，其动态抗压强度与抗拉强度、弹性模量就是水工混凝土建筑物结构动态力学的重要研究参数。其中，剪切受拉与弯曲受拉的强度是人们主要研究的对象。对于水工建筑物的抗拉强度，建议通过试件抗折测试得出混凝土弯拉强度，并参考国外相关试验数据，综合国外研究人员的测试经验，确定混凝土结构的弯拉强度。地震动对水工建筑物具有往复作用，水利工程施工中，应科学选择水工建筑物原材料，其动态抗压与抗拉强度与静态强度相比，应至少提升20%。此外，水利工程研究人员还应了解到水工建筑物结构对地震响应的复杂性特点，明确结构材料的塑性性能，对水工建筑物土石坝动力情况展开分析，统一模拟条件，确保分析结果与现实情况之前的差异缩小。按照国家提出的行业设计规范，通过拟静力方法展开水工建筑物的抗震设计，同时将其与有限元法动力计算相结合，实现对水工建筑物抗震性能展开综合性判断。

3、结束语

随着我国经济水平不断地提高，各类建筑物都应该提高抗震设计的水平，以确保能够抵抗住强震的威胁，保证建筑物的正常使用。对于水利工程而言，在小震情况下应该确保能够抵抗住地震而不影响正常的使用功能；对于大震而言，重点在于减少地震的危害，将损失降低到最少。地震发生后的继发灾害往往会加重震灾的程度。在水利工程方面，安全降低水库的水位，控制输水管线的流量是十分重要的，应当引起足够的注意以及更加深入的研究。

参考文献：

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