水工结构抗震分析及设计

摘 要：现如今，我国综合国力不断增强，水利工程逐渐扩大建设规模。当前水利行业中的水工建筑抗震设计普遍使用单项安全系数法，这种方法适用于针对不同水利项目进行比较分析，从而让水工建筑物在实际使用过程中具有更强的可靠性。文章首先论述了水工建筑结构抗震设计的原则、水工建筑结构设计中抗震结构设计的要求，然后提出几条能够优化水工建筑物抗震设计的实际性建议。

关键词：水工结构;抗震分析;设计

我国位于全球两大地震带——欧亚地震带与环太平洋地震带之间，地震活动十分活跃。历史上中国大部分省、自治区、直辖市都发生过多次破坏性地震。20世纪以来，我国共发生6级以上地震650多次，严重危害人民群众的生命财产安全，干扰了我国经济建设。因此，在我国大力发展、推广水工建筑抗震技术，对于保障我国经济社会健康发展具有重要意义。

1 水工建筑結构抗震设计的原则

近年来，地震变得更加频繁，人民和财产安全受到严重影响，造成的一个非常重要的问题是地震造成的水工建筑物倒塌。因此，从水工建筑项目起，应该进行水工建筑结构抗震设计，并严格评估。抗震设计应遵循以下准则：①在构建复杂的设计项目时，有必要选择一种合适的测量方法来研究水工建筑项目薄弱层的塑弹性变形，例如静力分析和动力分析等方法。②设计时，将弹性过程分析法作为补充类测算措施。必须注意水工建筑结构整体内力位移，还必须选择不同的测算方法，确保测算水工建筑物内力位移的准确性。③在设计连体水工建筑物的过程中，应同时测量一个或多个水工建筑物结构的振型数，应为单体数的至少9倍，有效质量系数为0.9以上。

2 水工建筑结构设计中抗震结构设计的要求

我国水工建筑物结构的抗震设计有明确的三水准的总体要求。三水准分别是小震不坏、中震不修以及大震不倒。其中，小震不坏指的是当发生较小规模的地震时，水工建筑物的抗震结构设计足以抵挡，同时保证震后水工建筑物在不需要进行维修和养护情况下依然能够正常使用;中震不修则是要求水工建筑结构在受到与当地规定的抗震等级以及抗震强度相同的地震之后，仍旧不会对居民的生命财产安全造成危害，通过维修检护之后能正常使用;大震不倒指的是水工建筑物在遭受超过当地最高抗震等级的地震之后，仍旧不会发生倒塌和受到严重的损坏，保证人们的生命健康。

3 水工结构抗震设计的几点建议

3.1设定抗震等级

为保障水工建筑的抗震能力，降低地震对水工结构的破坏程度，保证水工建筑的整体安全性，需要重点加强对水工建筑的抗震设计管理，必须保证水工建筑抗震等级高于地区抗震等级。通过设定抗震等级，能够有效避免在常规地震条件下水工结构出现大规模坍塌现象，同时提高地震等级异常情况下的抗震能力，给居民逃生赢得宝贵时间。因此在水工建筑结构设计过程中，要根据抗震等级进行设计，从而确保设计的合理性，在实际的设计过程中，设计者要尽可能与相关部门取得联系，查阅当地历史地震等级，并以此作为设计的参考依据，最终确定水工建筑物的抗震等级。此外，还需要重点考虑地震周期，提高水工建筑的设计等级，从而避免地震发生时出现水工建筑抗震性能降低等情况，保证水工建筑物的安全，以此保障人们的生命财产安全。

3.2构件间的连接加固设计

各部分构件的可靠连接是水工建筑结构具备优良抗震性能的前提。有效的结构连接可以最大程度地降低水工建筑物倒塌的风险。如果原水工建筑结构构件的承载能力满足要求，但构件之间的连接较差，仍然会对整个水工建筑结构的抗震性能产生影响。常用的构件连接加固方法有拉杆加固、钢夹加固、注浆锚杆加固、更换构件加固等。当砖墙与梁、柱没有有效连接时，往往使用拉杆加固，钢筋的一段用膨胀螺栓焊接在梁或柱的斜孔位置，另一端固定到砖缝等，可实现比较好的连接加固效果。采用注浆锚杆加固可以大大提高水工建筑砖混结构中墙体之间的连接质量，通过加一根长锚杆，使长锚杆的一端与外柱或外纵墙预埋件牢固连接。另一端嵌入内横壁。此外，如果水工建筑结构中存在延展性差、强度低的部件，可以通过更换部件来提高延展性和强度。更换部件的方法也有很多，可以根据实际情况选择合理的更换方法。

3.3选择合适的地基

自然环境非常重要，在不同的地质条件下，水工建筑物对地震的反应不同。在建造之前，需要选择适合各种自然环境的地基。强抗震性是地基最重要的选择条件之一。在选择地基时，需要考虑地基的稳定性和埋置的深度。地基的稳定性使其可以承受水工建筑的压力而不会滑移，而埋置深度应为水工建筑物的1/15。为了增加水工建筑物的抗震性，在水工建筑建造中需要设置多道防线就，可以采取许多方法来提高水工建筑物的抗震性。

3.4提高水工建筑的刚度

相关设计人员在进行水工结构设计时，需根据水工建筑设计的要求实施个性化设计。在具体设计中，要保证水工建筑的刚度和整体性能有所提升，应注意以下两点：（1）重视钢筋混凝土的运用。在水工建筑工程建设过程中，钢筋混凝土是重要的原材料，同时也是水工建筑施工顺利进行的前提。钢筋混凝土有着较高的强度和硬度，并且有着良好的经济性能，且价格较为合理。（2）在水工结构设计过程中，要想达到加固的目的，通常可以选择增添钢铁结构，由此使水工建筑结构的抗震性能得到提升。

3.5提升结构延性

如果水工建筑物的抗震性低于地震等级，则由于脆性破坏很容易倒塌。因此，水工建筑工程结构的抗震设计应提高结构的延性并增加其强度。可以改进以下内容：①延性材料。如果使用延性材料在发生弹性变形或重复弹性变形时，延性不会有明显下降。②杆件的延性。为了改善结构的延性，应检查结构部件的杆件的延性，例如塑性变形、能量耗散等。③构件的延性。某一个构件发生塑性变形和消耗能量的能力，可以通过提高墙体或框架的延性来改善水工建筑结构的整体延性。通常，水工建筑结构的延性与其抵抗塌陷或塑性变形的能力有关。可以在设计中使用以下方法：①在平面上，增强突变处和转角处之类的延性;②对于竖向，可以增强薄弱楼板延性;③增加首道抗震防线部分的构件延性。

4  结语

我国水工建筑行业高速发展，水工建筑的数量及体量规模不断扩大，人们对水工建筑结构的抗震性能也提出了更高的要求。我国政府也逐渐提高了水工建筑抗震设计标准，在这一时代背景下，高水平的抗震加固设计意义重大，进行抗震加固设计时，应当根据实际方案，按照法律法规、技术规范高标准进行，本文对如何应用抗震加固设计进行了分析，以期为相关研究提供参考，为工程中应用抗震加固设计提供借鉴，从而提高我国水工建筑的抗震性能，为人民生命财产健康安全提供保障。

参考文献：

[1]冯少艳.水工建筑物抗震设计策略探讨[J].建材与装饰，2019（23）：301-302.

[2]刘晓嫚，闫毅志.水工结构抗震分析及设计[J].中国水运（下半月），2019，19（07）：230-231.

[3]李王坤.水工结构抗震设计探讨[J].山西水利，2017（06）：47-48.

作者简介：

孙宇恒（1998.10.28-），男，汉族，河南省洛阳市，本科，郑州大学水利科学与工程学院。

（郑州大学水利科学与工程学院，河南 郑州 450000）