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水电工程抗震设防概率水准和地震作用概率模型
陈厚群;候顺载;梁爱虎
【期刊名称】《自然灾害学报》
【年(卷),期】1993(2)2
【摘要】本文基于我国已有的二十余个重大水利水电工程场地地震危险性分析的结果,运用概率分析方法探讨了水电工程抗震设防的概率水准和地震作用的概率模型,以便为正在修订中的《水工建筑物抗震设计规范》提供依据。
【总页数】8页(P91-98)
【关键词】地震作用;概率模型;水工结构;抗震
【作者】陈厚群;候顺载;梁爱虎
【作者单位】水利水电科学研究院
【正文语种】中文
【中图分类】P315.9
【相关文献】
1.地震动过程的概率模型及在重力坝抗震可靠度分析中的应用 [J], 刘章军;曾波;周宜红;田斌
2.利用安度资料预测地震烈度发生概率及抗震设防效益简析——以安徽大,？… [J], 张杰;沈小七
3.地铁抗震设防水准的研究及北京地铁工程典型地段地震小区划 [J], 丁彦慧;胡平;张杰
4.抗震设防地震的概率标定 [J], 鄢家全;陈家庚;高孟潭;郝玉芹
5.地震环境下不同重要性建筑的抗震设防水准 [J], 马玉宏;谢礼立;赵桂峰
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水利水电工程结构的抗震研究近年来，由于地震频率的增加和城市化的进程，人们对于生命财产的损失越来越关注，因此，结构抗震研究越来越成为工程科技的热门话题。
在水利水电工程领域，同样也需要抗震设计。
那么水利水电工程结构的抗震研究是什么？为什么抗震研究是必要的？在水利水电工程中，抗震设计需要注意哪些方面？一、水利水电工程结构抗震研究是什么？水利水电工程结构抗震研究是指在水利水电工程开发设计中，针对不同的地震作用机制和水力荷载形式，采用抗震设计原则和典型的结构抗震形式对水利水电工程结构进行分析、设计、评估，从而使水利水电工程具备优良的抗震性能。
抗震研究需要考虑的方面非常的多，除了要满足水利水电工程建设的安全、经济、社会效益等多要求之外，还要在满足基础抗震要求的同时确保水利设施的可靠性，同时将水利水电工程抗震设计和施工阶段的实际情况紧密结合，以确保工程的可持续性和安全性。
二、抗震研究的必要性水利水电工程结构不仅要承担水荷载和风荷载等静力荷载，还要承受地震作用下的动力荷载，因此抗震设计是必要的。
地震是自然灾害的一种，它的发生频率和影响面非常广泛，尤其在地震多发的地区，对水利水电工程的影响是不可忽视的，这就需要合理的抗震设计来加强水利水电工程的安全性。
同时，由于水利水电工程涉及到广泛的复杂条件和场景，因此需要全面考虑设计和施工环节。
水利水电工程施工期间还会受到强地震的影响，因此，在施工过程中，还需要特别注意安全问题。
其中包括钢结构、混凝土结构、大坝结构、桥梁结构等多个方面。
抗震研究是必要的，因为其可以减少地震对水利水电工程造成的破坏和危害，提高了工程的健康持续发展并保证了社会的可持续性。
三、水利水电工程抗震设计中需要注意的方面1. 建筑物基础设计基础是承受建筑物荷载的组成部分，很多人认为只有建筑物的上部才是地震所破坏的地方，其实不是的。
基础在地震震荡时承担的应力很大，如果建筑物基础设计不符合地震要求，则很容易造成整个建筑物的破坏。
基于设定地震的重大水利水电工程抗震设防研究的开题报告一、选题背景及意义地震是一种具有破坏性的自然灾害，对于水利水电工程来说，地震应力的影响尤为明显。
水利水电工程是国家经济发展和民生保障的重要基础设施，因此其安全性和抗震能力必须得到高度重视。
本文旨在通过对某水利水电工程进行抗震设防研究，以提高其抗震能力，确保其正常运行和服务于人民的需要，具有重要的现实意义。
二、研究内容及方法本文选取某水利水电工程为研究对象，运用地震波传播理论，分析其受震情况和重大地震的特点，进行地震的模拟和建模，通过模拟分析和结构评估，评估工程的受震能力，提出和优化抗震设防方案，并验证其可行性和有效性。
三、研究过程及时间安排1. 研究背景和意义，文献调研（1个月）。
2. 收集工程数据，建立地震模型（2个月）。
3. 进行地震模拟和结构评估，提出抗震设防方案（3个月）。
4. 验证抗震方案的可行性和有效性（2个月）。
5. 撰写论文，并进行答辩（2个月）。
四、预期研究成果通过本研究，预计能够提出针对某水利水电工程的抗震设防方案，提高工程的抗震能力和安全性，为类似水利水电工程的抗震设防提供了一定的参考价值。
五、研究难点及解决方案1. 针对工程受震情况的分析和地震波的模拟建模。
解决方案：运用先进的地震模拟软件，并结合地震波传播理论，建立准确的地震模型。
2. 提出符合工程实际的抗震设防方案。
解决方案：结合工程实际情况和抗震设防标准，制定符合实际情况的抗震设防方案。
六、参考文献1. 陈望清.《地震学概论》[M].北京：高等教育出版社，2013年。
2. 国家标准.《水利水电工程抗震设计规范》[S].中国水利水电出版社，2008年。
3. 刘志钢.《现代抗震设计理论》[M].北京：人民交通出版社，2015年。
4. 王斌.《水利水电工程抗震分析与设计》[M].北京：人民交通出版社，2009年。
考虑近场地震动的水利水电工程设定地震反应谱研究场址设计地震动参数的合理确定是重大工程抗震安全分析的重要环节之一，当前概率性地震危险性分析得到的一致概率反应谱是一种包络反应谱，不能反映实际可能发生的强震频度特性。
最新水工规范（NB35047-2015）要求采用设定地震方法确定设计反应谱，设定地震反应谱既考虑概率性地震危险性结果，又找出了明确的主干断裂与设定地震相对应，能够综合概率性和确定性地震危险性分析方法的优点。
文章以某坝址为例计算了设定地震反应谱，并对比了点源衰减模型和断层源衰减模型对设定地震反应谱的影响。
标签：设定地震反应谱；水利水电；概率性地震危险性分析引言对于重大工程而言，如何科学合理地进行抗震设防一直是设计部门非常关注的重大技术问题之一。
目前地震危险性分析主要采用概率性地震危险性分析（PSHA），概率性方法考虑了场点若干年内超过某一地震动参数值的概率，提供具有概率含义的地震动参数，便于设计部门根据建筑物等级选用不同危险性水平的地震动参数。
地震灾害都是由某一个具有明确物理特性参数（如震级、震中距等）的地震事件引起的，目前广泛采用的地震危险性概率分析方法并不能反映某一特定地震所产生的地震动特点。
另外，概率性方法考虑的是场址周围所有潜在震源对场址地震危险性的综合影响，得到的一致概率反应谱是一种包络反应谱，不能反映场址实际可能发生的强震的频谱特性。
设定地震（Scenario Earthquake）的概念最早由Ishikawa和Kameda（1991）在第四届国际地震区划大会上首次提出的，设定地震下场址地震动参数的估计方法是近年来人们较为关注的研究课题，它主要涉及设定地震的确定和设定地震下的地震动参数估计。
设定地震的确定方法可分为两类：一类是基于地震构造、断层状况及历史地震等确定设定地震；另一类是基于地震危险性概率分析结果确定设定地震（或称等效地震），它能综合考虑总体地震环境影响。
高孟潭（1994）结合我国地震危险性分析的特色，推导出了潜在震源区震级和空间联合分布函数，并建立了确定设定地震期望震级和期望震中距的方法。
技术与应用_2017年第6期山西水利水工结构抗震设计探讨李王坤(太原市城市规划设计研究院，山西太原030024)[摘要]水工结构线路长、地质条件复杂，高地下水位及高构造应力增加了水工结构抗震的不确定性，水工结构的受力情况和边界条件相当复杂，地震动的反应状况千差万别。
根据汶川地震对水工结构抗震设计带来的新影响和启迪，提出水工结构抗震设计的建议。
[关键词]水工结构;抗震设计；汶川地震[中图分类号]TU973+.31 [文献标识码]C[文章编号]1004-7042(2017)06-0047-021引言水工建筑物线路长、埋置较深，地质条件相对复 杂，常常会遇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 物的结构设计、施工等带来很多技术难题，也为水工 结构学科的发展提出了更高的要求。
水工建筑物在地 震中遭到破坏，除工程本身遭受损失外，给工程沿线 人民的生活、生命和财产造成巨大隐患。
我国是地震 高发国家，有多次因地震致使河岸决堤，引发特大洪 涝灾害的事故。
2汶川地震对水工结构抗震设计的启迪我国现行的《水工建筑物抗震设计规范》修订于 1997年，对我国水工结构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结构，在汶川 特大地震中虽然遭受了远超预期设计的强震侵袭，仍 然可以基本上保持整体稳定，避免了因它的破坏而产 生的次生灾害，达到了抗震设计的目的，说明按照规 范设计的水工结构具有一定的抗震能力。
同时，汶川 地震也对水工结构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，对水工结构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 措施是十分必要的，也是很有效的抗震措施。
水电工程防震抗震研究及设计规范浅析1. 引言1.1 研究背景水电工程是国家重要的基础设施之一，其在地震等自然灾害中的抗震性能直接关系到国家安全和社会稳定。
随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快，水电工程越来越多地承担着供水、发电等重要功能，因此其抗震性能的研究和设计显得尤为重要。
近年来，我国地震频发，给水电工程的安全运行带来了极大的挑战，因此加强水电工程的抗震研究势在必行。
目前，国内外关于水电工程防震抗震研究已经取得了一些成果，但仍存在着许多问题有待解决。
针对水电工程的抗震研究背景，本文将从研究现状、设计规范、地震动参数选取、结构抗震性能设计和防震对策等方面展开分析，希望能为水电工程的抗震设计提供一定的参考和借鉴。
中的内容将围绕水电工程在地震中的脆弱性以及当前研究的不足之处展开，从而引出本文对水电工程防震抗震研究及设计规范的浅析。
1.2 研究目的研究目的：水电工程是我国重要的基础设施之一，而地震是我国常见的自然灾害之一。
研究水电工程的抗震性能对于保障水电工程的安全运行具有重要意义。
本文旨在通过对水电工程抗震研究现状和设计规范进行浅析，探讨地震动参数的选取、结构抗震性能设计以及水电工程防震对策，为水电工程的抗震设计提供理论支持和指导，从而提高水电工程的抗震性能，减少地震灾害对水电工程的影响，保障水电工程的稳定运行和安全运行。
通过本文的研究，旨在促进水电工程抗震技术的发展，为未来水电工程抗震设计提供新的思路和方法，从而更好地应对地震灾害，提高水电工程的安全性和可靠性。
1.3 研究意义水电工程是我国重要的基础设施项目之一，具有巨大的经济和社会意义。
水电工程防震抗震研究及设计规范的制定和实施，对于提升水电工程的安全性和抗震性能，减少地震灾害对水电工程的影响，保障人民生命财产安全，具有重要的研究意义。
随着我国经济的快速发展和城乡建设的不断推进，水电工程的数量和规模不断增大。
我国地震多发的地域广阔，地震灾害对水电工程造成的破坏程度也较为严重。
水利水电工程结构的抗震性能研究随着科技的飞速发展，水利水电工程在我国的基础设施建设中扮演着至关重要的角色。
然而，地震灾害的频繁发生对水利水电工程的安全性提出了更高的要求。
因此，建立和完善水利水电工程的抗震性能评价体系是非常必要的。
一、抗震性能的研究背景地震是地球内部能量释放的一种重要形式，是一种自然灾害，具有破坏性和难以预测的特点。
在建设水利水电工程时，设计师们需要考虑到地震对结构的影响，以使工程在发生地震时仍能够有较好的抗震性能。
然而，由于水利水电工程极其复杂的结构形式，水文地质条件和工程环境的特殊性质，建筑物的抗震性能评价、加固和改造等工作难度都很大。
二、现有水利水电工程抗震性能研究现状目前，国内外在水利水电工程结构抗震性能研究方面，已形成了一套较为完善的研究方法和评价指标，如抗震设防标准、地震动参数、结构动力测振实验等。
这些方法和指标经过多年的应用和实践，已证明是可靠的，取得了显著的效果。
与此同时，结构材料不存在天然的抗震性能，大部分水利水电工程都采用了结构加固的方式来提高工程的抗震能力。
结构加固方法有许多种，包括高强度钢筋混凝土梁外加筋、钢板加厚、截面增大、基础加固和防震支撑框架等。
三、提高水利水电工程抗震性能的措施在水利水电工程抗震性能研究中，提高工程抗震能力的措施主要包括以下几个方面：1、材料和结构设计要注意抗震因素水利水电工程建设的过程需要谨慎对待各个建筑元素的抗震性。
为了降低建筑物在受震时所受到的破坏程度，设计师们需要精确掌握每个建筑部件的各项物理特性以及它们在受力时可能出现的问题。
2、设置合理的抗震设备在建设水利水电工程的过程中，加强抗震设施的建设十分必要。
抗震设施例如防震支架和专业的隔震设备，可以增强建筑物的稳定性，降低建筑物在受震时所产生的波动。
而且，这些设施能够在灾难来临时快速作出反应，帮助建筑物迅速适应当前的环境状况。
3、注重灾后恢复和重建在地震发生后，人们必须积极采取各种措施，恢复破损的水利水电工程，并预防类似的灾难再次发生。
关于水工建筑物地震主动动土压力计算的商榷土建水利学论文摘要：在水工建筑物的抗震设计过程中，地震主动动土压力计算问题较复杂，在工程实际中计算方法一不。
通过总结各种计算方法，提出计算地震主动动土压力的意见。
关键词：水工建筑物地震动土压力规范１问题的提出当水工建筑物修筑在地震烈度７°（含７°）以上区域时，应进行抗震计算，以保证工程的正常运行。
为做好水工建筑物抗震设计，水利部先后两次编制《水工建筑物抗震设计规范》，即ＳＤＪ－７８（试行）和ＳＬ２０３－９７。
在执行规范ＳＬ２０３－９７过程中，发现４．９．１地震主动动土压力计算公式中，对主动动土压力系数Ｃｅ取值的提法值得商榷。
２地震主动动土压力计算《水工建筑物抗震设计规范》ＳＬ２０３－９７中给出的地震主动动土压力代表值计算公式为：式中Ｆｅ——地震主动动土压力代表值ｑｏ——土表面单位长度的荷重Ψ１——挡土墙面与垂直面夹角Ψ２——土表面和水平面夹角Ｈ——土的高度γ——土的重度的标准值φ——土的内摩擦角θｅ——地震系数角δ——挡土墙面与土之间的摩擦角ζ——计算系数，动力法计算地震作用效应时取１．０，拟静力法计算地震作用效应时一般取０．２５，对钢筋混凝土结构取０．３５并规定，公式中的Ｃｅ应取式（２）中按“＋”、“－”号计算结果中的大值３墙后填土为水平面时主动土压力系数应小于１主动土压力按库伦理论计算，墙后填土是砂土，只有内摩擦角φ，没有凝聚力Ｃ（若考虑凝聚力Ｃ的影响，则通过加大内摩擦角的办法，即采用“等值内摩擦角φ０”将凝聚力Ｃ包括进去），因此主动土压力系数是与土的内摩擦角φ密切相关的。
在墙后填土为水平面，砂性土内摩擦角φ为１５°～５０°时，主动土压力系数应小于１。
３．１地震主动动土压力系数Ｃｅ计算公式中的明显不合理在ＳＬ２０３－９７中４．９．１条地震主动动土压力公式中，主动土压力系数Ｃｅ值的大小关键在于，规范要求取“＋”、“－”号计算结果中的大值。
水工混凝土的结构抗震浅析1、引言随着社会经济的快速发展，我国水利水电工程也取得巨大进步，尤其是近些年我国西部建设了许多大型水利水电工程，处于强震区的工程必须要考虑抗震设计，在水工建筑物抗震设计方面也积累一定工程实践经验，也出现了很多新的问题。
自1997年以来颁布了《水工建筑物抗震设计规范》，为水工建筑物抗震提供相关标准和规范，但是我国对于水工混凝土结构抗震方面依然存在诸多关键技术无法突破的难题，对水工混凝土结构抗震进行研究和探讨具有重要意义。
2、水工混凝土结构抗震设计目前而言，有关水工混凝土结构抗震研究主要集中在以下几个方面的问题：2.1设计地震烈度有关设计地震烈度，有两种看法：一是地震荷载是一种常态，需要对水工结构安全进行复核，对水工混凝土坝要根据地面加速度为0.1g进行校核；二是认为混凝土动态抗拉、抗压强度在增大的前提下，地震发生地基吸收能量，所以混凝土坝的实际抗震能力不必按照线性弹性分析的结果进行，因此也几乎没有多大破坏力。
比如美国下水晶泉曾发生8.3级大地震，但是坝体几乎没有受到任何破坏。
经过分析和计算认为，拱坝的抗震性能最佳，其次是重力坝，然后是支墩坝。
然后对分区地震烈度进行划定，按照地区历史地震情况以及地址构造等，对未来有可能发生的最大地震进行划分；最后进行地震应力分析，需要借助计算机对参数进行计算，一些复杂的结构进行简化，不仅要对地震资料进行分析，而且要选择科学合理的计算方法，并且对材料动力特性进行研究。
2.2水库诱发地震水工混凝土进行建设时需要对诱发地震的可能性进行仔细研究，假如附近曾经发生地震，那么水库蓄水后地震活动的频度和烈度要高于正常水平，震源也在附近。
地震活动和水库的水位存在一定关系，如果水库的深度大于一百米时则诱发地震比较显著，水位增加速度和持续时间都是重要影响因素。
2.3混凝土动力特点混凝土强度和加载速度有很大的关系，根据变形率进行计算，段十年内发生剧烈应力变化，强度会有明显提高。
水电工程防震抗震研究及设计规范浅析水电工程是指利用水能和电能进行能源开发、传输、转换和利用的工程。
由于水电工程通常位于地震频发地区，防震抗震是其设计和施工中需要重点关注的问题。
本文将就水电工程防震抗震研究及设计规范进行浅析。
一、水电工程防震抗震研究1. 地震破坏机理分析水电工程在地震中的破坏机理主要包括地震引起的地面运动导致的基础沉降和倾斜、地震引起的裂隙扩展导致的坝体破坏、地震引起的泄水通道堵塞导致的泄洪设施损坏等。
水电工程在地震中的破坏主要源于地震引起的地基沉降和地震引起的振动作用。
地基沉降会导致水库水位上升，进而增加坝体受力，可能导致坝体破坏；地震振动会直接作用于水电工程的各个部位，造成结构受力增大、倾斜、裂缝等破坏。
2. 防震设防标准研究水电工程的防震设防标准主要包括抗震设计参数、抗震设防烈度以及抗震设防措施。
抗震设计参数是指在水电工程设计过程中所采用的地震力相关参数，包括地震作用频率、地震作用周期、地震作用峰值加速度等；抗震设防烈度是指在水电工程建设地区所需考虑的地震烈度等级，包括地震基本作用烈度、附加地震作用烈度等；抗震设防措施是指在水电工程设计和施工中所采取的防震措施，包括减震、隔震、加固、抗震支撑等。
3. 防震技术研究水电工程的防震技术研究主要包括抗震结构设计、地基基础设计、地震监测预警、地震紧急应对等方面。
抗震结构设计是指在水电工程建设过程中所采用的抗震结构形式和设计方法，包括梁柱结构、框架结构、剪力墙结构等；地基基础设计是指在水电工程建设过程中所采用的地基改良和基础加固技术，包括地基加固、地基处理、基础隔震等；地震监测预警是指在水电工程运行过程中所采取的地震监测系统和地震预警系统，包括地震监测仪器、地震监测网络、地震预警系统等；地震紧急应对是指在水电工程发生地震破坏时所采取的紧急抢险和应急处置措施，包括地震应急预案、地震应急救援等。
1. 《水电工程抗震设计规范》我国水电工程抗震设计规范是由国家能源局和国家质量监督检验检疫总局共同颁布的，规定了水电工程抗震设计的基本原则、抗震设防标准和抗震设防措施等内容。
水工建筑地下结构论文抗震特点论文摘要：水工建筑地下结构的安全性对水利工程的正常运行有很大影响。
地震对水利工程有很大的损害，虽然地震并没有造成我国水利工程的大面积倒塌，但是也在一定程度上破坏了水利工程的功能，威胁到周围人民的生命财产安全，给国家和人民带来了巨大的损失。
因此，国家和相关部门必须重视水工建筑地下结构抗震设计，提高水工建筑地下结构的抗震性。
一、水工建筑地下结构抗震的特点地震对水工建筑地下结构的影响非常大，7极地震就有可能会对水利工程产生很大的破坏，地震对水工建筑地下结构的影响和对水工建筑地上结构影响有很大的不同。
首先，在地震发生的时候，水工建筑地下结构的震动情况会受到水利工程地基的影响，如果水利工程的地基不发生变形，水工建筑地下结构也不会轻易发生变形。
但是，在地震发生的时候，水工建筑地上结构则很容易轻易变形，甚至倒塌。
其次，地震波对水工建筑地下结构的影响是非常大的，水工建筑地下结构很容易受到地震波的冲击发生震动变形，而水工建筑地上结构受地震波的影响相对较小。
水工建筑地下结构很容易受到周边结构的影响，而水工建筑地上结构的变化主要和自身的质量以及强度有关系。
如图一所示，为某水工建筑地下结构示意图。
图一水工建筑地下结构设计图二、水工建筑地下结构抗震措施（一）运动系统设计法计算水工建筑地下结构抗震性在计算水工建筑地下结构抗震性的时候，首先要计算水工建筑地下结构周边岩石的抗震性和水利工程地基的抗震性。
因为，水工建筑地下结构的抗震性受周边结构的影响很大。
在水工建筑地下结构设计中，结构的主体应该尽可能的避开地震断裂带，结构的设计烈度在九度的时候，不应该在岩石风化严重的地方修建隧道。
水工建筑地下结构的入口和出口应该设置在地址条件较好的地段。
BRAT根据水利工程地基的特性进行水工建筑地下结构设计，通过加强水利工程地基的牢固性来约束水工建筑地下结构的变形，而不是单纯依靠水工建筑地下结构本身来约束结构变形。
（二）反应位移法计算水工建筑地下结构抗震性在水工建筑地下结构设计中，反应位移法也被广泛推广和使用，这种方法起源于日本。
水工建筑物抗震设计研究作者：田力争来源：《科学与财富》2016年第16期摘要：随着我国水利工程事业的不断进步，研究水工建筑物的抗震设计至关重要。
本文首先对相关内容做了概述，分析了水工建筑抗震设计规范与要求，并立足客观实际，结合实践经验，分别从科学地选择水工建筑的施工地址、地基抗震设计、水工建筑建筑外形的选择和结构布置的抗震设计，以及防地震次生灾害等方面提出了抗震设计的措施。
关键词：水工建筑物；抗震；设计；措施一、前言作为水工建筑物的重要性能指标，其抗震性能的关键性不言而喻，因此对有必要深入探讨其抗震设计问题。
水工建筑物的抗震设计涉及到诸多方面的因素，在实践过程中势必要严格注意，采取最为优化的措施提升其抗震效果。
二、概述20世纪以来，伴随着科学技术以及现代化的发展，越来越多的水工建筑物在各地被兴建起来。
特别是近几年我国在建或拟建水工建筑物与以往建成的相比，无论在数量上、形式上、规模上都有较大的改进和提高，但是水工建筑物的抗震安全工作同时也被提上日程，成为人们时刻关注的焦点问题，因为水利工程的抗震度是一项水利工程是否能够正常运行、发挥综合效益的基本保证，而先进、科学合理、安全的水工建筑物抗震设计是确保其安全的技术保障。
三、水工建筑抗震设计规范与要求1.水工建筑建设前应详细调查施工区的地层结构根据地理学知识，在两个大陆板块的碰撞地带或者岩层的不稳定地带，是地震的多发区。
如日本就处于亚欧板块和太平洋板块的交界处，就属于地震带，其每年发生的有感地震多达1500次以上。
因此，在规划建设水工建筑时，务必要首先研究施工地带的岩层结构。
首先，要确定该地带是否处在板块的交界处或者附近区域，若是，则应考虑另选新的建设基地；其次，要推算施工地区地壳岩层的形成年龄，一般新生的地壳岩层不稳定，容易引发地震，而岩层年龄很古老的地壳岩层则比较稳定，一般不会发生强烈地震。
因此，在施工设计之前，可以利用一些探测仪器分析地层结构，掌握必要的资料数据，为水工建筑的全面抗震设计打下基础。
第28卷 第6期2006年12月三峡大学学报(自然科学版)J of China T hree Go rg es U niv,(N atural Sciences)V ol.28N o.6Dec.2006收稿日期:2006-12-05基金项目:国家自然科学基金资助项目(90510017)作者简介:牛志国(1979-),男,博士研究生,主要研究方向为水工结构数值分析.基于水工标准反应谱的人工地震动合成及其校正牛志国1 李同春1 崔绍峰2 王亚莉3(1.河海大学水利水电工程学院,南京 210098; 2.聊城市水利勘测设计院,山东聊城 252061; 3.滕州市水务局,山东滕州 277500)摘要:给出了进行水工建筑物抗震设计时,根据水工标准反应谱合成人工地震波及修正方法,为了消除人工波中残余长周期分量的影响,通过利用最小二乘法拟合原始加速度均值,利用加速度均值对人工地震动加速度进行校正,纠正了位移时程的漂移.关键词:人工地震波; 设计反应谱; 最小二乘法; 幅值谱; 功率谱中图分类号:TU 435 文献标识码:A 文章编号:1672-948X(2006)06-0513-05The Synthesis and Correction of Simulated Earthquake Waveon Hydraulic Design Response Spectru mNiu Zhig uo 1 Li T ong chun 1 Cui Shaofeng 2 Wang Yali 3(1.Co lleg e o f Water Conserv ancy &H ydr opow er Engineering,H ohai U niv.,Nanjing 210098,China; 2.L-iaocheng Sur vey ing &Design Institute of Water Reso urces,Liaocheng 252061,China; 3.Tengzhou Water Affair s Bureau,Tengzhou 277500,China)Abstract A m ethod that can sim ulate earthquake w av e based on hy draulic design respo nse spectrum is pres -ented.It can be used after the initial w ave is produced in the seism ic design of hy draulic structure,and also can be used to modify the initial w av e.In or der to eliminate the influence of remaining long period com po -nents,the least square metho d is used to simulate average value of the primitive acceleratio n.The average value is used to adjust the acceleration of sim ulated ear thquake w ave,so that the shift of displacement dia -g ram is corrected.Keywords simulated earthquake w ave; design response spectrum; least square m ethod; amplitude spec -trum; pow er spectrum目前,我国是世界上修建大坝最多的国家,同时也是地震灾害频繁的国家之一,全球已发生了3000多起破坏性地震(M >5),其中35%的强震(M >7)发生在中国.我国的主要强震区是西部地区,而全国80%的水能资源集中于该地区,因此,适宜修建高坝大库的陡峻河谷,地震的强度和频度都很高,抗震问题尤为突出.由于地震动记录数量的有限性和它的不可重复性,在抗震分析中经常需要人工合成符合某些指定统计特征的非平稳地震动,人工地震波因其在满足需求的烈度、持时及频谱特性方面具有任意性,而被广泛采用;随着抗震技术的发展,一些大尺度空间结构,如大坝、桥梁等抗震分析中,考虑地震动的多点输入、结构-地基的动力相互作用等逐步成为研究热点,相应地,在结构的抗震计算中,除了需要地震加速度时程外,还要输入地震动的速度和位移时程,然而,在人工地震动合成计算中,人们往往比较注重对加速度时程的研究,而对速度时程和位移时程的研究较少,仅仅是将地震加速度时程进行简单的积分得到地震动速度与位移时程[1].由于加速度波中长周期分量的存在是难免的,从而导致直接积分后的位移时程出现零线漂移,这对需要考虑输入地震动位移时程的大尺度空间结构动力分析影响很大.在利用反应谱合成地震波的过程中,除了修正功率谱和幅值谱外,还进行了最小二乘校正,从而能够得到有效的速度、加速度记录.1 地震加速度合成的基本原理合成人工地震动常用的方法是把地面加速度时程看作非平稳随机过程[2],表示为a(t)=f (t)#a s (t)(1)式中,f (t)是考虑非平稳性的外包线函数;主要有两类:一类是单峰状连续函数,另一类是具有上升、平稳和衰减3段的包络函数,后一种被工程界广泛应用,日本和美国核电站抗震设计规范、我国现行的重大工程场址地震小区划中合成地震动时程都采用该模型,其形式为f (t)=(t/t 1)2t <t 11t 1[t [t 2exp (c(t-t 3))t \t 2(2)式中,c 是常数,用来控制衰减的快慢,t 1和t 2分别控制平稳段的首末时刻;a s (t)为具有零均值和(单边)功率谱密度函数的高斯平稳随机过程.按照(1)式模型,先构造一个平稳的高斯过程a s (t)=E NCk#cos (X k t +Uk )(3)式中,U k 为(0,2P )内均匀分布的随机相位角,三角级数的各幅值分量C k 通过反应谱和功率谱密度函数给定;其相互关系为S(X k )=N P X k#[S T a (X k )]2#1ln -PX k T ln (1-P)(4)$X =2P T d,X k =$X #k,C k =[4S(X k )#$X ]12(k =1,2,3,,,N )式中,S T a (X k )为给定的目标加速度反应谱;N 为阻尼比;P 为反应超过反应谱值的概率,P [15%;S (X k )为(3)式平稳高斯过程的功率谱密度函数;T d 为随机过程a(t)的总持续时间.按上述方法得到人工地震波后,其反应谱与给定的目标反应谱有一定的差距,为了提高拟合精度,通常还需要进行多次迭代修正,这是地面运动模拟的常规方法,它具有原理简单,计算速度快,对反应谱的拟合较好等特点.为了提高计算效率,通常采用快速傅立叶变换(FFT )技术计算a(t),设a(t)的傅立叶谱为f (X ),为了消除长周期分量的影响,当频率低于某一数值,便令其傅立叶谱为零,这就是所谓的数字滤波法[3].2 初始波的修正由反应谱与功率谱的近似转换关系,按上述方法得到的初始地震波,其反应谱与目标反应谱之间必然存在着较大的误差,这就需要采用某种方法对初始波进行修正,使其反应谱逐步逼近目标反应谱.1986年,胡聿贤等在对幅值谱修正时,考虑了傅氏谱各分量对最大反应贡献的正负,并对幅值谱修正不能满足要求的顽固点,提出了相位谱修正的方法,取得了较好的拟合结果[4].但相位谱的调整比较复杂,不易掌握,1995年翟希梅等利用功率谱修正能降低高频区误差的作用,先进行功率谱修正,然后在进行幅值谱修正,人工波反应谱与标准反应谱拟合良好[5].该方法计算精度高、迭代简单、易于掌握.设X k 为某一指定拟合点的频率,其对应的人工波计算反应谱值为S Ta (X k ),对应目标反应谱值,则相对误差为E(X k )=S a (X k )-S T a (X k )S Ta (X k )(5)幅值调整系数为R(X k )=S T a (X k )S a (X k )(6)当E(X k )大于容许误差E 时,就要对第k 个拟合点的功率谱和幅值谱进行修正.功率谱的修正Si+1(X k )=S i(X k )#S T a (X k )S a (X k )2(7)式中,i 为功率谱迭代的次数;对第k 个控制点周围的非拟合点(非控制点)用线性插值的方法进行修正[6].幅值谱的修正:第k 个控制点周围点对应的幅值修正为C c i =C i #[R(X i )]q(8)式中,C i 为第k 个控制点周围点(包括第k 点)对应的幅值.q 取值为1或-1,具体取值根据傅里叶谱各个分量对最大反应贡献的正负,其方法详见文献[7]中.由图1、2可以看出,初始人工波的反应谱在高频段与标准反应谱拟合误差很大,按照上述方法修正,迭代15次,相对误差控制在5%以内,修正后结果见图3、4.514三峡大学学报(自然科学版) 2006年12月图1初始人工波图2初始人工波反应谱与标准反应谱图3修正后的人工波图4 修正后的人工波反应谱与标准反应谱3 地震动的最小二乘校正法尽管对初始波进行修正后,人工地震波的反应谱能够和标准谱拟和良好,但是,积分求得速度时程、位移时程,地震输入或利用粘弹性边界进行抗震分析,可行的,因为在加速度时程合成计算中,一定的修正手段,它们虽然不会导致加速度时程的漂移,但是却会对积分后的位移时程产生严重的漂移(见图7),用这样的位移时程进行计算,将会导致计算结果的失真.许多学者已对此进行了广泛的研究,认为加速度时程中的少量长周期分量是导致位移时程漂移的主要原因[8],因此,采用什么方式滤掉这些长周期分量,便是解决该问题的关键.在前人对时域优化校正算法研究的基础上,通过采用不同形式的非零基线,对加速度时程作高通滤波处理,以消除位移时程的漂移现象.3.1 非零基线的确定在对比大量的积分位移时程的拟合均值线后,按照位移点在均值线两侧分布均匀和多项式阶数尽可能低的准则,认为四次多项式模拟程度较好[9],即s(t)=a 1t+a 2t 2+a 3t 3+a 4t 4(9)式中,s(t)为拟合的位移均值线,考虑加速度、速度及位移间的积分关系,与式(4)对应的速度、加速度时程分别为v(t)=a 1+2a 2t +3a 3t 2+4a 4t 3(10)a(t)=a 2+6a 3t+12a 4t 3(11)考虑到速度时程为零初值曲线,则参数a 1为零,(11)式便是所需要的非零基线形式,非零基线的表达式次数过高,就会导致计算繁琐,此外,在基线漂移中的随机干扰是一些长周期分量,而二次曲线对相当于二倍持续时间长的长周分量有一定的过滤作用[3].从原始的加速度时程中除去非零基线,可以从根源上消除式(9)表达的积分位移基线漂移现象,该法处理简单,且避免了仅对积分位移作高通滤波处理对加速度、速度和位移之间积分关系的破坏,保证了校正后3者之间的自然积分关系.3.2 非零基线的最小二乘拟合设a(t)=a 0+a 1t +a 2t 2为加速时程的非零基线,原始加速度记录为(t i ,g i )(i =0,1,2,3,,,n ),则各离散点偏差及其最小平方和为u i =a(t i )-g i (i =1,2,3,,,n)(12)(Eni =1u 2i)min =Eni=0[a(t i )-g i ]2=E ni=0[a+a 1t i +a 2t 2i -g i ]2=U (a 0,a 1,a 2)(i =1,2,3,,,n)(13)要求最小二乘多项式a =a 0+a 1t +a 2t 2,就归结为求U (a 0,a 1,a 2)的最小值点(a *0,a *1,a *2)问题,由多元函数微分学知识可知,a *0,a *1,a *2满足0+a 1t i +a 2t 2i -g i ]=0[a 0+a 1t i +a 2t 2i -g i ]=0[a 0+a 1t i +a 2t 2i -g i ]=0(14)515第28卷 第6期 牛志国等 基于水工标准反应谱的人工地震动合成及其校正经整理得(n +1)a 0+(E ni=1t i )a1+(E ni=1t i )a2=E ni=1yi(E ni=1t i )a+(E ni =1t2i )a 1+(E ni=1t 3i )a2=E ni=1t i yi(E ni=1t 2i)a+(E ni =1t3i)a 1+(E ni=1t 4i )a2=E ni=1t 2i yi(15)令S k =E ni =1t k i ,f j =E ni =1y i x ji ,k =0,1,2,3,4;j =0,1,2(16)将(16)带入(15)式,得S 0a 0+S 1a 1+S 2a 2=f 0S 1a 0+S 2a 1+S 3a 2=f 1S 2a 0+S 3a 1+S 4a 2=f 2(17)解上面方程组,求出a 1、a 2、a 3的值,便可得到加速度时程的零线表达式[10].根据上述校正方法,对如图1所示的人工地震波g(t)进行校正,按照最小二乘原理,计算得到其均值线方程a(t)=-0.00841239+0.00084661t +(-2.4609158@10-5)t2在人工震波g (t)中减去校正曲线,即得处理后的加速度a(t)=g(t)-a(t)(18)将上式积分,便可得到修正的速度波和位移波,见图12、13.通过图5~9对比图10~14可以看出:(1)最小二乘校正法对加速度、速度时程没有产生任何显著影响,这说明最小二乘校正法仅滤掉了极低频信号,而且这部分信号对加速度、速度影响都很小,却有效地纠正了积分位移漂移现象.从而保证了加速度、速度、位移3者之间的自然积分关系.(2)从傅里叶谱来看,小于15的周期分量对应的傅立叶谱值没有发生变化,而周期大于15的分量傅立叶谱值明显降低,说明了通过最小二乘法的校正,滤掉一些的长周期分量,而且这些长周期分量的存在对傅立叶谱的影响很小.(3)从加速度反应谱来看,反应谱只是在1.2~3.0这段周期范围内个别数值出现了很小的变化,变化的结果是更加逼近标准反应谱,说明滤波过程中滤掉的一些长周期分量中包含有拟合过程中的顽固点.因此,无论从波形还是频谱特性来看,最小二乘校正法对原人工地震波的主要频谱特征和反应谱性质几乎没有影响.图5 人工地震动加速度波图6 人工地震动速度波图7 人工地震动位移波图8 人工地震动傅立叶谱图9 人工地震动反应谱516三峡大学学报(自然科学版) 2006年12月图10 校正后的加速度波图11校正后的速度波图12校正后的位移波图13 校正后的傅立叶谱图14 校正后的反应谱4 结 语通过合成人工地震波,并对其进行修正和最小二乘法校正,不但得到了满足精度要求的人工地震波,而且还纠正了人工地震波积分后位移时程的零线漂移现象,说明该方法有以下几个特点:(1)利用功率谱修正能降低高频区误差作用,进行功率谱调整和幅值谱修正的同时,还通过最小二乘法对人工地震波进行了校正,有效地纠正了位移时程的漂移,这种方法拟合精度高、简洁,容易掌握.(2)最小二乘法修正不影响加速度、速度、位移3者的自然积分关系,有利于保持动力计算的数值稳定性.(3)在抗震分析中,输入地震动的频谱特征是一个重要指标,修正方法对原地震时程频谱改变的大小,是校正成功与否的重要指标,而该方法校正后的加速度时程仍具有原人工地震动的主要频率特征和反应谱性质;表明校正方法是合理的、可信的.按照上述方法编制的人工地震波程序,方便地获取了有效的加速度、速度、位移时程记录,对结构抗震计算中,输入地震波的获取带来了方便.参考文献:[1] 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水工结构抗震分析及设计巩向雨发布时间：2023-05-13T12:04:06.746Z 来源：《中国建设信息化》2023年5期作者：巩向雨[导读] 由于外部环境因素对水工建筑物的制约，如果不能进行合理的结构设计身份证号：37032119870616xxxx摘要：由于外部环境因素对水工建筑物的制约，如果不能进行合理的结构设计，将对人们的生命健康造成极大危害。
因此，有关部门应重视水工建筑物的抗震设计，提高其抗震性能。
本文通过现有的工作实践，探讨了我国水工建筑物的地震反应，并为如何加强其抗震性能设计提供了参考。
关键词：水工结构；抗震分析；设计引言由于线路长度长，地质条件复杂，加上外部环境的影响，其抗震性能变得非常困难。
如果设计不合理，将造成严重灾害，并对沿线居民的生命财产构成重大威胁；因此，改进水工建筑物的抗震设计是一项紧迫的任务。
地震造成的灾害具有很强的破坏性，因此我们应该重视工程抗震技术。
对于水利工程来说，这同样重要。
今后，我们不仅要按照有关规定对地震多发地区的水工建筑物进行抗震设计，还要提高破坏后果严重的重要水工建筑物的抗震设计水平。
此外，为了提高水工结构的抗震水平，最大限度地减少地震后的损失，应在关键的水工结构部件中增加抗震结构。
1.水工结构抗震要求多年来，中国往往只关注国家地震部门确定的地震烈度6级及以上地区的建筑物或构筑物的抗震结构设计，而忽视了地震烈度6度以下地区的抗震设计，导致被判定为6度以下的地区在地震中遭受更严重的破坏。
在今后的抗震设计中，应坚持“重点”、“不突出”、“强制性”的原则，加强政府和有关部门对“房屋”和“构筑物”的抗震设计和监督。
水利水电工程是影响当地居民生活、财产和生活的重大工程。
它们的抗震设计具有重要的现实意义。
在设计工程结构时，要综合考虑当地地理位置、气候条件、地震烈度等因素，科学设计其抗震设防水平，并遵循实际情况。
在选择时，要尽可能避开地质条件恶劣的地段，以降低地震风险；在设计中，应考虑关键路段的抗震性能，以减少计算误差，并进行专门的设计和分析，讨论枢纽布局、结构设计、地震灾害和预防措施，以最小的成本达到抗震效果。
