水运工程抗震设计规范66.docx

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水运工程抗震设计规范66

水运工程抗震设计规范66

交基发[1998]216号

各省、自治区、直辖市交通厅〔局、委、办〕，部属及双重领导企事业单位：

由我部组织中交水运规划设计院和交通部第一航务工程勘察设计院等单位修订的«水运工程抗震设计规范»，业经审查，现批准为强制性行业标准，编号为JTJ225—98，自1999年6月1日起施行。

«水运工程不工建筑物抗震设计规范»〔JTJ201—87〕同时废止。

本规范的治理和出版组织工作由部基建治理司负责，具体说明工作由中交水运规划设计院负责。

中华人民共和国交通部

一九九八年四月二十日

修订说明〔条文说明〕

本规范依照交通部工技字〔1990〕326号文修订。

主编单位为中交水运规划设计院、交通部第一航务工程勘察设计院，参加单位为交通部第二航务工程勘察设计院、天津港湾工程研究所、天津大学、大连理工大学、河海大学和南京水利科学研究院等。

本规范编写吸取了近十年来国内外工程抗震体会和抗震科研成果，并参考了国内外抗震规范。

在编写过程中广泛征求了意见，经反复讨论修改而成。

为便于使用，正确明白得和把握规范的条文，在编写条文的同时，编写了条文说明。

本规范各章及附录的编写人员如下：

第1章刘杏忍

第2章邱驹、刘杏忍

第3章王正心、高超、刘杏忍、张美燕

第4章张美燕

第5章王正心、刘杏忍、邱景行、邱驹、

连竞、王云球、高超、吕江华

第6章张美燕、邱驹、连竞、王正心、

高超、王云球、邱景行、刘杏忍、

吕江华

附录A〔未修改〕

附录B〔未修改〕

附录C王云球

规范总校工作领导小组：

组长：

仉伯强

副组长：

姜明宝

成员：

杜廷瑞贺铮孙毓华刘杏忍

本规范总校组：

组长：

孙毓华刘杏忍

成员：

仉伯强姜海边杜廷瑞

王正心邱驹张放王小萍

本规范于1997年10月9日通过部审，1998年4月20日公布，1999年6月1日起实施。

前言

«水运工程抗震设计规范»为水运工程通用标准，是«水运工程水工建筑物抗震设计规范»（JTJ201—87）的修订本。

本次修订是在总结十多年抗震设计体会，进行结构原形观测、模型试验和抗震动力分析的基础上，借鉴国内外工程抗震的研究成果，对原规范作了补充和修改。

在结构抗震运算从单一安全系数法向以分项系数表达的极限状态设计法转轨的过程中，进行了可靠度分析和校准工作，使本规范安全可靠且便于操作。

修订后的新规范较充分地反映出我国在该领域的技术水平。

本规范的修订，要紧依据现行国家标准«港口工程结构可靠度设计统一标准»（GB50158）和现行行业标准«水运工程建设标准编写规定»（JTJ200）等。

本规范适用于设计烈度为6、7、8、9度的码头和船闸抗震设计；对防波堤和修造船建筑物等，可参照执行。

修订后的规范与原规范相比，结构抗震验算改为以分项系数表达的概率极限状态设计法。

对次生灾难严峻或专门重要的水运工程建筑物，将原规范设计烈度笼统提高一度的提法改为进行地震危险性分析。

增加了用剪切波速划分场地土类型的方法。

土层的液化判别由一步改为两步，修改了液化判别公式，原规范对液化土层一律不计其强度，新规范增加了部分利用土强度的运算方法。

设计反应谱由原规范的三条谱曲线改为四条，方便了使用。

修改后的地震土压力运算公式与港口工程其他规范运算公式得到了统一。

还增加了一些抗震设计的差不多要求和抗震措施等。

本规范共6章、4个附录及条文说明。

本规范由中交水运规划设计院负责说明。

在执行过程中请将发觉的问题和意见及时向负责单位反映，以便今后修订时参考。

本规范如有局部修订，其修订内容将在«水运工程标准与造价治理信息»上刊登。

1总那么

1.0.1为防止或减轻地震对水运工程建筑物的破坏，制定本规范。

1.0.2 本规范适用于设计烈度为6、7、8、9度的码头和船闸的抗震设计；关于防波堤和修造船建筑物等，可参照执行。

   当设计烈度为6度时，可不进行抗震运算，但建筑物应按本规范适当采取抗震构造措施。

   对抗震设计烈度高于9度的水运工程建筑物，其抗震设计应作专门的研究论证。

   一样临时性建筑物可不进行抗震设计。

1.0.3按本规范进行抗震设计的水运工程建筑物，应能抗击设计烈度的地震，如有局部损坏，经一样修理仍能连续使用。

1.0.4水运工程建筑物抗震设计，应采纳«中国地震烈度区划图〔1990〕»确定的差不多烈度为设计烈度。

对次生灾难严峻或专门重要的水运工程建筑物以及高烈度区，应作危险性分析，当需要采纳高于或低于差不多烈度作为设计烈度时，应经批准。

施工期可不考虑地震作用；船闸检修情形宜按设计烈度降低一度进行验算。

1.0.5按本规范进行抗震设计时，尚应符合国家现行有关强制性标准的要求。

条文说明

1.0.2本条规定了本规范的适用范畴。

在«水运工程抗震设计规范»编制和修订过程中，对码头、船闸等水运工程建筑物的震害进行了大量调查、动力特性实测、模型试验及震害验算等工作，有关条文适用于码头抗震设计。

船闸地震作用标准值按本规范运算，船闸抗震验算部分仍采纳«水运工程水工建筑物抗震设计规范»JTJ201-87。

对防波堤和船坞、船台、滑道等修造船水工建筑物，由于震害资料少，规范编制中未作专门研究，但这些建筑物的设计原那么和结构构造与码头、船闸有许多共同点，因此可依照具体情形参照执行。

本规范的适用范畴，除设计烈度7、8、9度地区外，还增加了6度区。

它表达了1986年全国抗震工作会议作出的关于6度区抗震的决策精神。

因为：

国内外地震预报工作尚处于进展时期及我国建国以来多次大震发生在预期的低烈度地区实际情形。

在6度地区采取抗震措施有利于提高结构抗震性能，而且增加投资有限。

因缺乏设计烈度为10度地区震害资料及抗震体会，因此规范规定对设计烈度高于9度的水运工程建筑物，其抗震设计应进行专门研究。

一样临时性建筑物，因使用期限短暂，故不进行抗震设防。

1.0.3按本规范进行抗震设计的水运工程建筑物，在遭遇设计烈度地震时，建筑物不损坏或稍有损坏。

假如要求建筑物震后完好无损，目前的工程抗震技术水平难以做到，且将会大大增加工程投资，是不经济不合理的。

1.0.4我国目前仍以差不多烈度作为抗震设计的差不多指标，«中国地震烈度区划图〔1990〕»所示烈度为在50年期限内，一样场地条件下，可能遭遇超越概率10%的烈度值，称之为差不多烈度。

水运工程建筑物一样采纳差不多烈度为设计烈度。

对进行过地震安全性评判或地震小区划工作的工程地区，也可按审批过的地震动参数进行设计。

对次生灾难严峻的或专门重要的水运工程建筑物，应对工程场地开展必要的危险性分析，按经审批后的地震烈度或地震动参数进行设计。

船闸大修依照实际体会是约十年一次，每次检修需40～50天，地震机遇较小，但大修情形往往是分离式闸室墙的操尽情形，必须进行抗震验算。

因此规范规定船闸检修情形，可按设计烈度降低一度进行验算。

2符号

A——墩或柱截面面积

B——运算方向墩身最大宽度

bi——第i土条的宽度

C——综合阻碍系数

cn——第n层粘性土的粘聚力

C1——圆柱和方柱的附加质量系数

C2——矩形墩的形状系数

D1——垂直于运算方向的墩截面边长

D2——平行于运算方向的墩截面边长

dov——场地覆盖层厚度

ds——饱和土标准贯入点深度

dw——地下水位深度

E——桩材料弹性模量

EH——运算面以上水平向地震主动土压力标准值

EV——运算面以上竖向地震主动土压力标准值

en1——作用在墙背上第n层土顶面处的单位面积上的土压力强度

en2——作用在墙背上第n层土底面处的单位面积上的土压力强度

f——沿运算面的摩擦系数设计值

fk——地基土静承载力标准值

ft——钢材强度设计值

G——永久作用标准值

g——重力加速度

H——质点系的总运算高度

Hi——质点i的运算高度

hi——第i土层的厚度

I——桩截面惯性矩

IN——土的抗液化指数

Kan——第n层土的主动土压力系数

KH——水平向地震系数

Kpn——第n层土的被动土压力系数

KV——竖向地震系数

LN——桩的平均运算受压长度

LM——桩的平均运算受弯长度

Mc——土中粘粒含量百分点数

mi——集中在质点i的质量

Ncr——液化判别标准锤击数临界值

N0——液化判别标准锤击数基准值

N63.5——未经杆长修正的饱和土标准贯入锤击数实测值

PD——地震动水压力合力标准值

PH——水平向地震惯性力标准值

PV——竖向地震惯性力标准值

PZ——作用在直墙式建筑物上Z深度范畴内的地震总动水压力标准值

pz——水面以下深度Z处的地震动水压力强度

Qik——第i个可变作用标准值

q——地面上的均布荷载标准值

RE——地基土抗震承载力设计值

RH——拉杆拉力水平分力的标准值

S——结构构件作用效应设计值

T——运算方向结构自振周期

T1——墩的第一自振周期

Vs——土层剪切波速

Vsm——土层加权平均剪切波速

Wi——第i土条的重力标准值

Wz——每米宽钢板桩的弹性抗击矩

x1〔i〕——第一振型质点i〔或第i分段重心处〕的相对水平位移

yi——第i土条重心至滑弧圆心的竖向距离

Z——运算点至水面的距离

γ0——结构重要性系数

γ1——第一振型参与系数

γEQ——综合分项系数

γEW——剩余水压力分项系数

γG——永久作用分项系数

γPD——地震动水压力分项系数

γPH——水平向地震惯性力分项系数

γPV——竖向地震惯性力分项系数

γQi——第i项可变作用分项系数

γRE——抗震调整系数

δn——第n层土与墙背间的摩擦角

εh——地震时粘性土负值运算深度系数

θ——运算地震土压力的地震角

η——动水压力折减系数

ηs——地基土抗震承载力设计值提高系数

ξ——运算岸坡稳固分布系数

ψ——地震时作用组合系数

3抗震设计的差不多要求

3.0.1水运工程建筑物的场地选择，应依照需要进行工程地质、水文地质和地震活动的调查研究和勘测工作，按照场地土、地质构造和地势地貌条件作综合评判。

宜选择对建筑物抗震相对有利的地段，躲开不利的地段，未经充分论证，不得在危险地段进行建设。

对抗震相对有利地段一样是指：

建设地区及其邻近无晚近期活动性断裂，地质构造相对稳固，同时地基为比较完整的岩体和密实土层，岸坡稳固条件较好。

对抗震不利地段一样是指：

建设地区及其邻近地质构造复杂，有晚近期活动性断裂，场地中有可液化土层或软土层分布，岸坡稳固条件较差。

对抗震危险地段一样是指：

建设地区地质构造复杂，有晚近期活动性断裂，有可能相伴强震产生地震断裂，地震时可能产生大滑坡、倒塌、地陷等，威逼建筑物安全而又难以处理者。

3.0.2当地基要紧持力层范畴有可液化土层、软土层或严峻不平均土层时，应考虑其对结构的不利阻碍，并应采取必要的措施。

3.0.3结构的平面和立面布置，宜规那么和对称，质量和刚度分布宜平均，尽量降低建筑物重心位置。

3.0.4抗震结构体系应符合以下要求。

3.0.4.1应具有明确的运算简图和简捷、合理的地震作用传递路线。

3.0.4.2结构构件及其连接应符合以下要求：

〔1〕钢筋混凝土构件应合理选择尺寸，配置钢筋，增加延性，幸免剪切先于弯曲破坏和钢筋锚固粘结先于构件破坏；

〔2〕结构各构件之间的连接节点，其承载力不应低于连接构件的承载力。

3.0.4.3能够有目的、合理地设置结构的薄弱部位。

3.0.4.4对建筑物端部或转角部位，应采取措施提高其抗震能力。

3.0.4.5宜增加结构的超静定次数。

3.0.5装配式结构应采取加强整体连接的措施。

3.0.6结构设计应考虑便于进行震后检修。

3.0.7施工时，对抗震设计中关键部位的要紧钢筋，不宜用比原设计延性差的钢筋代替。

条文说明

3.0.1近年来国内外发生的强烈地震，给一些水运工程建筑物造成了不同程度的破坏，其破坏程度与所在地区的地质构造活动性、场地及地势地貌紧密相关。

震后宏观考察发觉，场地选择十分重要。

选择在对抗震有利地段建设，当遭遇地震作用时，建筑物震害就轻。

3.0.2地基液化是导致建筑物震害的重要缘故之一，液化的程度越重，震害也越重。

国内外多次地震震害说明，震害地区一些码头破坏的要紧缘故之一是由于地基或岸坡中有部分土层发生液化所致。

当地基或岸坡中有软土层或严峻不平均土层时，地震时将加剧地基或岸坡的沉降、滑移，对水运工程建筑物的稳固阻碍极大，例如对高桩码头来说，它将加剧接岸结构的变形和破坏，增加对前方结构的推力，加重结构破坏。

因此抗震设计必须结合具体情形对可液化土层、软土层或严峻不平均土层采取必要的措施。

3.0.3国内外较多地震震害说明假设结构的平、立面布置不规那么、不对称，或其刚度和质量分布不平均的，其震害较平、立面布置规那么、对称，质量和刚度分布平均的更加严峻。

这是由于结构偏心引起扭转所致。

本条目的在于尽量幸免发生这种不利后果，降低重心位置，既能够减小地震作用，又能够减小倾覆力矩，增加建筑物的稳固性。

3.0.4抗震结构要求受力明确、传力路线合理、连续，使结构的抗震分析更符合地震时的实际情形，以提高结构的抗震性能。

结构及构件间的连接应具有必要的强度、良好的变形能力和耗能能力以有效地吸取地震产生的能量，减轻结构的损坏程度，防止结构因局部损坏或连接不良而导致整个结构失稳。

结构假设一旦发生震害，宜使其发生在非关键部位或易于修复的部位。

因此，能够有目的、合理地设置结构的薄弱部位，使破坏一旦发生，不致产生严峻后果，且易于修复。

增多结构体系的超静定次数，即增加冗余约束数，使地震时必须消耗更多能量以解除这些约束才能使结构失稳，如此就可提高结构的抗震能力。

3.0.5对装配式结构，应专门注意保持构件间有良好的连接以幸免由于连接薄弱而导致地震时结构的整体性遭受破坏。

通过保证构件连接处有足够的承载力来发挥各构件的承载力和变形能力，从而使整个结构具有良好的抗震能力。

3.0.6为使水运工程建筑物遭到地震破坏后，能早日投入运转。

设计时应考虑便于震后检修。

如高桩码头设检修孔，船闸止水在地震破坏后便于更换等。

3.0.7钢筋混凝土结构施工中，往往因缺少设计规定型号〔规格〕的钢筋而用其他钢筋代替。

现在应注意替代钢筋的延性不能低于原设计钢筋的延性，以保持原设计构件的变形能力。

4.1场地

4.1.1场地类别，应依照场地土类型和场地覆盖层厚度按表4.1.1划分为四类，当有充分依据时可适当调整。

4.1.2场地土类型，宜依照地面以下15m范畴或厚度小于15m的场地覆盖层范畴内各土层的剪切波速，按表4.1.2划分。

4.1.3当无实测剪切波速时，可按表4.1.3划分土的类型，并按以下原那么确定场地土类型：

当为单一土层时，土的类型即为场地土类型；当为多层土时，场地土类型可依照地面下15m且不深于场地覆盖层厚度范畴内各土层类型和厚度综合评定。

4.1.4场地覆盖层厚度应按地面至剪切波速大于500m/s的土层或坚硬土顶面的距离确定。

条文说明

4.1.1场地类别是场地条件的表征，是反应谱曲线的要紧参数。

依照国内外震害资料和层状土理论分析结果，并参照了国家标准«建筑抗震设计规范»〔GBJ11-89〕，修改了原规范仅考虑表层土软硬的单因素划分法，规定建筑场地类别的划分，要紧由覆盖层厚度和土质岩性两种因素来确定。

4.1.2场地土类型是表层土软硬程度的表征。

场地土类型的划分方法是依照土的剪切波速或岩土状态确定的。

由于土的剪切波速是通过现场实测得到的，判定精度较高，人为因素阻碍较小，因此本次修订提出了剪切波速的要求。

4.1.3当无条件实测剪切波速；也无法收集到邻近地点实测数据时，可依照土的类型估量各层近似的剪切波速值。

对中硬、中软和脆弱土，分别取相应场地平均剪切波速范畴的中间值，并按土层厚度加权平均，得到近似的平均剪切波速，再按条文中的第4.1.2条进行划分。

4.2可液化土地基

4.2.1当设计烈度为7～9度时，应对饱和土进行液化判别和相应的地基处理；当设计烈度为6度时，可不进行液化判别，但对液化敏锐的码头、船闸结构，可按7度考虑。

4.2.2地面以下20m内，存在饱和砂土或粉土层时，应第一按第4.2.3条进行是否液化的初步判别，对初步判别为可液化的土层，应按第4.2.4条作进一步判别。

当有条件时，尚可采纳其他判别方法。

4.2.3对饱和砂土或粉土层，当符合以下条件之一时，可初步判别为不液化：

〔1〕地质年代为第四纪晚更新世〔Q3〕及其往常时；

〔2〕当采纳六偏磷酸钠作为分散剂的测定方法测得的粉土，其粘粒〔粒径小于0.005mm的颗粒〕含量的百分点数，7度、8度和9度分别不小于10、13和16时。

4.2.4采纳标准贯入试验判别法进行地基土的液化判别时，符合式〔4.2.4-1〕，应判定为液化土。

N63.5＜Ncr〔4.2.4-1〕

式中N63.5——未经杆长修正的饱和土标准贯入锤击数实测值；

Ncr——液化判别标准锤击数临界值。

Ncr可按下式运算：

〔4.2.4-2〕

式中N0——液化判别标准锤击数基准值，烈度7度时为6，8度时为10，9度时为16；

ds——饱和土标准贯入点深度〔m〕；

dw——地下水位深度〔m〕；

Mc——粘粒含量百分点数，当小于3或为砂土时，均应取3。

建筑物建成后和建筑前的地面高程和地下水位有较大变化时，式〔4.2.4-2〕中各项应采纳建成后的相应值，且标准贯入击数可按下式修正：

〔4.2.4-3〕

式中N63.5′——建筑物建成后的饱和土标准贯入锤击数修正值；

——建筑物建成后的饱和土标准贯入点深度〔m〕；

——建筑物建成后的地下水位深度〔m〕。

4.2.5地基内有液化土层时，可不计该层土的强度，当有体会或经论证可利用该层土的部分强度时，可依照抗液化指数对液化土层的桩侧摩阻力、内摩擦角等力学指标进行折减。

其折减系数α可按表4.2.5采纳。

抗液化指数可按下式运算：

〔4.2.5〕

式中IN——抗液化指数。

条文说明

4.2.1设计裂度为6度地区一样不考虑液化阻碍，并非6度区不可能发生液化，只因过去的地震调查尚未发生液化震害，体会不多，提不出判别指标。

为安全计，关于液化敏锐的码头、船闸，可按设计烈度为7度考虑。

4.2.2～4.2.4土的液化判别为两步，第一步为初判，当判别为液化土时再进行第二步判别，节约了勘察工作量。

液化的宏观调查说明，晚更新世的沉积砂层从未发觉液化现象，认为该层不仅密度大而且具有牢固的结构，故作为不液化土层。

室内试验说明，土的抗液化程度是随粘粒含量的增加而提高的。

大量地震区粉砂土液化实例的现场勘测资料发觉，当粘粒含量达到一定数值后，就专门少发觉液化。

本次修订后，判别公式引入粘粒含量一项，扩大了公式的使用范畴。

修订中对285例粉土的液化及非液化资料和267例砂土的液化与非液化资料进行验算比较后，确定了本规范的液化判别公式。

采纳该公式其液化与非液化判别的成功率，分别为88.1%和88.0%。

水运工程建筑物中有专门多需要将基础作得专门深，经对有关资料的分析、论证，本规范液化判别验算深度定为20m。

4.2.5关于液化土层的强度问题，原规范未作明确说明。

本规范修订后，原那么上假定该土层已达到全部液化，其强度、摩擦力和桩端承载力为零，但当实际N63.5值与临界Ncr值比较接近时，在许多情形下，上述假定可能与实际的液化程度不相符，土层并不一定完全液化。

因此将所有液化土层的强度视为零，可能会使建设费用增加专门多。

日本的岩崎敏男等人对地震时液化地基土力学指标的折减问题进行了研究，并在1980年日本的«公路桥抗震设计规范»中作出了规定，自此，日本的其它许多规范均引用«公路桥抗震设计规范»中的有关液化问题的规定。

我国的«铁路工程抗震设计规范»参考了日本«公路桥抗震设计规范»中的液化土的土质参数折减方法。

由于试验条件及经费等多方面因素，对这一地震作用下的力学指标折减问题还缺乏试验资料和实践体会。

因此本规范参考了日本«公路桥抗震设计规范»及我国«铁路工程抗震设计规范»，并引用了273例不同烈度区的场地液化砂土和粉土的实例，用«铁路工程抗震设计规范»和本规范分别运算标贯比，结果说明：

关于粉土，本规范所采纳的折减系数偏于安全；关于砂土，有一部分折减系数应为0.33的土层，本规范采纳0.66，其误差为5%。

因此认为，本规范所采纳的液化土层力学指标的折减方法是可行的，可降低工程造价。

设计者能够依照建筑物的重要程度及土层的液化情形综合考虑确定折减系数。

4.3地基承载力和岸坡稳固

4.3.1在水运工程建筑物地基的抗震验算中，关于液化土层以下的土层，当按现行行业标准«港口工程地基规范»〔JTJ250〕采纳固结快剪强度指标运算地基承载力时，抗力分项系数可降低至正常情形下的75%；当采纳查表法时，地基土的抗震承载力设计值可按式〔4.3.1〕予以提高。

液化土层以上的土层承载力设计值不应修正。

RE＝ηsR〔4.3.1〕

式中RE——地基土抗震承载力设计值〔kPa〕；

R——经基础宽度和埋深修正后的地基土静承载力设计值〔kPa〕；

ηs——地基土抗震承载力设计值提高系数，按表4.3.1采纳。

地震时桩的垂直承载力抗力分项系数：

在一样粘性土和砂土中，可降为正常情形下的80%；在软土和非液化状态的松砂中不宜降低。

4.3.2对地震作用下的岸坡整体稳固验算，当采纳圆弧滑动面法〔见图4.3.2〕验算时，应满足以下公式的要求：

（4.3.2-1）

PHi=CKHξi（qibi+Wsi）（4.3.2-2）

式中γs——综合分项系数，取1.0；

Wi——第i土条的重力标准值〔kN/m〕，水下用浮重度，计入渗透力时，对浸润线以下，设计低水位以上，改用饱和重度运算滑动力矩；

qi——第i土条顶面上的荷载，在坡顶上的堆货荷载按第5.1.2条确定〔kN/m2〕；

bi——第i土条的宽度〔m〕；

αi——第i土条弧线中点切线与水平线的夹角〔°〕；

PHi——第i土条的水平向地震惯性力标准值〔kN/m〕；

yi——第i土条重心至滑弧圆心的竖向距离〔m〕；

R——滑弧半径〔m〕；

ΣM——由其它因素产生的滑动力矩〔kN·m/m〕；

ηR——抗力分项系数，取1.0；

ci——第i土条滑动面上土的粘聚力标准值〔kPa〕；

φi——第i土条滑动面上土的内摩擦角〔°〕；

C——综合阻碍系数，取0.25；

KH——水平向地震系数，按表5.1.4采纳；

ξi——分布系数，坡顶处取4/3，坡底及其以下取2/3并沿高度直线分布；运算整坡稳固时，其值为1；运算局部稳固时，可取该局部高度的平均值；

Wsi——第i土条的重力标准值〔kN/m〕，水下用饱和重度。

验算时，原那么上应通过动力试验测定土体在地震作用下