关于水工建筑物抗震设计的几点思考

'关于水工建筑物抗震设计的几点思考云南能阳水利水电勘察设计有限公司云南曲靖655000摘要：当前，水工建筑物的设计主要采用单项安全系数、多项安全系数两种办法。其中，单项安全系数主要在水利行业中普遍应用，多项安全系数多应用于水电行业。这两种办法在设计的过程中，均依据实际的工程经验，虽然形式存在很大的差异性，但是结果非常相近。在进行水闸、土石坝稳定性分析时，由于安全系数非常小，不便进行分解，所以实际效果甚微。单项安全系数主要应用于水利行业，但是进行抗震设计时，需要采用多项安全系数法，增加了设计的复杂性。关键词：水工建筑物；抗震；设计最早，国内水利、水电行业设计采用相同的办法，即单项安全系数。之后，随着工业建筑业的不断发展，衍生了多项安全系数法，并运用到水电行业设计中，其中，水利行业在设计中依然单项安全系数。在此基础上，规范了不同抗渗设计系数在水利、水电行业中的运用。木文从地震载荷的角度出发，对水工建筑物抗震设计进行分析与探讨，希望可以起到参考的作用。一、釆用可靠度理论设计假设某坝体的强度、应力均为随机变量，同时满足正态分布的要求。另有状态函数，处于正态分布。其中，代表应力，代表随机变量。那么，平均值为：，平均值为：。根据概率方面的知识，可以计算出实际的失效概率，具体计算公式为：在（2）中，代表坝体可靠度，与的平均值分别为、。与的均方差分別为:、。（2）式在改写之后，可以得到：在（4）式中，、代表、的变异系数，的分项系数为，的分享系数为：。 （1）式、（3）式等价，如果（3）式条件成立，那么（1）为失效概率。其中，（3）式在计算的过程中，运用了可靠性的结构方程。通过观察（1）式、（3）式，可以看出将可靠度理论运用到结构设计当中，参数、与设计的精度紧密相连，而iL对设计的精度产生绝对性的影响。冋吋，还包括两个方面的问题。首先，针对应力、强度分布的概率，以及产生的变异系数、平均值，需要有充足的样本。其次，计算与出应力与实际应力往往会出现偏差，因此应该考虑该方法的科学性、合理性，防止与实际数据不符。二、单项安全系数法和多项安全系数法本质相似单项安全系数法与多项安全系数法在形态上虽然有很大的差异性，但是由于计算的结果相似，因此在本质上是相同的。下面通过混凝土拱坝的设计来进行研宄。根据相关的设计规范，拱坝采用多项安全系数法，抗剪断的计算公式为：（5）在（5）式中，代表结构性重要系数，设计状态系数为，将安全级别分为三个等级，在持久状态时，取值1.00,在短暂状态吋，取值0.94,在偶然状态时。数值为0.83。代表拱坝的结果系数，取值1.2。代表摩檫系数，粘聚力为，是分项系数，取值3。根据传统安全系数法，对抗剪断安全系数进行计算，具体的计算公式为：根据上面的公式，可以得出：（8）代表：粘聚力折减系数。对上面的公式进行计算表，可以得出抗剪断安全系数，如表1所示：从上表可以看出，在规范下，表1在计算安全系数吋，主要的区别是粘 聚力的程度不同。为了分析粘聚力产生的影响，给粘聚力打8折，同吋满足的条件，在这种情况下，等于安全系数打了9折。于是，得到了表3。可以看出，拱坝水规、电规的计算公式有很大的差异性，但是计算出来的安全系数非常相似。也就是说，虽然这两种规范在形式上有区别，但是实质上是相同的。早在90年代的吋候，多项系数法在运用的过程中，主要以理论的应用为主，这种方式存在一定的局限性。主要表现为：一旦出现复杂的问题，因为样本的数量少，系数难度人，缺乏实践经验，所以在计算大坝的安全系数时，面临很大的困难。在这种情况下，由于计算方式以经验为主，因此参数的强度、系数的配置，以及安全系数的取值都会产生一定的差异，因此很不科学。同时，采用单项安全系数法也存在一定的局限性。主要表现为：摩擦系数、粘聚力具冇不同的特性，在计算的过程中容易受到干扰，从而存在粘聚力的折减。最后，凡是可以运用多项安全系数法的，都可以使用单项安全系数法。三、水闸、土石坝采用多项安全系数法面临的难题当水闸、土石坝在遇到地震时，应该具备最低的抗滑安全系数。通常在不同建筑物级别当中，产生的安全系数并没有多大变化，变幅非常微弱，数值接近于1.0。在这种情况下，如果将分为、、、、等不同的系数吋，而这些数值乘积的差值很小，所以在分解的过程中，遇到很大的阻力。根据可靠度水电设计的相关制度、标准，在结构设计中主要考虑，另外的数值因为没有关系，所以不再考虑。当建筑物的等级为I时，为1.1，建筑物等级为II时，为1.0,建筑物的等级为III吋，为0.9。其中，变幅的数值只占到20%，大于5%,所以增加了其他系数取值的难度。另外，结构的重要性跟取值没右关系，因此不管Jt•他系数的取值为多少，都不会给建筑物的安全系数造成影响。当建筑物为I级时，=1.10,要使，应该满足。但是，在这种情况下，统计理论将没有办法发挥出应有的作用。除此之外，当建筑物为III级吋，=0.90，，安全系数小于1.0,因此也不合理。从上面的结论可以看出，根据统计标准办法，使I级建筑物的安全系数为1.10,II级、III级建筑物的安全系数为1.05,是不可能实现的。为此，只有改变的数值，违反统标的规定，才能使多项安全系数的结果与传统安全系数吻合。但是，该办法在使用的 过程中，实际上已经演变为单项系数法。于是，导致多项系数法失去了本该冇的作用。四、单项安全系数法在不同工程档案中的应用虽然单项安全系数法与多项安全系数法在不同的形式下，表现出相同的结果。但是不可否认，形式也非常重要。下面是对我国某特高拱坝拱座抗滑稳定分析的结构，在936m的情况下，3332<6445,满足要求。然而，当高程为756m时，不满足要求。该方法在不同方案分析中，比较复杂。随后一列为笔者计算出的抗剪断安全系数，可以解决以上问题，更方便对不同工程的分对比。所以，在不同方案的对比中，采用单项安全系数法更加方便、简单。反之，采用多项系数法，具有一定的复杂性，在分析不同方案吋有很大的困难。结束语：在设计大坝安全系数吋，往往由于问题复杂、样本不足的问题，导致概率论下的多项系数法难以执行。实践证明，采用单项分析法在工程对比中更简单、方便。当水闸、土石坝遭到地震攻击吋，为了准确分析出抗滑稳定安全系数，由于系数分解的关系，主要还采用单项系数法。根据实际情况，推荐水利行业采用单项安全系数法，水电行业采用多项安全系数法。当前，水工建筑的抗震设计中，唯一的办法就是多项安全系数法，但是因为水闸、土石坝的数量大，往往出现很多问题，所以要进一步加强对水工建筑物的抗震设计。参考文献：［1］朱扪芳.关于水工建筑物抗震设计的几点思考［」］.水利水电技术，2013(06).［2］张公平，潘晓红，饶宏玲.水工建筑物抗震设计规范(DL5073-2000)相关问题探讨［」］.水电站设计，2014(03).'