水工建筑物强震动安全监测规范

'《水工建筑物强震动安全监测规范》编制工作大纲中国水利水电科学研究院2009年1月19日 目录一、编制的目的和必要性............................................................................................3（一）编制标准的理由和目的.............................................................................3为了规范我国水工建筑物强震动安全监测技术工作，以及为确定抗震设计地震动参数和地震烈度提供定量资料，通过强震记录的及时处理分析做出震害评估，采取相应的应急措施，减轻和防止水工震害的进一步扩展和次生灾害的发生，特制定本标准。.....................................................................................3（二）编制标准的必要性.....................................................................................3二、编写依据和国内相关标准....................................................................................4（一）编写依据.....................................................................................................4（二）国内相关规定.............................................................................................4三、适用范围................................................................................................................4四、规范的主要内容....................................................................................................5一、总则................................................................................................................5二、术语和定义..................................................................................................6三、监测台阵布置......................................................................................................6四、监测系统组成与技术要求....................................................................................7五、监测系统的测试、安装与验收..........................................................................9六、监测系统的管理与维护......................................................................................12七、加速度记录的处理分析....................................................................................14五、工作内容与计划安排..........................................................................................16（一）总体计划...................................................................................................162 一、编制的目的和必要性（一）编制标准的理由和目的为了规范我国水工建筑物强震动安全监测技术工作，以及为确定抗震设计地震动参数和地震烈度提供定量资料，通过强震记录的及时处理分析做出震害评估，采取相应的应急措施，减轻和防止水工震害的进一步扩展和次生灾害的发生，特制定本标准。（二）编制标准的必要性为了贯彻执行《中华人民共和国防震减灾法》和《水库大坝安全条例》，并与《水工建筑物抗震设计规范》配套使用，使我国的水工建筑强震安全监测技术工作的设计、施工、管理有章可循，迫切需要总结我国近40年的强震安全监测的经验，编制出水利部《水工建筑物强震安全监测技术规范》。我国是一个多地震国家，而西部是我国主要的地震区，地震的烈度和频度都相当高，上述这些水工建筑物的设计烈度都高达8度和9度，在如此高烈度区修建300m级高坝，其地震工况多成为设计中的控制工况，且目前世界上也尚无先例可循。由于这些高坝大库，一旦遭受强震失事，其次生灾害是极端严重的，因此加强水工建筑物强震监测工作十分必要。我国水工建筑物安全监测始于广东新丰江水库，现在全国已建30多个台站，我国已建和在建的400余座大型水库有60%都在地震区，应该建立强震安全监测系统。但在水工建筑物抗震设计规范中只原则3 提出应进行强震监测设计，但如何设计、施工、管理均未涉及。我部已颁布的《土石坝安全监测技术规范》和《混凝土坝安全监测技术规范》只对日常静态观测有具体条件，对强震的动态监测只提出应该进行，因此二者在仪器原理和设计原则上差异很大，也没有涉及这个领域，只有单独制定此规范，才能填补这个空白。二、编写依据和国内相关标准（一）编写依据根据水利部水利水电规划设计总院与水科院签定的《水工建筑物强震动安全监测规范》技术服务合同书，按照SL01－2002《水利水电技术标准编写规定》负责完成规范的编写，直到报批完成。（二）国内相关规定水工建筑物抗震设计规范建筑物抗震设计规范构筑物抗震设计规范建筑抗震试验方法规程三、适用范围本标准规定了水工建筑物强震动安全监测的台阵布置、监测系统组成与技术要求、监测系统的测试、安装与验收、监测系统的管理与维护、加速度记录的处理分析等技术问题。本标准适用于水电水利工程的1、2级水工建筑物强震动安全监4 测，其它水工建筑物参照执行。四、规范的主要内容一、总则1.1为了规范我国水工建筑物强震动安全监测技术工作，以及为确定抗震设计地震动参数和地震烈度提供定量资料，通过强震记录的及时处理分析做出震害评估，采取相应的应急措施，减轻和防止水工震害的进一步扩展和次生灾害的发生，特制定本标准。1.2监测工作可分为四个阶段，各阶段的工作应满足以下要求：可行性研究阶段：提出监测系统的总体布置、监测仪器及设备的数量、监测系统的工程概算。招标设计阶段：提出监测系统设计文件，包括监测系统布置图、仪器设备清单、各监测仪器设施的安装技术要求及工程预算等。施工阶段：提出施工详图。做好仪器设备的检验、埋设、安装、调试和保护，绘制竣工图，编写建台报告和试运行报告。运行阶段：加强监测系统的管理与维护，保障监测设备的正常运行。1.3台阵布设规定：1设计烈度为8度及以上的1、2级大坝应设置结构反应台阵，进水塔、垂直升船机等水工建筑物，宜设置结构反应台阵。2设计烈度为7度的1级大坝，应设置结构反应台阵。3设计烈度为8度及以上的1级水工建筑物，应在蓄水前设置5 场地效应台阵。1.4强震动监测仪器应稳定可靠，技术指标应满足工程安全监测需要。1.5在监测物理量上，主要记录地震动加速度。对于1级高土石坝可增加监测动孔隙水压力和动位移，对于1级高混凝土坝可增加监测动水压力等其它物理量的监测。1.6仪器监测应与震害检查结合，当发生有感地震或坝基记录的峰值加速度大于0.025g时，应立即对水工建筑物进行震害检查。二、术语和定义三、监测台阵布置3.1强震动安全监测应根据设计烈度、工程等级、结构类型和地形地质条件进行布置。3.2台阵设计应包括确定台阵的类型和规模、布置方案、仪器的性能要求，仪器安装和管理维护的技术要求等。3.3台阵的类型包括结构反应台阵和场地效应台阵。3.4结构反应台阵测点布置要求：3.4.1混凝土重力坝和支墩坝反应台阵应在溢流坝段和非溢流坝段各选一个最高坝段或地质条件较为复杂的坝段进行布置。测点应布置在坝顶、坝坡的变坡部位或2/3坝高附近、坝基和河谷自由场处。传感器测量方向应以水平顺河向为主，重要测点宜布成水平顺河向、水平横河向、竖向三分量。6 3.4.2混凝土拱坝反应台阵应在拱冠梁从坝顶到坝基布置2～4个测点；在1/4拱圈处，坝肩处沿顶拱各布置1个测点；拱座沿不同高度处布置2～3个测点；河谷自由场布置一个测点。传感器测量方向应布成水平径向、水平切向和竖向三分量，次要测点传感器可简化成水平径向。3.4.3土石坝反应台阵测点应布置在最高坝段或地质条件较为复杂的坝段。测点应布置在坝顶、坝坡的变坡部位、坝基和河谷自由场处，有条件时宜布设深孔测点。对于坝线较长者，宜在坝顶增加测点。测点方向应以水平顺河向为主，重要测点宜布成水平顺河向、水平横河向、竖向三分量。对于重要的溢洪道建筑物宜进行布点。3.4.4进水塔反应台阵应沿高程布置：塔基、塔顶、塔高2/3处的附近。宜布置成三分量。3.4.5垂直升船机反应台阵测点布置在塔柱和承船箱上。塔柱测点布置在塔基、塔顶及沿塔柱高度方向刚度有较大变化处。承船箱上测点宜布置成三分量。3.5场地效应台阵的测点宜布置在河床覆盖层、基岩、区域活动性断裂带、坝址峡谷地形处。应布成三分量。四、监测系统组成与技术要求4.1监测系统由加速度传感器、记录器、计算机、传输线路四部分组成。4.2加速度传感器的主要技术指标。7 4.3记录器由数据采集单元、触发单元、存储单元、计时单元、通信单元、控制单元、显示单元及电源单元组成。记录器一般采用集中或分散布置。4.4应安装监测仪器专用地线，接地电阻宜小于4Ω。4.5结构反应台阵监测设备宜配备多通道数字强震动加速度仪。场地效应台阵宜配备三通道数字强震动加速度仪。4.6信号传输辅助设备应配备程控电话或网络等通信手段、并做好接地保护措施。4.7计算机系统：4.7.1台站强震动加速度仪触发后可自动拨号或进行网络通信至计算机系统。4.7.2应配备适合工业应用环境，有较高运算速度和较大存储容量的工业PC机，并宜配有打印机、扫瞄仪等外围设备。4.7.3宜配置便携式计算机作为移动工作站。4.7.4配置强震动加速度记录处理分析软件。4.8传输线路：采取电缆或光纤进行有线传输方式。传感器应通过电缆，将信号传输到记录器。电缆采用多芯屏蔽电缆，不得设置在具有强电磁干扰设备的附近，露天电缆宜穿入钢管加以保护，并采取接地保护措施。台站至监测管理中心可通过光纤或电话线传输。4.9台站4.9.1台站的抗震设计应符合水工建筑物抗震设计规范的要求。8 4.9.2台站辅助设施：4.9.2.1具备220V市电电源并配置不间断电源，其容量应使仪器在市电停电条件下能继续工作不低于1天。4.9.2.2电源避雷器接地电阻应小于10Ω。4.9.2.3应敷设电话线路或光缆。4.9.2.4电源、传输线路和GPS应分别安装防雷装置。4.9.2.5GPS天线应安装在室外，离地面高度2m以上的开阔位置，应保证能接收到有效的卫星信号。4.9.3台站环境要求：a)温度应满足监测设备运行要求，宜在-5℃～+65℃之间。b)相对湿度不大于90%。4.10管理中心：4.10.1管理中心宜布置在大坝管理部门附近，应具备足够的设备和人员工作空间，房屋建筑应符合GB50011-2001的抗震设计要求。4.10.2配置可靠的供电电路和防雷接地。4.10.3能通过计算机对现场监测系统进行数据采集和控制。4.10.4与本系统以外的计算机网络设有连接接口，以便与上级主管单位进行远程传输。五、监测系统的测试、安装与验收5.1强震动加速度仪的检验5.1.1强震动加速度仪应在有资质的实验室超低频标准振动台9 上进行整机标定。仪器整机标定方法参见附录D。5.1.2强震动加速度仪安装前，应进行测试验收。5.1.3对加速度传感器进行外观检查和功能测试（阻尼与自振频率测试）。按照DB/T10规定方法和附录C1加速度传感器的主要技术指标，进行灵敏度、线性度、测量范围、满量程输出、噪声、动态范围、幅频特性、相频特性、横向灵敏度的测试、静态耗电电流测试。5.1.4对记录器进行触发功能、本地和远程通讯功能、控制功能测试。按照DB/T10规定方法和附录C2加速度记录器的主要技术指标,进行噪声、动态范围、分辨力、幅频响应、带通滤波器、守时精度、校时精度的测试。5.2监测系统的安装5.2.1监测墩5.2.1.1加速度传感器应固定安装在现浇的混凝土监测墩上，监测墩出露部分尺寸长、宽、高，宜为40cm×40cm×20cm，顶面要求平整，墩体宜预留出导线穿入孔。5.2.1.2监测墩应与被测物牢固连成一体，其建造要求是：5.2.1.2.1在混凝土坝及在新鲜基岩上，现浇混凝土观测墩前，应先将接触面打毛，并打孔预埋插筋，冲洗干净后，用混凝土现浇，待干后，将加速度传感器底板用环氧树脂或螺栓加以固定。尚应外加保护罩。5.2.1.2.2在土石坝及土基上现浇混凝土观测墩时，应先开挖深0.8m～1.0m，再进行插筋，而后现浇混凝土观测墩。加速度传感器10 宜通过螺栓或可靠的粘合剂固定在观测墩上。尚应外加保护罩。5.2.1.2.3固定前，应使加速度传感器符合设计要求的方位和初动方向。5.2.2信号传输5.2.2.1宜采用多芯屏蔽电缆，布线不得设置在具有强电磁干扰设备的附近。混凝土坝电缆多沿坝内竖井、廊道、电缆沟铺设，土坝可沿坝体在电缆沟内铺设。室外电缆宜穿入钢管内加以保护，并采用接地保护措施。5.2.2.2传输电缆线应尽量减少接头。接头处应焊接牢固，并作好导线的绝缘屏蔽。5.2.2.3铺设电缆时，应避免电缆承受过大拉力，以防受损。5.3监测系统的检查、设置和调试5.3.1强震动加速度仪安装后，应进行检查，确认各通道的极性和加速度传感器的零位。5.3.2设置仪器参数。5.3.3设定通道极性。5.3.4测试背景噪声。5.3.5功能试验标定记录。5.3.6人工触发试验。5.3.7GPS同步检测。5.3.8双向通信遥测试验。7.3.9监测台阵运行正常后，应进行场地地脉动和水工建筑物11 的脉动反应测试，记录脉动加速度时间过程和进行分析。场地脉动和水工建筑物的脉动反应测试的具体要求参见附录E。5.4监测系统工程验收5.4.1台阵建设完成后，应编写出建设报告,报告内容见附录F。5.4.2试运行满3个月，应编写出试运行报告，报告内容见附录G。5.4.3对监测人员应完成技术培训。5.4.4在完成前面三项任务的基础上，可申请进行监测系统验收。监测系统验收应准备的资料：5.4.4.1强震动安全监测设计报告5.4.4.2强震动安全监测建设报告。5.4.4.3强震动安全监测建设试运行情况报告。5.4.4.4相关的仪器、软件使用说明书等技术资料。六、监测系统的管理与维护6.1一般规定6.1.1强震动监测系统的管理应纳入大坝安全监测的日常工作。6.1.2对监测人员应经过培训上岗。6.1.3巡回检测分为远程访问、月巡回检测、年度巡回检测和特别巡回检测四类。6.2远程访问12 6.2.1每月远程通信检查至少3次。6.2.2检查内容：仪器参数设置、触发事件数、加速度传感器零位电压、GPS天线状态、电池电压。6.3月巡回检测6.3.1每月对强震动加速度仪进行一次常规检测。检测的内容是：6.3.1.1以标准时间校对仪器时钟。6.3.1.2强震动记录器面板检查，各开关是否放在待触发位置上。6.3.1.3检测直流电源电压是否正常。6.3.1.4检查各线道记录显示是否正常。6.3.1.5恢复仪器至待触发。6.3.2检查后应填写检测表。6.4年度巡回检测6.4.1每年对强震动加速度仪进行一次全面检测。6.4.2检测包括加速度传感器、信号传输和强震动记录器。并对仪器的总灵敏度进行一次标定。6.4.3不得同时对两套以上处于待触发的仪器进行标定，以尽量减少漏记地震的可能性。6.4.4台阵仪器检测合格后，应进行场地脉动和水工建筑物的脉动反应测试，记录脉动加速度时间过程。6.4.5场地脉动和水工建筑物的脉动反应测试结束后，应对测13 试记录进行计算分析。6.4.6年度巡回检测完成后，应编写年度强震动安全监测报告。6.5特殊巡回检测6.5.1在发生强雷电、暴雨、有感地震等特殊情况下，应及时检查强震动安全监测系统工作状况。6.5.2检查台阵仪器后，应填写检测表。检测表见附录H。七、加速度记录的处理分析7.0.1在获得强震动加速度记录后，应及时读取各个通道最大加速度值，并复制备份，按照规定格式形成包括头段数据和记录波形数据两部分的未校正加速度记录。7.0.2获得场地加速度峰值≥0.025ｇ的记录后，应填写监测记录报告单，并报告上级主管单位。监测记录报告单的内容，包括地震发生的时间、各通道地震记录的最大加速度值、各通道地震记录的时间长度等，见附录I。7.0.3及时根据强震动安全监测台阵各个测点的记录和预存的抗震设计计算求得的各个测点能抗御的最大加速度值，对大坝进行震害评估，可划分成三个等级：7.0.3.1安全（绿色）。即建筑物一般不会出现震害。7.0.3.2警惕（黄色）。即建筑物可能出现局部损坏。经一般修复即可正常使用。7.0.3.3危险（红色）。即建筑物遭遇超设计地震时，建筑物可14 能出现破坏，应及时采取应急措施。震害评估方法参见附录J。7.0.4场地峰值加速度记录大于0.002g时，应对加速度记录进行常规处理分析，其内容包括：7.0.4.1校正加速度记录：对未校正加速度记录波形数据进行零基线和仪器频率校正，形成校正加速度记录。7.0.4.2速度和位移时程：对校正加速度记录波形数据进行一次、二次积分计算处理，形成速度时程和位移时程。7.0.4.3反应谱：对校正加速度记录计算5个阻尼比值（0，0.02，0.05，0.1，0.2）的反应谱。7.0.4.4傅里叶谱：对校正加速度记录计算傅里叶谱。15 五、工作内容与计划安排总进度为：从2008年12月开始，用1年时间完成《水工建筑物强震动监测规范》的制定工作，于2009年12月提交报批稿。（一）总体计划1．2009年3月前，完成《规范》制定工作大纲。2．2009年5月，编写完成《规范》初稿。3．2009年6月，完成《规范》征求意见稿。4．2009年10月完成《规范》送审稿。5．2009年12月完成《规范》报批稿。16'