水工建筑物的场址设计反应谱
水工建筑物抗震设计规范
中华人民共和国行业标准SL203-97水工建筑物抗震设计规范Specificatins for seismic design of hydraulic structures1997-08-04发布1997-10-01实施中华人民共和国水利部发布中华人民共和国行业标准主编单位：中国水利水电科学研究院批准部门：中华人民共和国水利部施行日期：1997年10月1日中华人民共和国水利部关于发布《水工建筑物抗震设计规范》SL203-97的通知水科技［1997］439号根据部水利水电技术标准制定,修订计划,由水利水电规划设计总院主持,以中国水利水电科学研究院为主编单位修订的《水工建筑物抗震设计规范》,经审查批准为水利行业标准,现予以发布.标准的名称和编号为：SL203-97.原《水工建筑物抗震设计规范》SDJ10-78同时废止. 本标准自1997年10月1日起实施.在实施过程中各单位应注意总结经验,如有问题请函告主持部门,并由其负责解释.本标准文本由中国水利水电出版社出版发行.一九九七年八月四日前言本规范是根据原能源部,水利部水利水电规划设计总院(91)水规设便字第35号文的通知,由中国水利水电科学研究院会同有关设计研究院和高等院校对原水利电力部于1978年发布试行的SDJ10-78《水工建筑物抗震设计规范》进行修订而成.本规范在修订过程中,主编单位会同各协编单位开展了广泛的专题研究,调查总结了近年来国内外大地震的经验教训,吸收采用了地震工程新的科研成果,考虑了我国的经济条件和工程实际,提出修订稿后,在全国广泛征求了有关设计,施工,科研,教学单位及管理部门和有关专家的意见,经过反复讨论,修改和试设计,最后由电力工业部水电水利规划设计管理局会同水利部水利水电规划设计管理局组织审查定稿.本规范为强制性行业标准,替代SDJ10-78.本规范共分11章和1个标准的附录.这次修订的主要内容有：进一步明确了规范适用的烈度范围,水工建筑物等级和类型,并扩大了建筑物类型和坝高的适用范围；提出了对重要水工建筑物进行专门的工程场地地震危险性分析以确定地震动参数的要求,并给出了相应的设防概率水准；增加了场地分类标准,并相应修改了设计反应谱；改进了地基中可液化土的判别方法和抗液化措施；根据1994年国家批准发布的GB50199-94《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》的原则和要求,在保持规范连续性的条件下,区别不同情况,把各类主要水工建筑物的抗震计算从定值安全系数法向分项系数概率极限状态的体系"转轨,套改",并给出了各类水工建筑物相应的结构系数；采用了对混凝土水工建筑物以计入结构,地基和库水相互作用的动力法为主和拟静力法为辅的抗震计算方法,对土石坝采用按设计烈度取相应动态分布系数的拟静力抗震计算方法；在编写的格局上改为按水工建筑物类型分章,各章分别给出抗震计算和抗震措施,并补充了内容.希望有关单位在执行本规范的过程中,结合工程实际,注意总结经验和积累资料,如发现需要修改和补充之处,请将意见和有关资料寄交归口管理单位,以便今后再次修订时考虑.本规范由原能源部,水利部水利水电规划设计总院提出修订.本规范由水利部水利水电规划设计管理局归口.本规范解释单位：水利部水利水电规划设计管理局本规范修订主编单位：中国水利水电科学研究院本规范修订协编单位：电力工业部昆明勘测设计研究院,电力工业部西北勘测设计研究院,上海市水利工程设计研究院,大连理工大学,河海大学.本规范主要起草人：陈厚群,侯顺载,郭锡荣,苏克忠,王钟宁,杨佳梅,卫明,林皋,方大凤,黄家森,李瓒,梁爱虎,武清玺,王锡忠,师接劳目次1总则2术语,符号2.1术语2.2基本符号3场地和地基3.1场地3.2地基4地震作用和抗震计算4.1地震动分量及其组合4.2地震作用的类别4.3设计地震加速度和设计反应谱4.4地震作用和其它作用的组合4.5结构计算模式和计算方法4.6水工混凝土材料动态性能4.7承载能力分项系数极限状态抗震设计4.8附属结构的抗震计算4.9地震动土压力5土石坝5.1抗震计算5.2抗震措施6重力坝6.1抗震计算6.2抗震措施7拱坝7.1抗震计算7.2抗震措施8水闸8.1抗震计算8.2抗震措施9水工地下结构9.1抗震计算9.2抗震措施10进水塔10.1抗震计算10.2抗震措施11水电站压力钢管和地面厂房11.1压力钢管11.2地面厂房附录A土石坝的抗震计算1总则1.0.1为做好水工建筑物的抗震设计,减轻地震破坏及防止次生灾害,特制定本规范.1.0.2适用范围：1主要适用于设计烈度为6,7,8,9度的1,2,3级的碾压式土石坝,混凝土重力坝,混凝土拱坝,平原地区水闸,溢洪道,地下结构,进水塔,水电站压力钢管和地面厂房等水工建筑物的抗震设计.2设计烈度为6度时,可不进行抗震计算,但对1级水工建筑物仍应按本规范采取适当的抗震措施.3设计烈度高于9度的水工建筑物或高度大于250m的壅水建筑物,其抗震安全性应进行专门研究论证后,报主管部门审查,批准.1.0.3按本规范进行抗震设计的水工建筑物能抗御设计烈度地震；如有局部损坏,经一般处理后仍可正常运行.1.0.4水工建筑物工程场地地震烈度或基岩峰值加速度,应根据工程规模和区域地震地质条件按下列规定确定：1一般情况下,应采用《中国地震烈度区划图(1990)》确定的基本烈度.2基本烈度为6度及6度以上地区的坝高超过200m或库容大于100亿m3的大型工程,以及基本烈度为7度及7度以上地区坝高超过150m的大(1)型工程,应根据专门的地震危险性分析提供的基岩峰值加速度超越概率成果,按本规范1.0.6的规定取值.1.0.5水工建筑物的工程抗震设防类别应根据其重要性和工程场地基本烈度按表1.0.5的规定确定.表1.0.5工程抗震设防类别1.0.6各类水工建筑物抗震设计的设计烈度或设计地震加速度代表值应按下列规定确定：1一般采用基本烈度作为设计烈度.2工程抗震设防类别为甲类的水工建筑物,可根据其遭受强震影响的危害性,在基本烈度基础上提高1度作为设计烈度.3凡按本规范1.0.4作专门的地震危险性分析的工程,其设计地震加速度代表值的概率水准,对壅水建筑物应取基准期100年内超越概率P100为0.02,对非壅水建筑物应取基准期50年内超越概率P50为0.05.4其它特殊情况需要采用高于基本烈度的设计烈度时,应经主管部门批准.5施工期的短暂状况,可不与地震作用组合；空库时,如需要考虑地震作用时,可将设计地震加速度代表值减半进行抗震设计.坝高大于100m,库容大于5亿m3的水库,如有可能发生高于6度的水库诱发地震时,应在水库蓄水前就进行地震前期监测.1.0.8水工建筑物的抗震设计宜符合下列基本要求：1结合抗震要求选择有利的工程地段和场地.2避免地基和邻近建筑物的岸坡失稳.3选择安全经济合理的抗震结构方案和抗震措施.4在设计中从抗震角度提出对施工质量的要求和措施.5便于震后对遭受震害的建筑物进行检修.重要水库宜设置泄水建筑物,隧洞等,保证必要时能适当地降低库水位.1.0.9设计烈度为8,9度时,工程抗震设防类别为甲类的水工建筑物,应进行动力试验验证,并提出强震观测设计,必要时,在施工期宜设场地效应台阵,以监测可能发生的强震；工程抗震设防类别为乙类的水工建筑物,宜满足类似要求.1.0.10引用标准下列标准所包含的条文,通过在本标准中应用而构成本标准的条文.在标准出版时,所示版本均为有效.所有标准都会被修改,使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性. GBJ11-89建筑抗震设计规范GB50199-94 水利水电工程结构可靠度设计统一标准SL/T191-96 水工混凝土结构设计规范SDJ12-78 水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(山区,丘陵区部分)SDJ21-78 混凝土重力坝设计规范SD133-84 水闸设计规范SD134-84 水工隧洞设计规范SD144-85 水电站压力钢管设计规范SD145-85 混凝土拱坝设计规范SDJ217-87 水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(平原,海滨部分)SDJ218-84 碾压式土石坝设计规范SD303-88 水电站进水口设计规范SD335-89 水电站厂房设计规范按本规范进行水工建筑物抗震设计时,尚应符合有关标准,规范的要求.同级行业标准规范中,有关水工建筑物抗震方面的规定不符合本规范的,应以本规范为准.2术语,符号2.1术语2.1.1抗震设计：地震区的工程结构所进行的一种专项设计.一般包括抗震计算和抗震措施两个方面.2.1.2基本烈度：50年期限内,一般场地条件下,可能遭遇超越概率P50为0.10的地震烈度.一般为《中国地震烈度区划图(1990)》上所标示的地震烈度值,对重大工程应通过专门的场地地震危险性分析工作确定.设计烈度：在基本烈度基础上确定的作为工程设防依据的地震烈度.2.1.4水库诱发地震：由于水库蓄水或大量泄水而引起库区及附近发生的地震.2.1.5地震动：由地震引起的岩土运动.2.1.6地震作用：地震动施加于结构上的动态作用.2.1.7地震动峰值加速度：地震动过程中,地表质点运动加速度的最大绝对值.2.1.8设计地震加速度：由专门的地震危险性分析按规定的设防概率水准所确定的,或一般情况下与设计烈度相对应的地震动峰值加速度.2.1.9地震作用效应：地震作用引起的结构内力,变形,裂缝开展等动态效应.2.1.10地震液化：地震动引起的饱和砂土,粉土和少粘性土颗粒趋于紧密,孔隙水压力增大,有效应力趋近于零的现象.2.1.11设计反应谱：抗震设计中所采用的一定阻尼比的单质点体系,在地震作用下的最大加速度反应随体系自振周期变化的曲线,一般以其与地震动最大峰值加速度的比值表示.2.1.12动力法：按结构动力学理论求解结构地震作用效应的方法.2.1.13时程分析法：由结构基本运动方程输入地震加速度记录进行积分,求得整个时间历程内结构地震作用效应的方法.2.1.14振型分解法：先求解结构对应其各阶振型的地震作用效应后,再组合成结构总地震作用效应的方法.各阶振型效应用时程分析法求得后直接叠加的称振型分解时程分析法,用反应谱法求得后再组合的称振型分解反应谱法.2.1.15平方和方根(SRSS)法：取各阶振型地震作用效应的平方总和的方根作为总地震作用效应的振型组合方法.2.1.16完全二次型方根(CQC)法：取各阶振型地震作用效应的平方项和不同振型耦联项的总和的方根作为总地震作用效应的振型组合方法.2.1.17地震动水压力：地震作用引起的水体对结构产生的动态压力.2.1.18地震动土压力：地震作用引起的土体对结构产生的动态压力.2.1.19拟静力法：将重力作用,设计地震加速度与重力加速度比值,给定的动态分布系数三者乘积作为设计地震力的静力分析方法.2.1.20地震作用的效应折减系数：由于地震作用效应计算方法的简化而引入的对地震作用效应进行折减的系数.2.1.21自振周期：结构按某一振型完成一次自由振动所需的时间.对应于第-振型的自振周期称基本自振周期.2.2基本符号2.2.1作用和作用效应：ah---水平向设计地震加速度代表值；a v---竖向设计地震加速度代表值；g---重力加速度；Pw(h)---水深h处的地震动水压力代表值；F 0---建筑物单位宽度迎水面的总地震动水压力代表值；Fi---作用在质点i的水平向地震惯性力的代表值；F E---地震主动动土压力代表值；G E---产生地震惯性力的建筑物总重力作用的标准值；T i---质点i的动态分布系数；β---设计反应谱；ζ---地震作用的效应折减系数.2.2.2材料性能和几何参数：a k---几何参数的标准值；f k---材料性能的标准值；N63.5---标准贯入锤击数；N cr---临界锤击数；ρw---水体质量密度的标准值.2.2.3分项系数极限状态设计：E k---地震作用的代表值；G k---永久作用的标准值；Q k---可变作用的标准值；R---结构的抗力；S---结构的作用效应；γ0---结构重要性系数；γρ---承载能力极限状态的结构系数；γm---材料性能的分项系数；γG ---永久作用的分项系数；γQ---可变作用的分项系数；ψ---设计状况系数.2.2.4其他：T---结构自振周期；T g---特征周期；λf ---附属结构和主体结构的基本频率比值；λm---附属结构和主体结构质量比值.3场地和地基3.1场地3.1.1水工建筑物的场地选择,应在工程地质勘察和专门工程地质研究的基础上,按构造活动性,边坡稳定性和场地地基条件等进行综合评价.可按表3.1.1划分为有利,不利和危险地段.宜选择对建筑物抗震相对有利地段,避开不利地段,未经充分论证不得在危险地段进行建设.表3.1.1各类地段的划分水工建筑物开挖后的场地土类型,宜根据土层剪切波速,按表3.1.2划分.3.1.3场地类别应根据场地土类型和场地覆盖层厚度划分为四类,并宜符合表3.1.3的规定.s sm盖层厚度的各土层剪切波速,按土层厚度加权的平均值.表3.1.3场地类别的划分3.1.4在水工建筑物场地范围内,岩体结构复杂,有软弱结构面或夹泥层不利组合,边坡稳定条件较差时,应查明在设计烈度的地震作用下不稳定边坡的分布,估计可能的危害程度,提出处理措施.3.2地基3.2.1水工建筑物地基的抗震设计,应综合考虑上部建筑物的型式,荷载,水力,运行条件,以及地基和岸坡的工程地质,水文地质条件.对于坝,闸等壅水建筑物的地基和岸坡,应要求在设计烈度的地震作用下不发生失稳破坏和渗透破坏,避免产生影响建筑物使用的有害变形.3.2.2水工建筑物的地基和岸坡中的断裂,破碎带及层间错动等软弱结构面,特别是缓倾角夹泥层和可能发生泥化的岩层,应根据其产状,埋藏深度,边界条件,渗流情况,物理力学性质以及建筑物的设计烈度,论证其在设计烈度的地震作用下不致发生失隐和超过允许的变形,必要时应采取抗震措施.3.2.3地基中液化土层的判别,可按《水利水电工程地质勘察规范》中的有关规定进行评价. 3.2.4地基中的可液化土层,可根据工程的类型和具体情况,选择采用以下抗震措施：1挖除可液化土层并用非液化土置换；2振冲加密,重夯击实等人工加密的方法；3填土压重；4桩体穿过可液化土层进入非液化土层的桩基；5混凝土连续墙或其它方法围封可液化地基.3.2.5重要工程地基中的软弱粘土层,应进行专门的抗震试验研究和分析.一般情况下,地基中的软弱粘土层的评价可采用以下标准：1液性指数I L≥0.75；2无侧限抗压强度q u≤50kPa；3标准贯入锤击数N63.5≤4；4灵敏度S t≥4.3.2.6地基中的软弱粘土层,可根据建筑物的类型和具体情况,选择采用以下抗震措施：1挖除或置换地基中的软弱粘土；2预压加固；3压重和砂井排水；4桩基或复合地基.3.2.7水工建筑物地基和岸坡的防渗结构及其连接部位以及排水反滤结构等,应采取措施防止地震时产生危害性裂缝引起渗流量增大,或发生管涌,流土等险情.3.2.8岩土性质,厚度等在水平方向变化很大的不均匀地基,应采取措施防止地震时产生较大的不均匀沉陷,滑移和集中渗漏,并采取提高上部建筑物适应地基不均匀沉陷能力的措施.4地震作用和抗震计算4.1地震动分量及其组合4.1.1一般情况下,水工建筑物可只考虑水平向地震作用.4.1.2设计烈度为8,9度的1,2级下列水工建筑物：土石坝,重力坝等壅水建筑物,长悬臂,大跨度或高耸的水工混凝土结构,应同时计入水平向和竖向地震作用.4.1.3严重不对称,空腹等特殊型式的拱坝,以及设计烈度为8,9度的1,2级双曲拱坝,宜对其竖向地震作用效应作专门研究.4.1.4一般情况下土石坝,混凝土重力坝,在抗震设计中可只计入顺河流方向的水平向地震作用. 两岸陡坡上的重力坝段,宜计入垂直河流方向的水平向地震作用.4.1.5重要的土石坝,宜专门研究垂直河流方向的水平向地震作用.4.1.6混凝土拱坝应同时考虑顺河流方向和垂直河流方向的水平向地震作用.4.1.7闸墩,进水塔,闸顶机架和其它两个主轴方向刚度接近的水工混凝土结构,应考虑结构的两个主轴方向的水平向地震作用.4.1.8当同时计算互相正交方向地震的作用效应时,总的地震作用效应可取各方向地震作用效应平方总和的方根值；当同时计算水平向和竖向地震作用效应时,总的地震作用效应也可将竖向地震作用效应乘以0.5的遇合系数后与水平向地震作用效应直接相加.4.2地震作用的类别4.2.1一般情况下,水工建筑物抗震计算应考虑的地震作用为：建筑物自重和其上的荷重所产生的地震惯性力,地震动土压力,水平向地震作用的动水压力.4.2.2除面板堆石坝外,土石坝的地震动水压力可以不计.4.2.3地震浪压力和地震对渗透压力,浮托力的影响可以不计.4.2.4地震对淤沙压力的影响,一般可以不计,此时计算地震动水压力的建筑物前水深应包括淤沙深度；当高坝的淤沙厚度特别大时,地震对淤沙压力的影响应作专门研究.4.3设计地震加速度和设计反应谱4.3.1除按1.0.6规定的概率水准由专门的地震危险性分析确定水平向设计地震加速度代表值a h 外,其余应根据设计烈度按表4.3.1的规定取值.表4.3.1水平向设计地震加速度代表值a h设计烈度7 8 9a h0.1g 0.2g 0.4g注：g＝9.81m/s24.3.2竖向设计地震加速度的代表值a v应取水平向设计地震加速度代表值的2/3.4.3.3设计反应谱应根据场地类别和结构自振周期T按图4.3.3采用.4.3.4各类水工建筑物的设计反应谱最大值的代表值βmax应按表4.3.4的规定取值.图4.3.3设计反应谱表4.3.4设计反应谱最大值的代表值βmax建筑物类型重力坝拱坝水闸,进水塔及其他混凝土建筑物βmax 2.00 2.50 2.254.3.5设计反应谱下限值的代表值βmin应不小于设计反应谱最大值的代表值的20%.4.3.6不同类别场地的特征周期T g应按表4.3.6的规定取值.表4.3.6特征周期T g场地类别ⅠⅡⅢⅣT g (s) 0.20 0.30 0.40 0.654.3.7设计烈度不大于8度且基本自振周期大于1.0s的结构,特征周期宜延长0.05s.4.4地震作用和其他作用的组合4.4.1一般情况下,作抗震计算时的上游水位可采用正常蓄水位；多年调节水库经论证后可采用低于正常蓄水位的上游水位.4.4.2土石坝的上游坝坡抗震稳定计算,应根据运用条件选用对坝坡抗震稳定最不利的常遇水位进行抗震计算.4.4.3土石坝的上游坝坡抗震稳定计算,需要时,应将地震作用和常遇的水位降落幅值组合.4.4.4重要的拱坝及水闸的抗震强度计算,宜补充地震作用和常遇低水位组合的验算.4.5结构计算模式和计算方法4.5.1各类水工建筑物抗震计算中,地震作用效应的计算模式应与相应设计规范规定的计算模式相同.4.5.2除了窄河谷中的土石坝和横缝经过灌浆的重力坝外,重力坝,水闸,土石坝均可取单位宽度或单个坝(闸)段进行抗震计算. 4.5.3各类工程抗震设防类别的水工建筑物,除土石坝,水闸应分别按第5,8章规定外,地震作用效应计算方法应按表4.5.3的规定采用.其中工程抗震设防类别为乙,丙类的水工建筑物,其地震作用效应的计算方法,应按本规范各类水工建筑物章节中的有关条文规定采用. 4.5.4采用动力法计算地震作用效应时,应考虑结构和地基的动力相互作用,与水体接触的建筑物,还应考虑结构和水体的动力相互作用,但可不计库水可压缩性及地震动输入的不均匀性. 表4.5.3 地震作用效应的计算方法4.5.5作为线弹性结构的混凝土建筑物,可采用振型分解反应谱法或振型分解时程分析法,此时,拱坝的阻尼比可在3%~5%范围内选取,重力坝的阻尼比可在5%~10%范围内选取,其他建筑物可取5%. 4.5.6采用振型分解反应谱法计算地震作用效应时,可由各阶振型的地震作用效应按平方和方根法组合.当两个振型的频率差的绝对值与其中一个较小的频率之比小于0.1时,地震作用效应宜采用完全二次型方根法组合：∑∑=mjjim iE SS S ρ (4.5.6-1)()()()()222222/341418ωωωωωωγζζγγζζγγζγζζζρj i j ij i j i ij ++++-+=(4.5.6-2)式中：S E ---地震作用效应；S i ,S j ---分别为第i 阶,第j 阶振型的地震作用效应； m---计算采用的振型数；ρij ---第i 阶和第j 阶的振型相关系数；ζi ,ζj ---分别为第i 阶,第j 阶振型的阻尼比； γω---圆频率比, γω＝ωj /ωi ；ωi , ωj ---分别为第i 阶,第j 阶振型的圆频率. 4.5.7地震作用效应影响不超过5%的高阶振型可略去不计.采用集中质量模型时,集中质量的个数不宜少于地震作用效应计算中采用的振型数的4倍. 4.5.8采用时程分析法计算地震作用效应时,宜符合下列规定：1 应至少选择类似场地地震地质条件的2条实测加速度记录和1条以设计反应谱为目标谱的人工生成模拟地震加速度时程；2 设计地震加速度时程的峰值应按4.3.1或1.0.6的规定采用；3 不同地震加速度时程计算的结果应进行综合分析,以确定设计验算采用的地震作用效应. 4.5.9当采用拟静力法计算地震作用效应时,沿建筑物高度作用于质点i 的水平向地震惯性力代表值应按下式计算：F i ＝a h ζG Ei a i /g (4.5.9)式中 F i ---作用在质点i 的水平向地震惯性力代表值； a---地震作用的效应折减系数,除另有规定外,取0.25； G Ei ---集中在质点i 的重力作用标准值；T i ---质点i 的动态分布系数,应按本规范各类水工建筑物章节中的有关条文规定采用； g---重力加速度.4.6 水工混凝土材料动态性能 4.6.1除水工钢筋混凝土结构外的混凝土水工建筑物的抗震强度计算中,混凝土动态强度和动态弹性模量的标准值可较其静态标准值提高30%；混凝土动态抗拉强度的标准值可取为动态抗压强度标准值的8%. 4.6.2在混凝土水工建筑物的抗震稳定计算中,动态抗剪强度参数的标准值可取静态标准值,当采用拟静力法计算地震作用效应时,应取静态均值. 4.6.3各类极限状态下的材料动态性能的分项系数可取静态作用下的值. 4.7 承载能力分项系数极限状态抗震设计 4.7.1各类水工建筑物的抗震强度和稳定应满足下列承载能力极限状态设计式()⎪⎪⎭⎫⎝⎛≤k m k d k k E k Q k G a f R a E Q G S ,1,,,,0γγγγγψγ (4.7.1)式中：γ0---结构重要性系数,应按GB50199-94的规定取值； j---设计状况系数,可取0.85； S(·)---结构的作用效应函数； γG ---永久作用的分项系数； G k ---永久作用的标准值； γQ ---可变作用的分项系数； Q k ---可变作用的标准值；γE ---地震作用的分项系数,取1.0； E k ---地震作用的代表值； a k ---几何参数的标准值；γd---承载能力极限状态的结构系数； R(·)---结构的抗力函数； f k---材料性能的标准值； γm ---材料性能的分项系数. 4.7.2各类水工建筑物在地震作用下应验算的极限状态及其相应的结构系数,均应按本规范相应建筑物章节中的有关规定采用.。
土木工程师-专业知识(岩土)-地震工程-9.2地震作用与地震反应谱
土木工程师-专业知识（岩土）-地震工程-9.2地震作用与地震反应谱[单选题]1.计算地震作用和进行结构抗震验算时，下列哪个选项的说法是不符合《建筑抗震设计规范》（GB 50011—201（江南博哥）0）（2016年版）规定的？()[2010年真题]A.结构总水平地震作用标准值和总竖向地震作用标准值都是将结构等效总重力荷载分别乘以相应的地震影响系数最大值B.竖向地震影响系数最大值小于水平地震影响系数最大值C.建筑结构应进行多遇地震作用下的内力和变形分析，此时，可以假定结构与构件处于弹性工作状态D.对于有可能导致地震时产生严重破坏的建筑结构等部位，应进行罕遇地震作用下的弹塑性变形分析正确答案：A参考解析：AB两项，根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）（2016年版）第5.2.1条、第5.3.1条规定的计算公式，结构总水平地震作用标准值和总竖向地震作用标准值均等于相应于结构基本自振周期的相应地震影响系数最大值乘以结构等效总重力荷载，竖向地震影响系数最大值取水平地震影响系数最大值的65%；C项，根据第3.6.1条规定，除本规范特别规定者外，建筑结构应进行多遇地震作用下的内力和变形分析，此时，可假定结构与构件处于弹性工作状态，内力和变形分析可采用线性静力方法或线性动力方法；D项，根据第3.6.2条规定，不规则且具有明显薄弱部位可能导致重大地震破坏的建筑结构，应按本规范有关规定进行罕遇地震作用下的弹塑性变形分析。
此时，可根据结构特点采用静力弹塑性分析或弹塑性时程分析方法。
当本规范有具体规定时，尚可采用简化方法计算结构的弹塑性变形。
[单选题]2.关于建筑抗震设计，下列哪个说法是正确的？()[2010年真题]A.用多遇地震作用计算结构的弹性位移和结构内力，进行截面承载力验算B.用设计地震作用计算结构的弹性位移和结构内力，进行截面承载力验算C.用罕遇地震作用计算结构的弹性位移和结构内力，进行截面承载力验算D.抗震设计指抗震计算，不包括抗震措施正确答案：A参考解析：根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）（2016年版）第1.0.1条条文说明规定，建筑抗震设计有三个水准和二个阶段。
反应谱抗震设计思路
渡槽抗震分析渡槽作为水工建筑物中的一种特殊设施，其抗震验算主要参照一下规范：《水工建筑物抗震设计规范》《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2001）《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）《铁路工程抗震设计规范》（GB50111—2006）《水力发电工程地质勘察规范》(GB 50287—2006 )《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50487—2008 )《水工混凝土结构设计规范》（SL 191—2008）《灌溉与排水系建筑物设计规范》《中国地震动参区划图》GB18306-20011工程概况（1）建筑物等级对渡槽进行设计时应参照《灌溉与排水系建筑物设计规范》和《水工建筑物设计规范》，通过对灌溉的大小，过流能力，发挥的作用等指标，确定渡槽建筑级别。
表1灌排建筑物分级指标该渡槽过流能力为70m3/s，因此该渡槽建筑等级为3级。
（2）确定场地参数本渡槽大致位于宁夏吴忠市内，参照《《中国地震动参区划图》GB18306-2001，该区地震烈度为8度，峰值加速度为0.2g，二类场地的地震周期为0.4s。
（3）确定抗震级别参照《水工建筑物抗震设计规范》，根据建筑物的级别和建筑形式和所处的地震烈度区（如下图），确定渡槽的设防类别为丙级。
（4）渡槽结构形式渡槽结构为拱式和梁式渡槽结合。
（5）渡槽抗震设计思路参照《水工建筑抗震设计规范》，渡槽的抗震计算应建立考虑相邻结构和边界条件影响的三维空间模型。
渡槽的动力分析方法应采用振型分解反应谱法。
渡槽抗震计算中应考虑槽内水体对槽体及河道内水体对槽墩的动水压力。
槽墩的动水压力计算可参照GB50111-2006 的有关规定。
对槽体，可只考虑横槽向水体的动水压力，并宜采用如图12.1.4 所示模型，将动水压力分成冲击压力和对流压力两部分。
若按照该模型算，对流压力部分以与槽壁连接的各个弹簧、质量体系体现，其第n 阶体系的等效质量n M 、等效弹簧刚度n K 分别按下式计算，计算中可只取前3 阶振型按照每个基础柱添加质量和弹簧，应设置36个质量和弹簧组。
水工建筑物荷载设计规范[DL5077-1997]条文说明
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>中华人民共和国电力行业标准水工建筑物荷载设计规范条文说明目次总则作用分类和作用效应组合作用分类及作用代表值作用效应组合建筑物自重及永久设备自重建筑物自重静水压力一般规定枢纽建筑物的静水压力水工闸门的静水压力管道及地下结构的外水压力扬压力一般规定混凝土坝的扬压力水闸的扬压力水电站厂房和泵站厂房的扬压力一般规定渐变流时均压力反弧段水流离心力水流对尾槛的冲击力脉动压力水锤压力地应力及围岩压力一般规定围岩岩力土压力和淤沙压力挡土建筑物的土压力上埋式埋管的土压力淤沙压力风荷载和雪荷载风荷载雪荷载冰压力和冻胀力静冰压力动冰压力冻胀力浪压力一般规定直墙式挡水建筑物上的浪压力斜坡式挡水建筑物上的浪压力楼面及平台活荷载水电站主厂房楼面活荷载水电站副厂房楼面活荷载其他要求及作用分项系数桥机和门机荷载桥机荷载门机荷载温度作用一般规定边界温度温度作用标准值地震作用一般规定设计地震动加速度及设计反应谱地震作用的水库计算水位灌浆压力总则长期以来按照本规范第章基本上陈述了该标准中第章及第结构上的作用也可称为两类作用不加区分均称为荷载为使规范名称简化和照顾习惯用语起见本规范不可能对所有的作用进行全面行具体分析作用分类和作用效应组合作用分类及作用代表值本本规范在确定各种永久作至于水工结构设计中的两项主要偶然作用校核洪水位时的静水压力及地震作用的代表值作用效应组合态可划分为承载能力极限状态和正常使用极限状态作用对结构所产生的内力挠度和裂缝等统称为作用效应结构设计状况可分为下列三种一般与结构设计基准期为同一数量级的设计状况因此由其它仅考虑永久作用与可变作用的效应组合因此在偶然应于和用以考虑结构在不同的设计状况下应有不同的可靠度水平对应于持久和但不反映由施加于结构上材料性能分项系数结构系数和由本规范针对各种作用分别给出其余在偶然组合中但考虑到某些可变作用与偶然作用同时出现的概率较小作出了可对其标准值作适当折减本规范规定其计算风速采用多年平均年最大风速根据可变作用在结构上总持续期的长短短期效应组合中的可变作用可直接采的长期组合系数中给组合设计作用和可变作用的作用分项系数均可采用建筑物自重及永久设备自重建筑物自重附录表系参照材料重度根据通过试验确定混凝土的重度时异系数为只之规定其重度可按其概率分布的附录表中土的分类遵循了测的水层等约个测点的厚度和部分重度进行统计个样本进行统计结果表明自重均值与标准值的比值为在土石坝的稳定分析中土体或堆石部位不同因此规定其分项系数采用静水压力一般规定结构设计时应根据在结构在施工和运用过程中的具体情况分别考况下的静水压力属可变作用为使条文简明起见枢纽建筑物和闸门结构在不同设计状况下静水压力代表值的计算水位一般为水库的特征影响坝内中确定的原则和方法并规定其作用分项系数采用枢纽建筑物的静水压力可采用定义形式规定其标准值枢纽建筑物的静位鉴于坝下游防护对象的防洪标准一般都在年一遇的洪水范围以内洪作用的水库校核洪水出现的概率很低属稀遇事件水库设计洪水位系指水库遇到大坝的设计洪水时在坝前达到的最高水位它介于正常蓄水位确定泄水建筑物的泄洪在坝后式和岸边式水电站厂房承受的静水压力作用用由有关设计标准规定的厂房防洪设计洪水位和校核洪水位水工闸门的静水压力根据国内工程资料本条所列水工建筑物在其上游或下游侧一般设有检修闸门除河床式水电站有可能安排在汛期检修外一般安排在枯水期进行应根据设计预定的该建代表值的计算水位可参照规定的有关洪水标准结合设计预定的挡水水位管道及地下结构的外水压力本条系参照目前工程设计中折减系数值多采用对于靠近水库的地段对于内水压力较大的引水隧洞本条沿用故本规范对附录云峰水电站阀鉴于国内水电工程的实践经验采用适当的加劲措施即可满足排水洞的排水降压效果与其如花木桥水电站在下水平段顶部以上而美国巴斯康蒂抽处开挖了条头由结合工程地质条件倍水头折减系数采用地下水含有析离的矿物质时可能导致排水管堵塞扬压力一般规定计算截面上扬压力的作用面积系数为日本的有关设计规范中关于基面上的扬压力均作用于计算截面全部截面积上坝等坝基面上的扬压力分布图形是不同的同一种坝型在不同的地基地质条件及防渗排水措施的在扬压力分布图形中混凝土坝的扬压力种情况式中分别统计分析主排水孔处的扬压力强度系数和副排水孔处的残余扬压力强度系数并定义为式中副排水孔处的实测水头统计分析排水孔处的渗透压力强度系数本规范编制时收集到多座混凝土坝的坝基面实测扬压力观测资料及残余扬压力强度系数分别进行了概率统计分析结果表明在最终确定扬压力分布图形中的渗透压力强度系数和扬压力强度系数时作了如下考虑和同扬压力强度系数和测资料表明采用比河床坝段大可不区分坝型也不区分下游是否设帷幕一律采用例如丹江口坝右岸个坝段的坝基为弱透水的云母钙质片岩其渗透压力强度系数值可按照既设中在拱坝拱座稳定分析中岸坡拱座侧面排水孔处的渗透压力强度系数一般可按其靠上游一侧在所调查的现为即采用数采用当扬压力按浮托力和渗透压力分别计算时浮托力主要取决于相应设计状况下的下游计算渗及残余扬压力强度系数的变异性而它们均可采用随机变量概率模型来多座混凝土坝坝基扬压力的观测资料分类进行统计分析的结果表明分位值与现行规范同时取其概率分布的最后按这两种情况计算渗从而确定其作用分项系数为渗透压力除实体重力坝采用压力和主排水孔后的残余扬压力分别采用和混凝土坝坝前淤积泥沙对坝基的防渗效果可以从刘家峡坝该坝段处从年月至年月连续观测资料反映扬压力强度系数为年又在与年月已有年连续观测的资料该孔扬压力强度系数亦为表盐锅峡大坝防渗帷幕前实测渗透压力强度系数坝坝踵的实测扬压力强度系数均在前苏联高本条系根据葛洲坝二江泄水闸闸底面及消力池护坦底板年连续年的扬压水闸的扬压力为了研究软基上水闸扬压力的统计特征曾经调查了江苏省沿海和内陆个软基上的水根据不同的工程规模和地基地形条件每个剖面布置根测压管观测资料的整理方法与岩基上混凝土坝上采用方法相同以三河闸从江苏省虽然改进阻力系数法计算成果与电拟试验成果比较接近天然地基在土层分布上很少是均尽管理论计算在目前难以通过观测资料的统计分析或其他更好的方法确定水闸扬压力代表值之前本规范仍沿用现行表本条文系基于下述理由侧向渗透速率较慢用相应部位闸底扬压力的计算值偏于安全故理应按侧向绕流计算确定水电站厂房和泵站厂房的扬压力由于接缝处排水沟或本条与动水压力一般规定其力学本质是由水流的紊当水流脉动对结构物的安全有影响或会引起结构振动时恒定流建筑渐变流时均压力对于恒定流渐变流的动水压强接近于静水压强分布规律考虑到在某些情况下受到图反弧底面压强分布反弧段水流离心力的范围内对反弧半径等条件下进行的组试验所得压强分布如图中反弧底面测点处的压约为计算的离心力平均压强比模型试验的平均压强平均小弧段水流的曲率半径简化为等同于反弧半径图边墙压强分布试验表明在靠近底部倍水深的范围内墙各点距底面水深压强与底部压强按规定的线性分布假定所求得的荷载值比试验值大确定其作用分项系数采用水流对尾槛的冲击力影响水流对尾槛冲击力的因素较多流态流态关于流态的水流阻力系数流态是从流态于关于流态其阻力系数较流态小按拉贾拉南公式的计算结果为力池内形成了水跃且脉动压力涉及脉动压强和面本规范根据国研究成果和由日本新成羽工程原型观测得出的时间空间函数按指数型衰减的规律导出面值为当结构块顺流向长度届国际大坝会议上发表的关于但目前此项研究尚不够充分对重要工程宜通过适当的其统计特征包括脉时间空间相关特征及频谱按照水力学定义压力系数定义脉动压强系数为式中计算断面的平均流速本规范取前者属紊流边界层型后者属强分离流紊流边界层内壁上脉动压强系数的理论值约为急流区平顺边界层的脉动力幅值不大关于溢流式厂房顶的脉动压强系数池潭为新安江为类比于平溢流厂房此外尚可参考两项工程的模型试验资料二滩为三峡主厂房为模式口陡槽槽身为反弧段中部为乌江渡左岸滑雪道反弧最低点为溢流面为乌江渡号溢流孔反弧最低点为平桥试验陡槽槽身处小于由于故取流脉动压力和沿水跃长度方向距离的不的影响仅区分大于和小于为时达到最大值考虑到一其较低的水锤压力对于中小型工程附录修正系数本条系参照按公式计算的对于设置调压室的压力水道而当调压室水位升高到最高时用特征线法可以计算出涌波与水锤压力各自通常只能根据调压室的型式考虑二者的相遇效应式或差动式调压室涌波水位的相互影响通过部分水电站的验算表明值一般在地应力及围岩压力一般规定实践证明围岩具有很好的自稳能岩其力学性质表现为正交各向异性的连续介质体的崩落和滑移外对于这类岩体的围由这类岩这具有大量夹泥且块状呈棱面接触的岩体通常称之围岩岩围岩的变形和破坏机理有其特殊性或仅对其取值原则作出对此两项作用的作用分项系数采用大于初始地一般情况下当工程所在地区或附近具备少量实测地应力资料时可建立区域地应力场的有限元计算模型进行模拟计算使各已知点的计算地应力与实测地应力达到最佳的拟合某些情况下也可根据少数实测变形资料进行反演分析综合分析确定岩体初始地应力的数据后经统计分析得出这一结论与弹由重力和构造应力场叠加而成的岩体初始地应力场极为复杂根据国内造应力影响系数值在以上的占以下的仅占的占考虑到值为确定值采用般在二滩水电站是国内地下洞室个测点的水平测压力系数为根据国内外统计资料本规范推荐采用时力状态围岩大多不稳定当围岩强度比系数小于时由于地应力状态受各种复杂因素的影响仅以应力的量级评价地应力状态不一定完全可围岩压力一般都根据围岩的松脱若监测结果表明施工加固措施已使围岩达到稳定或基本稳定时由于开挖后形成的临空面使岩体失去了形成了作用于支护结构或衬砌上的压力由统计资料和工程实践表同时考虑到规范的连续性计算公参照普氏理论方法本规范对水平压力的计有人认为埋深大致为人认为土压力和淤沙压力挡土建筑物的土压力根表产生主动和被动压力所需的墙顶位移当挡土建筑物有背向填土的位移并达到一定量且墙后填土达成到极限平衡状态时作用于建挡土墙静止不动时填土作用于墙背面的土压一般认为极限土压力的发生表由表中数值可见压力来设计挡土墙如关于被动土压力由于水利工程中很少遇到挡土建筑物向填土方向位移的情形且被动土压力由于库仑方法能考虑较多的影响因素并对于粘聚力以前常用等代内摩擦角加以考虑导出可考虑土的粘经实际工程统计分析其变异系数多小于也可作为定值因此主动土压力系数的规定可采用其概率分布的较不利的某个分位值作为其标准概率分布的主动土压力系数是墙后填土内摩擦角垂面的夹角数具有较大的变异性对于的分位值大致对应于的分位值由此可确定土压力参数的及墙体高度方法求得取值的因素较多中所列计算式和表中参数为低于其概率分布土压力计算参数给出了不同土类的取值范围规范中的土类是按照需要指出的是附录和表第二破裂面填土将沿第二破裂面而不是沿墙背滑动此时应考虑按第二破裂面计算作用于墙背的当墙后填土表面作用无均布荷载时可将该荷的计算方法常用的有两种使用弹性理论需要知道填土的泊松比公式可以很方便地计算本规范将这两种方法一并列入其标准值按静止土压力系数的分位值试验统计资料不充分取值表其静止土压究对主动土压力和静止土压力均采用上埋式埋管的土压力对其应用条件作如下说明要求埋管上填土的压实度应不低于对于未能压实的疏对于在地基中挖沟埋设的沟埋式管实际上管侧填土并未达到主动极限平衡根据管道的结构受力情况分按照土压力的计算理论压力及管水平直径下部倒拱的减载作用对埋深淤沙压力在计算坝前淤积高程时根据已建工程的实计算库区淤积分布的设计沙量邻近泄水排沙建筑物的坝段当排沙效果可靠时若设计基准期内坝当电站坝段或临近坝段设置排沙底孔淤沙的浮重度也与淤沙的级配及形状对于同一淤积深度的泥沙设计淤沙压力的变异性取决于计算参数及数的因素错综复杂及的实测值分别比原计算取值增大和仅增加风荷载和雪荷载风荷载关于风荷载标准值的计算本规范沿用了时规范修订组根据全国年到年或年到次定时记年一遇的年最大风速换算为基本风压总则范规定的风雪荷载也应作为设计的取值依据因此本规范基本风压引用了其本规范规定的系数和年和水工建筑物大都建在山区其风压值不能直接在有条件的情况下测和调查得出山区与附近台站的相关关系在大气边界层内对风速沿高度的分布式中与地面粗糙度有关的系数相当于和水工建筑物的风荷载体型系数除可按照及基本风压是根据年的最大风在水工结构中须考虑风振的结构不多风振系数的计算方法较为复杂及当采用作用分项系数年设计基准期内风荷载概率分布的雪荷载基本雪压是从建站起到在统计中当缺乏平行观测的积雪密度时东北及新疆北部地区取华北及西北地区取因此一在无实测资料的情况下可考虑将基本雪压增大服从极值当采用作用分项系数年设计基准期内雪荷载概率分布的冰压力和冻胀力静冰压力自调查其中黑龙江省胜利水库具有连续在此基础上根据东北和华北地区根据公式计算与实测静冰压力值比较其误差在故作用分项系数采用动冰压力也可能只有撞击而不破本条采用了前苏联规范的计算方法融解温度下的小冰块取前苏联建筑法规冰初期可采用国内齐齐哈尔铁路局冰压力试验研究组的现本条中的值是综合国内关于形状系数本条前苏联规范中采用一个结构物前沿宽度与冰厚的比值部河流冰的抗挤压强度在流冰期不大于有关的可见由上述各种方法得参考前苏联确定动冰压力的作用分项系数采用冻胀力例如加拿大如黑龙江省低温建筑物科研所的结果和为本规范规定的单位切向冻胀力年原型观测结果以及大量的实际工程调查资料参设计冻深及有效冻深系数本条给出的单位表给出的单位水平冻胀力中墙体变形影响系数及边坡修正系数冻胀力资料表中的单位竖向冻胀对于的不利影响故取其作用分项系数为浪压力一般规定海堤的风浪压力主要河堤的浪压力同时受波浪实测短期分布的某一累积频率波高的年最大值系列进行频率分析然后按某一重现期确定设计但对岸距离小于速和对岸距离计算同一重现期的波浪要素河川水利枢纽工程几乎难以行水工建筑物设计规范基本上遵循了这一原则但对于设计波浪的标准包括两个方面当按风速资料间接确定不同重现期的设计波浪时设计波浪的重现期问题即计算风速的重现现行水工建筑物设计规范采用风速加成法均最大风速的倍约相当于年重与偶然作用同时出现的可变作用可根据观测因此本规范规定当浪压力参与作用基本组合参与偶然组合时关于设计波浪的波列累积频率均在鉴于本规范不适用于海堤工建筑物级别的差异可在结构重要性系数设计波浪的波列累积频率一律采用莆田试验站公式是由南京水利科学研究院从田海浪试验站进行年的波浪观测现行采用了前者的波长计算公式和后者的波高计算公式而我故本规范通过对由年最大风速系列推算的某一累积频率波高进行概率统计分析和浪压力的分项系年重现期年最大风速计算的波高波高概率分布的计波高计算的波浪总压力与由标准波高计算的波浪总压力之间的比值对直墙式挡水建筑物为左右对斜坡式挡水建筑物为为简便起见规定浪压力的作用分项系数采用直墙式挡水建筑物上的浪压力立波的波状运动系世纪年代由森弗罗的研究得出的斜坡式挡水建筑物上的浪压力关于斜坡式建筑物上的浪压力计算前苏联国家建设委员会年颁布的建筑法规累积频率为要大得多因此可以认为研究结果尚表明累积频率为波浪反压力的分布图形沿用了前苏联法规的规定同时参照计算有效波浪反压力然后乘以的系数转换为累积频率为楼面及平台活荷载水电站主厂房楼面活荷载各层楼面的荷载情况均本规范编制时广泛收集了国内近容量分为大于表主厂房楼面设计荷载统计参数汇总参考已建工因此其取值在一定程度上包含了考虑到统计分析时按单机容量划分的区间较大比照列出表水电站副厂房楼面活荷载副厂房各房间按其使用功能的不同表中所列副厂房的楼面活荷载标准值系根据对国内近座已建水电站设计荷载资料的统其他要求及作用分项系数实际上在整应按楼面参照国际标准确定折减系数采用按照实际情况考虑故规定在一般情况下的作用分项系数采用用桥机和门机荷载桥机荷载均为软钩体的硬钩只有在机组安装或大修时才在额定负荷工况下运其运行速度缓慢以内大车运行速度控制在该荷载由两部分式中单台桥机总质量大车行走时的加可参照表规定道上所有制动轮最大轮压之和的采用年代全苏起重运输机械制造科学研究所的建系数采用况且当时苏联的有关资料表速时间由于水电站桥机运行速度低对五强溪等值均在轮的最大轮压之和的采用制动轮数目等于全部车轮数目的动轮最大轮压之和的该荷载由两部分组另一部式中尽管受力可能不均匀对五强溪等考虑到受力的不均匀取其比值为动力系数采用考虑到桥机吊重物时停放位置的偏差桥机竖向荷载和水平荷载的作用分项系数均采用门机荷载门机一般都在露天工且均为此类门机的运行速度缓慢主钩升降速度一般控制在根据以上特点故此类门机运行机构的量引起的惯性力以及悬挂吊物摆动产生的水平分力由于实际工程门机纵向水平荷载主要由两部分组成一部分为门机自身惯性力另一部分为悬挂在吊索但轮最大轮压的比值均在考虑到制动轮轮压的不均匀性和风压力作用的影响轮压之和的第二部分是当悬挂该风压物及吊具重力之和的比值均在风压力作用的影响温度作用一般规定则取决于结构所出现温度变化包括温升和温降温度作用系指可能出现且对结构产生作用效应的根据混凝土结构的特点其温度作用的发展过程可分为三个阶段早期自混凝土浇筑开始中期自水泥水化热作用基本结束起晚期混凝土完全冷却以后的运行期但早期水施工期的温因此本章只规定温度作用的计不同对前无论考虑温度的年周期变化及月变幅的影响杆件结构通常按结构力学方法计构的温度作用非线性温差虽然是引对于坝体混凝土浇筑块与其他形状复杂的结构则必须按连接介质热传导理论根据其边值条件计算结构的温度场。
基于设定地震确定重大水电工程场地相关设计反应谱
值 令 设 计 人 员很 难 理 解 和 接 受 。此 外 ，一 致 概 率 反 应 谱 工 程 场 地 产 生 与 规 定 的 抗 震 设 防 概 率 水 平 相 应 的设 计 地
缺乏明确的震级和 震中距概念 ，无法评估强震本 身固有 震 动 峰 值 加 速 度 。 由于 重 大 工 程 的 设 计 地 震 动 都 是 小 概
质 条 件 为 依 据 、 与 发 震 构 造 或 主 干 断 裂 的 位 置 密 切 相 震设防概率水准相当 的、未经不确定性校正 的场址峰值
关 。 我 国 大 陆 内部 发 生 的 绝 大 部 分 强 震 都 与 断 裂 构 造 加速度值 。作为设定地 震在场 址的地 震动峰值加速度值 。
应 的 线 弹 性 分 析 中 主 要 采 用 振 型 分 解 反 应 谱 法 ，而 且 在 谱 不 仅 具 有 概 率 的 含 义 ，而 且 能 给 出震 级 、震 中 距 一 定
结构地震 响应的非线性分析 中 ，一般也 多采 用拟合设计 的具 体 地 震 ，该 地 震 在 工 程 场 址 产 生设 计 地 震 动 加 速 度 。
反 映 了 多个 潜 在 震 源 区 内不 同距 离 、不 同震 级 地 震 的 综 确 定 设 定 地 震 。
合 影 响 ，该 谱 的短 周 期 成 分 常 由近 震 小 震 群 控 制 ，长 周
期 成 分 则 由远 震 大 震 群 控 制 ，使 其 具 有 了 包 络线 的 性 质 ， ｌ 设定地震及场地相关设计反应谱的确定方法
嘉蒜
。
水 电０抽 水 蔷１；长
Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ａｎｄ Ｐｕｍｐｅｄ Ｓｔｏｒａｇｅ
Ｖｏｌ ４ Ｎｏ ２（Ｓｅｒ．１８ Ａ ｐｒｉｌ，２０，２０１８
水工建筑物课程设计设计说明书
水工建筑物课程设计说明书姓名：学号：专业：日期：目录第一章设计依据-----------------------------------01 1.1 坝址水文条件------------------------------------01 1.2坝址地质条件-------------------------------------01第二章基本资料-----------------------------------02 2.1工程规模-----------------------------------------02 2.2水库特性-----------------------------------------04第三章枢纽总体布置--------------------------------04 3.1坝轴线选择---------------------------------------04 3.2坝型确定-----------------------------------------04第四章工程布置与坝体构造--------------------------05 4.1非溢流坝结构与构造-------------------------------05 4.2溢流坝结构与构造--------------------------------06第一章设计依据1.1坝址水文条件根据调洪演算，得到各种频率下的洪水成果表：时段P=0.33% P=0.5% P=1% P=2% P=3.33% P=5% P=10% P=20% 洪峰886.6 843.2 767.3 689.8 630.9 582.8 502.2 420.1 洪量3397 3221 2917 2606 2371 2105 1870 1580 根据计算，得到坝址处悬移质多年平均输沙量61000t，相应含沙量0.21kg/m3。
应用新版区划图确定水利工程场地地震动参数方法
应用新版区划图确定水利工程场地地震动参数方法叶合欣;陈建生;丁耿龙【摘要】结合现行水利及相关行业抗震设计规范,讨论了新版区划图的主要改进之处,阐述了地震动参数在水利工程抗震设防中的意义与作用应用新版区划图确定场地地震动参数方法:①从图上查得Ⅱ类场地条件下的基本地震动参数,地震概率水准为50 a超越概率10％;②根据场地土层等效剪切波速(或岩石剪切波速)及场地覆盖层厚度值,确定场地类别;③根据场地类别提出调整后的场地地震动参数(其中地震动峰值加速度不完全等同于设计地震加速度);④根据Ⅱ类场地地震动峰值加速度提出对应的地震烈度(不完全等同于设计烈度);⑤根据工程抗震设计需要提供其他概率水准的场地地震动参数工程实例表明,新版区划图对水工建筑物提出了更高的抗震要求,可操作性更强,得到的场地地震动参数更为安全、科学与合理.【期刊名称】《人民珠江》【年(卷),期】2017(038)004【总页数】5页(P20-24)【关键词】新版区划图;水利工程;地震动参数【作者】叶合欣;陈建生;丁耿龙【作者单位】广东省水利水电技术中心,广东广州510635;河海大学地球科学与工程学院,江苏南京210098;广东省水利电力勘测设计研究院,广东广州510635【正文语种】中文【中图分类】TV85中国是一个多震灾的国家，地震频度高、强度大、分布广，平均 5 a左右会发生一次 7.5 级以上地震，平均 10 a左右发生一次 8 级以上地震。
地震区划图主要是服务于工程建筑抗震工作的一种长期地震危险性预报图件，不同时代的区划图满足了当时国家建设的需要，也是当时地震科技发展水平的体现[1]。
新版GB 18306—2015《中国地震动参数区划图》(即第五代区划图，以下简称新版区划图)是国家防震减灾体系建设的重要基础，将为生态文明建设中的“加强防灾减灾体系建设，提高气象、地质、地震灾害防御能力”提供重要保障，已于2016年6月1日实施。
新版区划图坚持以人为本的理念，充分考虑公众在地震中的生命安全问题，将抗倒塌作为编图的基本准则。
DL5073-2000水工建筑物抗震设计规范(无条文说明)
中华人民共和国电力行业标准水工建筑物抗震设计规范发布实施中华人民共和国国家经济贸易委员会发布中华人民共和国电力行业标准水工建筑物抗震设计规范主编单位中国水利水电科学研究院批准部门中华人民共和国国家经济贸易委员会批准文号国经贸电力号前言水利部水利水电规划设计总院水规设便字第由中国水利水电科学研究院会同有关设计研究院和高等院校对原水利电力部于年发布试行的本规范在修订过程中主编单位会同各协编单位开展了广泛调查总结了近年来国内外大地震的经验教训吸收考虑了我国的经济条件和工程实修改和最后由电力工业部水电水利规划设计管理局会同水利部替代原本规范共分章和附录这次修订的主要内容有水增加了对重要水工建筑物进行专门的工程场地地震危险性分析以并给出了相应的设防概率水准增加了场地分类标准改进了地基中可液化土判别和抗液化措施根据年国家批准发布的在保持规范连续性的条件下把各类主要水工建筑物的抗震计算从定值安全系数法向分项系数概率极限状态的体系转轨并给出了各类水工建筑物相应的结构系数采用地基和库水相互作用的动力对土石坝采用按设计烈在编写的格局上各章分别给出抗震计算和抗震措结合工程实际注意请将意见和以本规范由原能源部本规范主要起草人为梁爱目次总则符号地震作用和抗震计算拱坝进水塔水电站压力钢管和地面厂房附录土石坝的抗震计算总则为做好水工建筑物的抗震设计减轻地震破坏及防止次适用范围主要适用于设计烈度为度的级的碾溢洪水电站压力钢管和地面厂房等水工建筑设计烈度为可不进行抗震计算但对级水工设计烈度高于度的水工建筑物或高度大于其抗震安全性应进行专门研究论证后报主管部门审按本规范进行抗震设计的水工建筑物能抗御设计烈度地震水工建筑物工程场地地震烈度或基岩峰值加速度应根据工程规模和区域地震地质条件按下列规定确定应采用确基本烈度为度或度以上地区的坝高超过大于亿以及基本烈度为度及度以上地区坝高超过的大其设防依据应根据专门的水工建筑物应根据其重要性和工程场地基本烈度按表表工程抗震设防类别各类水工建筑物抗震设计的设计烈度或设计地震加速度代表值应按下列规定确定工程抗震设防类别为甲类的水工建筑物可根据其遭受在基本烈度基础上提高凡按其设计地对壅水建筑物应取基准期年内超越概率为对非壅水建筑物应取基准期年内超越概率为应施工期的短暂状况可不与地震作用组合如需要考虑地震作用坝高大于库容大于亿如有可能发生大于度的水库诱发地震时应在水库蓄水前就进行地震前期水工建筑物的抗震设计宜符合下列基本要求重要水库宜设设计烈度为工程抗震设防类别为甲类的水工工程抗震引用标准通过在本标准中应用而构成本标准所有标准都会被修建筑抗震设计规范水利水电工程结构可靠度设计统一标准水工混凝土结构设计规范混凝土重力坝设计规范水利水电枢纽工程等级划分及设计标准水闸设计规范水工隧洞设计规范水电站压力钢管设计规范混凝土拱坝设计规范水利水电枢纽工程等级划分及设计标准碾压式土石坝设计规范水电站进水口设计规范水电站厂房设计规范按本规范进行水工建筑物抗震设计时有关水工建筑物抗震方面的术符号术语抗震设计一般包括抗震计基本烈度可能遭遇超越概率为一般为上所对重大工程应通过专门的场地地震危险性评设计烈度水库诱发地震地震动地震作用地震动峰值加速度设计地震加速度由专门的地震危险性分析按规定的设防概率水准所确定的或地震作用效应地震液化孔设计反应谱抗震设计中所采用的一定阻尼比的单质点体系在地震作用下的最大加速度反应随体系自振周期变化的曲线一般以其与地震动力法时程分析法由结构基本运动方程输入地震加速度记录进行积分求得整振型分解法先求解结构对应其各阶振型的地震作用效应后再组合成结构各阶振型效应用时程分析法求得后直接用反应谱法求得后再组合的称振平方和方根法取各阶振型地震作用效应的平方总和的方根作为总地震作用完全二次型方根法取各阶振型地震作用效应的平方项和不同振型耦联项的总和地震动水压力地震动土压力拟静力法给定的动地震作用的效应折减系数由于地震作用效应计算方法的简化而引入的对地震作用效应自振周期对应于第基本符号作用和作用效应水平向设计地震加速度代表值设计反应谱作用在质点的水平向地震惯性力的代表值水深质点重力加速度材料性能和几何参数材料性能的标准值几何参数的标准值临界锤击数分项系数极限状态设计结构的抗力地震作用的代表值永久作用的标准值可变作用的标准值永久作用的分项系数可变作用的分项系数承载能力极限状态的结构系数其他附属结构和主体结构质量比值场地和地基场地应在工程地质勘察和专门工程边坡稳定性和场地地基条件可按表未经充分论表各类地段的划分水工建筑物开挖后的场地土类型按表场地类别应根据场地土类型和场地覆盖层厚度划分为四并宜符合表表场地类别的划分有软弱结构应查明在设计烈度估计可能的危害程度提出处地基应综合考虑上部建筑物的水应要求在避免产生影破碎带及层间错动等软弱结构面应物理力学性质以论证其在设计烈度的地震作用下不致发生可按选择采用以下抗震措施挖除可液化土层并用非液化土置换桩体穿过可液化土层进入非液化土层的桩基重要工程地基中的软弱粘土层应进行专门的抗震试验一般情况下地基中的软弱粘土层的评价可采用以下标准液性指数无侧限抗压强度标准贯入锤击数灵敏度选择采用以下抗震措施压重和砂井排水水工建筑物地基和岸坡的防渗结构及其连接部位以及排应采取措施防止地震时产生危害性裂缝引起渗流滑移和集中渗地震作用和抗震计算地震动分量及其组合设计烈度为度的级下列水工建筑物大跨度或高耸的水工混凝土结空腹等特殊型式的拱坝以及设计烈度为度的级双曲拱坝混凝土重力坝在抗震设计中可只宜宜专门研究垂直河流方向的水平向地震混凝土拱坝应同时考虑顺河流方向和垂直河流方向的水闸顶机架和其它两个主轴方向刚度接近的水工混凝土结构当同时计算互相正交方向地震的作用效应时总的地震当同时计总的地震作用效应也可将竖向地震作用效应乘以的遇合系数后与水平向地震作用效应直接地震作用的类别水工建筑物抗震计算应考虑的地震作用为建筑物自重和其上的荷重所产生的地震惯性力地震动土压力和一般可以不计此时计算地震当高坝的淤沙厚度特设计地震加速度和设计反应谱除按规定的概率水准由专门的地震危险性分析确定水平向设计地震加速度代表值外其余应根据设计烈度按表表水平向设计地震加速度代表值竖向设计地震加速度的代表值应取水平向设计地震加速度代表值的图设计反应谱设计反应谱应根据场地类别和结构自振周期各类水工建筑物的设计反应谱最大值的代表值应按表表设计反应谱最大值的代表值设计反应谱下限值的代表值应不小于设计反应谱最大值的代表值的不同类别场地的特征周期应按表表特征周期设计烈度不大于度且基本自振周期大于特征周期宜延长地震作用和其他作用的组合一般情况下水工建筑物作抗震计算时的上游水位可采用正常蓄水位多年调节水库经论证后可采用低于正常蓄水位的土石坝的上游坝坡应根据运用条件选用对坝坡抗震稳应将地震作宜补充地震作用和结构计算模式和计算方法各类水工建筑物抗震计算中地震作用效应的计算模式应重土石坝均可取单位宽度或单个坝段进行抗震水闸应分别按第地震作用效应计算方法应按表应按本规范各类水工建筑物章节中表地震作用效应的计算方法应考虑结构和地基的动力相互作用与水体接触的建筑物还应考虑结构和水体的动可采用振型分解反应拱坝的阻尼比可在重力坝的阻尼比可在其它建筑物可取采用振型分解反应谱法计算地震作用效应时可由各阶当两个振型的频率差的绝对值与其中一个较小的频率之比小于时地震作用效应式中地震作用效应分别为第第分别为第分别为第地震作用效应影响不超过集中质量的个数不宜少于地震作用效应计算中采用的振型数的应至少选择类似场地地震地质条件的条实测加速度记录和条以设计反应谱为目标谱的人工生成模拟地震加速度时程设计地震加速度时程的峰值应按或的规定采用以确当采用拟静力法计算地震作用效应时沿建筑物高度作用于质点的水平向地震惯性力代表值应按下式计算式中作用在质点的水平向地震惯性力代表值地震作用的效应折减系数集中在质点的重力作用标准值质点水工混凝土材料动态性能除水工钢筋混凝土结构外的混凝土水工建筑物的抗震强混凝土动态强度和动态弹性模量的标准值可较其静态标准值提高混凝土动态抗拉强度的标准值可取为动态抗压强度标准值的动态抗剪强度当采用拟静力法计算地震作用效应时各类极限状态下的材料动态性能的分项系数可取静态作承载能力分项系数极限状态抗震设计各类水工建筑物的抗震强度和稳定应满足下列承载能力极限状态设计式式中结构重要性系数应按永久作用的标准值可变作用的标准值地震作用的代表值几何参数的标准值结构的抗力函数材料性能的标准值各类水工建筑物在地震作用下应验算的极限状态及其相凡在这些规范中未规定分项系数的作用和抗力或在抗震计算中引入地震作用的效应分项系数均可取为在按本规范确定地震应按当采用应对地震作用效应进行折减折减系数可取为附属结构的抗震计算当附属结构和主体结构的质量比值及基本频率比值符合下列条附属结构与主体结构可不作耦联分析或不作耦联分析的附属结构可取与主体结构连接处的加当不作耦联分析的附属结构和主体结构可视为刚性连接地震动土压力地震主动动土压力代表值可按式并应取式中按式中土表面单位长度的荷重挡土墙面与垂直面夹角土的内摩擦角地震系数角计算系数动力法计算地震作用效应时取静力法计算地震作用效应时一般取混凝土结构取土石坝抗震计算设计烈度为度的或地基中存在可液应同时用有限元法对坝体和坝基进行动力分析综合判土石坝动力分析的要求见附录中的厚斜墙坝和厚心墙坝可采用瑞典圆弧法按其作用效应和抗力的计算公式见附录对于级及对于夹有薄层软粘土的地基在拟静力法抗震计算中质点应按表表中在设计烈度为度时分别取和土石坝坝体动态分布系数应取静态强粘性土和紧密砂砾等非液化土在无动力试验资料时宜采用静态有效抗剪强度指标混凝土面板堆石坝的动水压力可按和采用瑞典圆弧法进行抗震稳定计算时其结构系数应取相应的结构系数应比采用瑞典圆弧法时的值提高抗震措施地震区修建土石坝宜采用直线的或向上游弯曲的坝轴折线形的或设计烈度为防渗体不宜选用应设置内部排水系统降低浸取地震涌浪高度为对库区内可能因地震引起的大体积塌岸和滑坡而形成的涌设计烈度为安全超高应计入坝和地基在地震作设计烈度为下部特别是在地震中容易发生裂缝的应在防下游面设置反滤层和过渡层应选用抗震性能和渗透稳定性较好且级配良好的土石料粉砂及粉土不宜作为地震区的筑坝材对于粘性土的填筑密度以及堆石的压实功能和设计孔隙率应按设计烈度为对于无粘性土压实要求浸润线以上材料的相对密度不低于浸润线以下材料的相对密度则根据设计烈度大小选用当大于并当必须在坝下其管顶与坝底齐平管外回填混凝土应做好管道连接处的防渗和止水重力坝抗震计算静材料对于工程抗震设防类别为甲类或结构复杂应核算坝体重力坝抗震计算应按丙类的设计烈度小于度且坝高小于等于对特殊重要的重力坝宜按抗压和抗拉强度结构系数应分别取和抗滑稳定的结构系数应取各质点水平向地震惯性力代表值应根据规定进行计算其中的动态分布系数应按下式确定式中坝高溢流坝的分别为质点水深处的式中作用在直立迎水坝面水深处的地震动水压力水深应按表单位宽度坝面的总地震动水压力作用在水面以下其代表值应按下式计算表重力坝动水压力分布系数与水平面夹角为按计算的动水压力代表值应乘以折减系数若水面以下直立部分的高度等于或大于水深否则应取水面点与坡脚可将式计算的地震动水压力折算为与单位地震加速度相应的坝面附加质量采用拟静力法验算重力坝坝体强度和坝基面上抗滑稳定抗拉强度的结构系数应分别取和抗滑稳定的结构系数应取抗震措施重力坝的体形应简单顶部折坡宜取弧软弱夹层等薄弱部位应采取工应力求宜加强溢流重力坝坝体的断面沿坝轴线方向分布有突变或纵向地地质条件突变的部位宜选用变形能力大的接拱坝抗震计算动力拱梁分载法为基本分析对于工程抗震设防类别为甲类或结构复杂或地基条件复拱坝的地震作用效应计算应按规定采用动力法或丙类的设计烈度小于度且坝高小于等于拱坝地震作用效应的动力分析方法宜采用振型分解反应可按规定用时程分析按抗剪断强度对于工程抗震设防类别为甲类的拱坝或地质条件复拱坝拱座稳定的抗震计算可按以下各项规定进行在确定可能滑动的岩块后静力计算的最不在确定可能滑动岩块本身的地震惯性力代表值时应按式计算取数取并假定岩块的地震惯性力代表值和拱端推力最大值选择不随时间改变的最不其结构系数应按岩体性能的分项系其相应的结构系数应取各层拱圈各质其代表值应根据规定进其中动态分布系数坝顶取坝基取沿高程按水平向地震作用的动水压力代表值可按式并乘以规定的动态分布系数和地震作用的效应折减系数可将水平向单位地震加速度作用下的地震动采用拟静力法对拱坝坝体强度和拱座稳定进行抗震计算结构系数应按抗震措施应合理选择坝体体形减小在地震双曲拱坝宜校核向上游的倒悬避免两岸岩性对地基内软弱应严必要时采取加厚拱应加强坝体分缝的构造设计灌浆改进止水片的形状及材料以适应地震时接可采取适当提高坝体局部混凝整体性好的附属结构并减小其溢流坝段闸墩间宜设置传递拱向推力的结采取防止受震脱落的水闸抗震计算对闸对各部位设计烈度为度的级水闸或地基为可液化土的各质点水平向地震惯性力代表值应根据规定进行计算其中动态分布系数应按表采用动力法计算水闸地震作用效应时宜采用振型分解采用动力法计算时可按多质点体系或多跨多层平面刚架或二维杆块结合体系进行计可取前三阶振型垂直河流方向的但对于横向支撑系统较复杂的结构简支梁支座上的水平向地震惯性力代表值可按下式计算式中结构重力作用标准值取一孔为一孔桥跨上部结构重量的作用在水闸上的地震动水压力的代表值可按可将式计算的动水注水闸墩底以下为建筑物高度作用在水闸岸墙和翼墙上的地震主动动土压力的代表值可按规定计算水闸建筑物各部件的结构强度应按进行抗震验并符合其他有关规定在按本规范确定地震作用效应后应按进行抗震验算并符合其他有关规应采用与强度验算相验算土基上水闸沿基础底面的抗滑稳定时抗剪强度参数取静态均值结构系数应取抗震措施应做好地基与闸底板的连接及防尾坎等措施防止因地震作用使地基与闸室结构的布置宜力求匀称水闸的闸室止水应选用耐关键部位止水缝应采取加强启闭机的选型和布置方面设法降低机架桥高机架桥宜做成框架式结构并加强机架桥柱与闸墩和桥面结构的连接当机架桥纵螺栓联结或钢夹板设计烈度为防止地震产生河岸变形及适当降低墩后填土高度避免并适水工地下结构抗震计算设计烈度为度的地下结构或设计烈度为度的级地设计烈度大于度的地下结构出口部位岩体破碎和节理裂隙发育应验算其抗震稳定性计算岩体地震惯性力时可不计其动力基岩面下的设计地震加速度代表值可取或规定值的基岩面下不足可按深度作线性插水工隧洞直段衬砌和埋设管道的横截面可按下列各式计算由地震波传播引起的轴向应力和剪切应力式中值地下厂房等深埋地下洞其地震作用效应可在计入结构抗震措施设计烈度为度时裂隙发育的山体中修应地质条件良好设计烈度为岩面喷浆出口建筑物应地下结构在设计烈度为防震进水塔抗震计算整体抗滑和进水塔地震作用效应计算应按规定采用动力法或丙类的设计烈度小于度且塔高小于等于进水塔地震作用效应的动力分析应考虑塔内外水体以及进水塔塔体抗震计算模式可以作为变截面悬臂梁采用材但应与基本荷载组合采用拟静力法计算进水塔地震作用效应时各质点水平向地震惯性力代表值应根据规定进行计算其中为集中在质点布系数应按表表进水塔动态分布系数塔内外动水压力按下式计算式中外动水压力应按表应按表的规定取值塔体沿高度平均截面与水体交线包络面积塔体垂直地震作用方向的迎水面最大宽度沿表附加质量分布系数用拟静力法计算进水塔地震作用效应时可按下式直接计算动水压力代表值式中水深处动水压力分布系数对塔内动水压力取对塔外动水压力应按表的规定表矩形塔塔外形状系数作用于整个塔面的动水压力合力的代表值其作用点位置在水深表进水塔动水压力分布系数各高程的动水压力代表值或附加垂直于地震作用方向的迎水面平均宽度与塔前最大水深比值 处单位高度的塔外动水压力按拟静力法的合力和按动力法的附加质量可分别动水压力代表值及其附加质量代表值在水平截面的分对矩形柱状塔体可取沿垂直地震作用方向的塔体前后迎水面对圆形柱状塔体可取按为迎水面动水压力和附加质量最大分布强度可分别按下列各式计算式中水平截面的最大分布强度塔体前后迎水面的验算进水塔在地震作用下的抗滑和抗倾覆稳定以及塔底地基承载力时应乘以地钢筋混凝土结构进水塔的截面承载力应按规定进行抗在塔体的抗滑和抗倾覆稳定以及塔底地基承载力的抗震非钢筋混凝土结构的进水塔的截面承载力可用拟静力方法按规定进行抗震验算其结构系数应按在地震作用下塔基岩石性能的分项系数可取其静态但动态承载力的标准值可取静态标准值的验算进水塔的抗滑稳定时塔基面上的垂直正应力在抗震验算中进水塔的抗滑稳定结构系数应取抗剪强度参数取静态均值抗倾覆稳定结构系数应取塔基面上平均垂直正应力和边缘最大垂直正应力的地基承载力结构系数应分别取和抗震措施抗倾覆能对框保证结构的整进水塔塔身结构在满足运行要求的前提下应力求简单对称沿塔高应适当设置有横向支撑宜加强支撑的刚塔体宜修建在有足够承载能力的岩基上并有适当埋置深度塔身与交通桥连接处及桥墩等抗震薄弱部位应增加桥面和塔顶搭接面积采取柔性连接和对于进口门槽应防止地震时零星碎物掉入门槽影响闸门材料及配筋要求等方面的抗震构造措施应符合。
基于水工标准反应谱的人工地震动合成及其校正
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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考虑近场地震动的水利水电工程设定地震反应谱研究
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。