基于渤海地震環(huán)境的海洋平臺抗震設防標準初步研究

彭艷菊 呂悅軍 鄢家全 唐榮余 王俊勤 李家剛

1）中國地震局地殼應力研究所，北京 100085

2）中國地震局地球物理研究所，北京 100081

3）中海石油(中國)有限公司北京研究中心 北京 100027

1 不同概率水準地震動參數之間關系

收集了渤海27份石油平臺設計地震動參數研究報告，統計出46個平臺的海底泥面峰值加速度，分別為重現期200年、1000年，50年超越概率63%，10%和2%，計算了不同概率水準的地震動峰值加速度的比值和分析了分布規(guī)律。

2 抗震設防目標的確定

設防目標與設計方法有關，海洋平臺采用極限狀態(tài)設計方法，按照平臺結構的承載力極限狀態(tài)和使用極限狀態(tài)進行設計，據此確定相應的兩級設防目標。第一級設防目標定為：經歷強度水平地震時，結構處于彈性變形階段或塑性變形階段，構件不發(fā)生破壞。建筑設防中的“小震不壞”要求結構處于彈性變形階段，不出現破壞，“中震可修”允許結構可發(fā)生塑性變形，出現可修復的破壞。但海洋平臺結構特殊，所用的鋼材具有很大的塑性變形能力，在往復加卸載過程中結構的塑性變形能夠很大程度地提高結構吸收和耗散地震能量的能力，因此將彈性階段和塑性變形階段作為承載力極限狀態(tài)。結構處于該狀態(tài)時，進入塑性變形階段，但不允許出現破壞。第二級設防目標定為：經歷韌性水平地震時，允許結構和基礎有一些損壞，次要部件遭到破壞，平臺已不能繼續(xù)工作，但要求平臺的結構和基礎系統仍保持整體穩(wěn)定性，不至于倒塌。

3 抗震設防水準的標定

（1）強度水平地震概率水準。強度水平地震可類比建筑工程中的“小震”，一般建構筑物取50年超越概率63%。海洋平臺屬于特別重要的工程，設防標準采用與甲類建構筑物抗震設防水準持平的原則確定。

《建筑抗震設計規(guī)范》未明確甲類建筑設防地震的概率水準，但規(guī)定地震作用應高于本地區(qū)設防烈度。研究表明，地震烈度提高1度，峰值加速度增加1倍。馬玉宏等建議甲類建筑物常遇地震的概率水準取50年超越概率22%(相當于重現期200年)。鄢家全等統計發(fā)現，重現期200年的峰值加速度約為50年超越概率10%的2/3。高孟潭等發(fā)現50年超越概率63%的峰值加速度為50年超越概率10%的1/3。因此，可以認為重現期200年的地震作用強度約為50年超越概率63%的2倍，即重現期200年的地震作用強度滿足了地震烈度提高1度的要求。分析表明，重現期200年與50年63%的峰值加速度比值均值為2.1，50年超越概率10%與重現期200年的峰值加速度比值均值1.4，即重現期200年與50年超越概率10%的峰值加速度比值為1/1.4(約為0.7)。因此，渤海工程實例表明，強度水平地震的重現期取200年達到地震烈度提高1度的要求。由此可見，強度水平地震取重現期200年，同甲類建構筑物持平。另外，美國API規(guī)范建議南加州海域的永久性結構的強度水平地震重現期取200年，渤海地震作用弱于南加州地區(qū)。因此，強度水平地震取200年是安全的。

（2）韌性水平地震概率水準。韌性水平地震設計采用API規(guī)范中8腿平臺設計方法，地震作用取強度水平地震值的2倍。重現期1000年與200年的峰值加速度比值平均為1.9，大致滿足強度水平地震作用的2倍的要求；50年超越概率2%與重現期200年的峰值加速度比值為2.4。因此，渤海重現期1000年～2500年峰值加速度應不小于重現期200年的2倍，也就是說，重現期1000～2500年的地震作用應該是強度水平地震的2倍及以上。據此，建議韌性水平地震的概率水準取重現期1000～2500年。

利用設防地震重現期與工程基準期的比值N衡量設防標準的高低。選擇核電廠、三峽大壩等與海洋平臺進行對比。從N值看，海洋平臺韌性水平地震的風險僅次于核電站，接近三峽大壩。可以認為，海上平臺韌性水平地震重現期取1000～2500年是安全的。另外，美國API規(guī)范建議變形極限地震重現期取幾百年至幾千年，本研究推薦值已接近API規(guī)范規(guī)定的上限。