基于渤海地震环境的海洋平台抗震设防标准初步研究

彭艳菊 吕悦军 鄢家全 唐荣余 王俊勤 李家刚

1）中国地震局地壳应力研究所，北京 100085

2）中国地震局地球物理研究所，北京 100081

3）中海石油(中国)有限公司北京研究中心 北京 100027

1 不同概率水准地震动参数之间关系

收集了渤海27份石油平台设计地震动参数研究报告，统计出46个平台的海底泥面峰值加速度，分别为重现期200年、1000年，50年超越概率63%，10%和2%，计算了不同概率水准的地震动峰值加速度的比值和分析了分布规律。

2 抗震设防目标的确定

设防目标与设计方法有关，海洋平台采用极限状态设计方法，按照平台结构的承载力极限状态和使用极限状态进行设计，据此确定相应的两级设防目标。第一级设防目标定为：经历强度水平地震时，结构处于弹性变形阶段或塑性变形阶段，构件不发生破坏。建筑设防中的“小震不坏”要求结构处于弹性变形阶段，不出现破坏，“中震可修”允许结构可发生塑性变形，出现可修复的破坏。但海洋平台结构特殊，所用的钢材具有很大的塑性变形能力，在往复加卸载过程中结构的塑性变形能够很大程度地提高结构吸收和耗散地震能量的能力，因此将弹性阶段和塑性变形阶段作为承载力极限状态。结构处于该状态时，进入塑性变形阶段，但不允许出现破坏。第二级设防目标定为：经历韧性水平地震时，允许结构和基础有一些损坏，次要部件遭到破坏，平台已不能继续工作，但要求平台的结构和基础系统仍保持整体稳定性，不至于倒塌。

3 抗震设防水准的标定

（1）强度水平地震概率水准。强度水平地震可类比建筑工程中的“小震”，一般建构筑物取50年超越概率63%。海洋平台属于特别重要的工程，设防标准采用与甲类建构筑物抗震设防水准持平的原则确定。

《建筑抗震设计规范》未明确甲类建筑设防地震的概率水准，但规定地震作用应高于本地区设防烈度。研究表明，地震烈度提高1度，峰值加速度增加1倍。马玉宏等建议甲类建筑物常遇地震的概率水准取50年超越概率22%(相当于重现期200年)。鄢家全等统计发现，重现期200年的峰值加速度约为50年超越概率10%的2/3。高孟潭等发现50年超越概率63%的峰值加速度为50年超越概率10%的1/3。因此，可以认为重现期200年的地震作用强度约为50年超越概率63%的2倍，即重现期200年的地震作用强度满足了地震烈度提高1度的要求。分析表明，重现期200年与50年63%的峰值加速度比值均值为2.1，50年超越概率10%与重现期200年的峰值加速度比值均值1.4，即重现期200年与50年超越概率10%的峰值加速度比值为1/1.4(约为0.7)。因此，渤海工程实例表明，强度水平地震的重现期取200年达到地震烈度提高1度的要求。由此可见，强度水平地震取重现期200年，同甲类建构筑物持平。另外，美国API规范建议南加州海域的永久性结构的强度水平地震重现期取200年，渤海地震作用弱于南加州地区。因此，强度水平地震取200年是安全的。

（2）韧性水平地震概率水准。韧性水平地震设计采用API规范中8腿平台设计方法，地震作用取强度水平地震值的2倍。重现期1000年与200年的峰值加速度比值平均为1.9，大致满足强度水平地震作用的2倍的要求；50年超越概率2%与重现期200年的峰值加速度比值为2.4。因此，渤海重现期1000年～2500年峰值加速度应不小于重现期200年的2倍，也就是说，重现期1000～2500年的地震作用应该是强度水平地震的2倍及以上。据此，建议韧性水平地震的概率水准取重现期1000～2500年。

利用设防地震重现期与工程基准期的比值N衡量设防标准的高低。选择核电厂、三峡大坝等与海洋平台进行对比。从N值看，海洋平台韧性水平地震的风险仅次于核电站，接近三峡大坝。可以认为，海上平台韧性水平地震重现期取1000～2500年是安全的。另外，美国API规范建议变形极限地震重现期取几百年至几千年，本研究推荐值已接近API规范规定的上限。