水工結(jié)構(gòu)抗震分析及設(shè)計(jì)

摘 要：現(xiàn)如今，我國綜合國力不斷增強(qiáng)，水利工程逐漸擴(kuò)大建設(shè)規(guī)模。當(dāng)前水利行業(yè)中的水工建筑抗震設(shè)計(jì)普遍使用單項(xiàng)安全系數(shù)法，這種方法適用于針對不同水利項(xiàng)目進(jìn)行比較分析，從而讓水工建筑物在實(shí)際使用過程中具有更強(qiáng)的可靠性。文章首先論述了水工建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的原則、水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，然后提出幾條能夠優(yōu)化水工建筑物抗震設(shè)計(jì)的實(shí)際性建議。

關(guān)鍵詞：水工結(jié)構(gòu);抗震分析;設(shè)計(jì)

我國位于全球兩大地震帶——?dú)W亞地震帶與環(huán)太平洋地震帶之間，地震活動十分活躍。歷史上中國大部分省、自治區(qū)、直轄市都發(fā)生過多次破壞性地震。20世紀(jì)以來，我國共發(fā)生6級以上地震650多次，嚴(yán)重危害人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，干擾了我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)。因此，在我國大力發(fā)展、推廣水工建筑抗震技術(shù)，對于保障我國經(jīng)濟(jì)社會健康發(fā)展具有重要意義。

1 水工建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的原則

近年來，地震變得更加頻繁，人民和財(cái)產(chǎn)安全受到嚴(yán)重影響，造成的一個(gè)非常重要的問題是地震造成的水工建筑物倒塌。因此，從水工建筑項(xiàng)目起，應(yīng)該進(jìn)行水工建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，并嚴(yán)格評估。抗震設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下準(zhǔn)則：①在構(gòu)建復(fù)雜的設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)，有必要選擇一種合適的測量方法來研究水工建筑項(xiàng)目薄弱層的塑彈性變形，例如靜力分析和動力分析等方法。②設(shè)計(jì)時(shí)，將彈性過程分析法作為補(bǔ)充類測算措施。必須注意水工建筑結(jié)構(gòu)整體內(nèi)力位移，還必須選擇不同的測算方法，確保測算水工建筑物內(nèi)力位移的準(zhǔn)確性。③在設(shè)計(jì)連體水工建筑物的過程中，應(yīng)同時(shí)測量一個(gè)或多個(gè)水工建筑物結(jié)構(gòu)的振型數(shù)，應(yīng)為單體數(shù)的至少9倍，有效質(zhì)量系數(shù)為0.9以上。

2 水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求

我國水工建筑物結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)有明確的三水準(zhǔn)的總體要求。三水準(zhǔn)分別是小震不壞、中震不修以及大震不倒。其中，小震不壞指的是當(dāng)發(fā)生較小規(guī)模的地震時(shí)，水工建筑物的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)足以抵擋，同時(shí)保證震后水工建筑物在不需要進(jìn)行維修和養(yǎng)護(hù)情況下依然能夠正常使用;中震不修則是要求水工建筑結(jié)構(gòu)在受到與當(dāng)?shù)匾?guī)定的抗震等級以及抗震強(qiáng)度相同的地震之后，仍舊不會對居民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成危害，通過維修檢護(hù)之后能正常使用;大震不倒指的是水工建筑物在遭受超過當(dāng)?shù)刈罡呖拐鸬燃壍牡卣鹬螅耘f不會發(fā)生倒塌和受到嚴(yán)重的損壞，保證人們的生命健康。

3 水工結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)建議

3.1設(shè)定抗震等級

為保障水工建筑的抗震能力，降低地震對水工結(jié)構(gòu)的破壞程度，保證水工建筑的整體安全性，需要重點(diǎn)加強(qiáng)對水工建筑的抗震設(shè)計(jì)管理，必須保證水工建筑抗震等級高于地區(qū)抗震等級。通過設(shè)定抗震等級，能夠有效避免在常規(guī)地震條件下水工結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大規(guī)模坍塌現(xiàn)象，同時(shí)提高地震等級異常情況下的抗震能力，給居民逃生贏得寶貴時(shí)間。因此在水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，要根據(jù)抗震等級進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而確保設(shè)計(jì)的合理性，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者要盡可能與相關(guān)部門取得聯(lián)系，查閱當(dāng)?shù)貧v史地震等級，并以此作為設(shè)計(jì)的參考依據(jù)，最終確定水工建筑物的抗震等級。此外，還需要重點(diǎn)考慮地震周期，提高水工建筑的設(shè)計(jì)等級，從而避免地震發(fā)生時(shí)出現(xiàn)水工建筑抗震性能降低等情況，保證水工建筑物的安全，以此保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

3.2構(gòu)件間的連接加固設(shè)計(jì)

各部分構(gòu)件的可靠連接是水工建筑結(jié)構(gòu)具備優(yōu)良抗震性能的前提。有效的結(jié)構(gòu)連接可以最大程度地降低水工建筑物倒塌的風(fēng)險(xiǎn)。如果原水工建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力滿足要求，但構(gòu)件之間的連接較差，仍然會對整個(gè)水工建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能產(chǎn)生影響。常用的構(gòu)件連接加固方法有拉桿加固、鋼夾加固、注漿錨桿加固、更換構(gòu)件加固等。當(dāng)磚墻與梁、柱沒有有效連接時(shí)，往往使用拉桿加固，鋼筋的一段用膨脹螺栓焊接在梁或柱的斜孔位置，另一端固定到磚縫等，可實(shí)現(xiàn)比較好的連接加固效果。采用注漿錨桿加固可以大大提高水工建筑磚混結(jié)構(gòu)中墻體之間的連接質(zhì)量，通過加一根長錨桿，使長錨桿的一端與外柱或外縱墻預(yù)埋件牢固連接。另一端嵌入內(nèi)橫壁。此外，如果水工建筑結(jié)構(gòu)中存在延展性差、強(qiáng)度低的部件，可以通過更換部件來提高延展性和強(qiáng)度。更換部件的方法也有很多，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合理的更換方法。

3.3選擇合適的地基

自然環(huán)境非常重要，在不同的地質(zhì)條件下，水工建筑物對地震的反應(yīng)不同。在建造之前，需要選擇適合各種自然環(huán)境的地基。強(qiáng)抗震性是地基最重要的選擇條件之一。在選擇地基時(shí)，需要考慮地基的穩(wěn)定性和埋置的深度。地基的穩(wěn)定性使其可以承受水工建筑的壓力而不會滑移，而埋置深度應(yīng)為水工建筑物的1/15。為了增加水工建筑物的抗震性，在水工建筑建造中需要設(shè)置多道防線就，可以采取許多方法來提高水工建筑物的抗震性。

3.4提高水工建筑的剛度

相關(guān)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需根據(jù)水工建筑設(shè)計(jì)的要求實(shí)施個(gè)性化設(shè)計(jì)。在具體設(shè)計(jì)中，要保證水工建筑的剛度和整體性能有所提升，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：（1）重視鋼筋混凝土的運(yùn)用。在水工建筑工程建設(shè)過程中，鋼筋混凝土是重要的原材料，同時(shí)也是水工建筑施工順利進(jìn)行的前提。鋼筋混凝土有著較高的強(qiáng)度和硬度，并且有著良好的經(jīng)濟(jì)性能，且價(jià)格較為合理。（2）在水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，要想達(dá)到加固的目的，通常可以選擇增添鋼鐵結(jié)構(gòu)，由此使水工建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能得到提升。

3.5提升結(jié)構(gòu)延性

如果水工建筑物的抗震性低于地震等級，則由于脆性破壞很容易倒塌。因此，水工建筑工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)提高結(jié)構(gòu)的延性并增加其強(qiáng)度。可以改進(jìn)以下內(nèi)容：①延性材料。如果使用延性材料在發(fā)生彈性變形或重復(fù)彈性變形時(shí)，延性不會有明顯下降。②桿件的延性。為了改善結(jié)構(gòu)的延性，應(yīng)檢查結(jié)構(gòu)部件的桿件的延性，例如塑性變形、能量耗散等。③構(gòu)件的延性。某一個(gè)構(gòu)件發(fā)生塑性變形和消耗能量的能力，可以通過提高墻體或框架的延性來改善水工建筑結(jié)構(gòu)的整體延性。通常，水工建筑結(jié)構(gòu)的延性與其抵抗塌陷或塑性變形的能力有關(guān)。可以在設(shè)計(jì)中使用以下方法：①在平面上，增強(qiáng)突變處和轉(zhuǎn)角處之類的延性;②對于豎向，可以增強(qiáng)薄弱樓板延性;③增加首道抗震防線部分的構(gòu)件延性。

4? 結(jié)語

我國水工建筑行業(yè)高速發(fā)展，水工建筑的數(shù)量及體量規(guī)模不斷擴(kuò)大，人們對水工建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能也提出了更高的要求。我國政府也逐漸提高了水工建筑抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在這一時(shí)代背景下，高水平的抗震加固設(shè)計(jì)意義重大，進(jìn)行抗震加固設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際方案，按照法律法規(guī)、技術(shù)規(guī)范高標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，本文對如何應(yīng)用抗震加固設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，以期為相關(guān)研究提供參考，為工程中應(yīng)用抗震加固設(shè)計(jì)提供借鑒，從而提高我國水工建筑的抗震性能，為人民生命財(cái)產(chǎn)健康安全提供保障。

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作者簡介：

孫宇恒（1998.10.28-），男，漢族，河南省洛陽市，本科，鄭州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院。

（鄭州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450000）