简介
地震引
起的作用于建筑物上的动荷载， 包括地震惯性力、地震动水压力和地震动土压力。
地震荷载的分析 地震荷载的大小取决于地震引起的地面运动强度和建筑物的动力特性。 确定地震荷载时首先要确定建筑物的抗震设防标准。在中国，水工建筑物抗震设计一般采用场地基本烈度作为设计烈度。 对于Ⅰ级建筑物， 根据其重要性和遭受震害的危害程度， 可在基本烈度基础上提高一度。 水工建筑物的地震荷载， 一般只考虑水平向的地震作用。 设计烈度为8、 9度的Ⅰ、 Ⅱ级挡水建筑物， 除单曲拱坝外应同时计入水平向和竖向地震惯性力。 考虑到水平向和竖向地震强度不在同一瞬时达到最大值， 计入竖向地震惯性力时， 应考虑其遇合机率。 地震惯性力等于地震时建筑物各部分的质量与振动加速度的乘积， 它是一种等效作用力。 地震惯性力的大小和分布与建筑物的质量和刚度分布有关。 在抗震设计中计算地震惯性力通常有两种方法： ①静力法。 将地震作用用一个不随时间变化的静力来代替。 最简单的方法是令其等于建筑物的质量与设计地震加速度的乘积， 加速度沿建筑物高度不变。 考虑到由于地震时建筑物发生变形加速度沿其高度的分布实际上是不均匀的， 参照动力计算的结果， 将加速度沿建筑物高度的分布， 用某种简化的图形(如梯形或折线形)来代表， 使计算结果更接近于实际，这种方法又称为拟静力法。 ②动力法。根据选定的地震波， 按照振动理论， 用计算分析的方法或动力模型试验的方法， 直接求得建筑物在地震时受力和变形的大小， 设计地震波一般选用类似场地和震源特性条件下的强震记录。这种方法工作量较大。在弹性振动范围内根据模态(或称振型，系建筑物相应于各阶自振频率的振动形状，它代表建筑物的固有特性)分析原理，建筑物的动力反应(加速度、速度或位移)可由少数几个低阶模态的反应求和得出， 模态的最大反应可以根据反应谱曲线求出，称为反应谱法。反应谱是在给定阻尼(通常用体系临界阻尼的百分比表示)时单质点弹性体系对地面运动的最大反应， 随体系自振周期而变化。 标准反应谱是综合许多强震记录加工整理的结果， 具有一定的代表性。 采用反应谱法使动力计算大为简化。 地震动水压力， 又称水的激荡力系地震时由于水库水体运动引起的作用在挡水建筑物上的动水荷载。 当不计水的压缩性影响时， 地震动水压力的作用相当于一部分附加在建筑物表面的水体与建筑物一起振动时产生的等效惯性力。 地震动土压力， 系地震时作用在挡土建筑物上的附加土压力。 由于土料动力特性的复杂性， 这个问题尚处于探索阶段。 工程实践中常将挡土建筑物后填土中产生的地震惯性力 (用等效静力代替) 与滑动土楔的实际重量按矢量组合成有效重量， 再按土压理论计算地震时的土压力。 实际计算常将动土压力简化表示为某一系数与静土压力的乘积， 此系数称为动土压力系数。
随着震害资料的不断积累和对震害现象认识的深化， 地震荷载的计算也在不断地改进和完善。 发展的趋势是以动力法逐步取代静力法， 同时更合理地考虑各种因素， 例如材料特性及环境因素 (水和地基的作用)对地震荷载的影响等。
地震惯性力计算 中国1979年制订的《水工建筑物抗地震设计规范》主要采用拟静力法计算地震荷载。该《规范》适用于设计烈度为7、8、9度的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级水工建筑物的抗震设计。对于Ⅰ、Ⅱ级建筑物，宜根据需要进行动力分析和试验研究加以校核。根据中国规范，土坝、堆石坝、水闸闸墩沿高度作用于质点的水平向地震惯性力Pi按下式计算：Pi＝kHCZαiWi
式中 kH为水平向地震系数，系地面水平最大加速度的统计平均值与重力加速度的比值，按表1采用;Cz为综合影响系数，体现按实测地面加速度统计平均值进行分析与宏观震害现象间的差异，取为1/4;αi为地震加速度分布系数，按表2、表3采用;Wi为集中在计算质点i的重量。
表1 水平向地震系数kH
| 设计烈度 | 7 | 8 | 9 |
| kH | 0.1 | 0.2 | 0.4 |
表2 地震加速度分布系数αi
表3 地震加速度分布系数αi
表2、3注：(1)地基、岸坡和水闸墩底以下部分αi取1.0;
(2)岸边溢洪道的闸墩和垂直河流向地震作用
下的坝上闸墩可按水闸闸墩计算：
(3) H——建筑物总高度。
混凝土重力坝(包括大头坝)的水平向总地震惯性力Q0按下式计算：
Q0＝kHCZFW
式中 F为地震惯性力系数，按表4采用; W为产生地震惯性力的建筑物总重量。沿混凝土重力坝(包括大头坝)高度作用于质点i的地震惯性力Pi为：
式中 △i为地震惯性力分布系数，按表4采用;n为建筑物计算质点总数。
表4 混凝土重力坝(包括大头坝)地震惯性力系数F及地震惯性力分布系数Δi
注：(1)需要计算地基的地震惯性力时，按Q0=kHCZFW
计算，此时，Q0为地基的水平向总地震惯性力，W
为所考虑的那部分地基总重量，其F值取1.0;
(2)计算溢流坝的Δi时，坝高H应算至闸墩顶。
关于拱坝的地震惯性力计算，可参考上述规范进
行。
地震动水压力计算 在水平向地震作用下，混泥土重力坝(包括大头坝)直立坝面水深y处的地震动水压力强度
y按下式计算：
Py＝kHCzfyγ0H0
式中 fy为水深y处的地震动水压力分布系数，按表5采用; γ0为水的容量;H0为坝前水深。单位宽度总地震动水压力P0为：
0=0.65kHCZγ0H20
其作用点位置自水面算起为0.54H0。水深y处以上单位宽度地震动水压力合力
y及其作用点位置hy见图。对于倾斜的迎水面按照上式计算动水压力时应乘以折减系数ψ/90°， ψ为建筑物迎水面与水平面的夹角。当迎水面有折坡时，若水面以下直立部分的高度等于或大于水深的一半，可近似地看作直立面，否则可取水面点与坡脚点的连线坡度近似地代替迎水面坡度。对于宽高比B/H。小于5的梯形或三角形河谷，按上式计算动水压力强度和总地震动水压力时可乘以折减系数C1。 C1=0.75+0.05B/H0。式中B为河谷在水面处的宽度。
表5 水深y处地震动水压力分布系数fy
| y/H0 | fy | y/H0 | fy |
|
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 |
0 0.43 0.58 0.68 0.74 0.76 |
0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 |
0.76 0.75 0.71 0.68 0.67 |
水深y处以上地震动水压力合力及其作用点位置
地震动土压力计算 在水平向地震作用下的总土压力(包括静土压力和动土压力)可按下式计算：
E′=(1±kHCzCetg∅)E
式中 “+”和“-”号分别对应于主动和被动土压力;Ce为地震动土压力系数， 按表6采用： ∅为土的内摩擦角; E为静土压力。
表6 地震动土压力系数Ce
|
φ Ce填坡土度 动压土力 |
21°～25° | 26°～30° | 31°～35° | 36°～40° | 41°～45° | |
| 主 动 |
0° 10° 20° 30° |
4.0 5.0 — — |
3.5 4.0 5.0 — |
3.0 3.5 4.0 — |
2.5 3.0 3.5 4.0 |
2.0 2.5 3.0 3.5 |
| 被 动 | 0°～20° | 3.0 | 2.5 | 2.0 | 1.5 | 1.0 |
注： 填土坡度在表列角度之间者， 可内插。
英文
earthquake loaddizhen hezai