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长山大桥地震安全性评价

  摘要:本文通过对拟建长山大桥区域、近场区地震地质的研究,开展相应的地震危险性分析,给出长山大桥的设计参数,为大桥的安全建设提供合理、可靠的地震动参数。

  关键词:特大桥,地震安全性评价,设计地震动参数

  0 前言

  为完善大连长海县大长山岛与小长山岛的公路网,充分发挥公路网的规模效益,为构建长海县和谐的交通环境和构筑长海经济核心区,大连市拟在大长山岛与小长山岛之间修建长山大桥。大桥横跨黄海,大桥北起于大长山岛金盆港附近,南岸为小长山岛的西沟港附近。长山大桥采用12×50(T形梁)+(145+280+145)(异型塔斜拉桥)+12×50m(T形梁)。其中280m为通航孔,145m的次边跨也可辅助通航,主桥总长570m。主桥全宽36.0m,主梁采用双边箱钢混凝土结合梁,索塔采用花瓶型混凝土索塔,塔高149.5m。大桥设计双向四车道,并配有人行步道,总宽度为20米,设计速度60km/h。

  大、小长山岛距离最近的大陆30余公里,海岛及周围断裂密布,地质环境f非常复杂,在全国地震动参数区划图上本地区属于空白地区,这些因素严重影响着大桥的安全,是大桥建设急待解决的问题。

  1.长山大桥地震环境

  历史上大、小长山岛附近25公里近场区范围内没有记录到破坏性地震发生,距离最近的破坏性地震分别为1861年普兰店6.0级地震和1905年北黄海5.0级地震,这两次地震距离场地约50公里。据统计,自公元495年至今,场地周围150公里区域范围内共有Ms≥4.7级以上破坏性地震52次(图1),其中7.0级以上地震2次,6.0-6.9级地震5次,5.0-5.9级地震27次,最大地震为1975年海城7.3级地震。在近场区范围内共记录到ML≥1.8级地震近70次,最大地震为1993年里长山海峡ML3.9级地震。在已发生的地震事件中,1975年海城7.3级地震对场地影响最大,曾在场址产生Ⅵ度影响,而1861年普兰店6.0级地震等4次地震对场址可产生Ⅴ度影响(表1)。

  研究表明,场地受区域中、强地震影响较大,地震影响主要来自于远处的大震。经对有关地震区带内地震活动的时间分布特征分析可知,未来百年内在场地周围发生7级以上地震的可能性不大,最大可能震级以5-6级地震为主。

  2. 长山大桥地质环境

  场地位于中朝准地台的北黄海断陷北部,区域地球物理场比较复杂,断裂发育。按断裂走向可分为近EW向,NE-NNE向、NW向和近SN向4组,其中以NE-NNE向断裂最为发育,的最新活动断裂为全新世的海城河断裂。据统计,区域内规模较大的活动断裂是郯庐断裂、金州断裂、海城河断裂、胶东半岛北缘断裂等。区域上郯庐带渤中坳陷段、胶东半岛北缘断裂和海城河断裂,具备发生7级以上地震的构造条件,郯庐带辽东湾段、金州断裂瓦房店—普兰店段和鸭绿江断裂海域段分别具备6级以上地震的地质构造条件。

  近场区处在长海凸起和城子坦断块的交界地带,新构造运动以上升运动为主,在海陆交界处附近形成了差异升降运动的交替带,断块运动比较强烈。近场区地质构造条件复杂,断裂构造发育,其中区域上的普兰店—长海NW向构造带延入了近场区和桥址附近地区。由于本地区海域地质资料很少,本项工作开展了现场地质调查工作。调查结果表明,普兰店—长海NW向构造带展布于在普兰店—长海地区,由多条小型的分支断裂组成,如岚崮山断裂、曲屯断裂、小宋屯断裂和大、小长山岛、广鹿岛的NW向断裂等,这些断裂在平面展布上连续性较差,断续分布,形成近平行状或斜列状的排列特点。该构造带地震活动水平仅次于海城河NW向构造带。而长山岛及附近其它断裂活动年代较早,均为前第四纪断裂。总的看来,近场区存在发生中强地震的地震构造条件。

  3. 长山大桥地震动参数

  在当代大型桥梁的设计中,动力分析越来越引起人们的重视,大型桥梁动力分析主要包括抗地震分析和抗风动振动分析。在抗地震分析中,以往简单的地震动设计参数早已不能满足当今大型桥梁的设计需要。设计者不仅需要50年不同超越概率的信息,还需要如100年的各概率的情况;不仅要了解不同深度处水平方向的地震动的信息,还需要相应的竖直方面的参数信息。

  3.1 潜在震源划分

  潜在震源划分,是进行场地地震危险性评价的基础。在以往的中国地震动参数区划,对本地区海域研究的较少,在长山岛附近没有划分潜在震源区。通过本次工作研究,在普兰店与长山岛之间划分一个5.5级潜在震源区。该潜在震源区位于郯庐地震带北段,北西向构造带长度超过50公里。该构造带切割了远古宇、侏罗白垩系等地层,由多条小型的分支断裂组成,断续分布,近平行状或斜列状排列,并发育有断层泥,控制了第四纪盆地的发育,切割了NE向和NEE向断裂。沿构造带发生过1861年普兰店东6级地震,现代微震活动较多,且小震呈条带状密集分布。

  根据本次工作,在大桥场址附近划分出20余个潜在震源区,场地位于长海5.5级潜在震源内。

  3.2 场地基岩峰值加速度

  根据地震危险性概率分析计算原理,利用中国东部地区长周期水平向基岩地震加速度峰值和反应谱衰减关系,采用中国地震局推荐的“考虑地震活动时、空不均匀性的地震危险性分析计算软件包”,计算场区的地震危险性。

  经过地震危险性分析计算,场地不同年限、不同超越概率的基岩水平加速度值见表2、图2。
 

  3.3设计地震动参数

  地质勘查及现场陆域、海域的物探结果表明,桥位区内地貌相对简单,在桥位区陆域及海域局部有礁石地貌,其它主要为出露的基岩,整个场地为一类场地。场地不会发生震陷、边坡失稳、地震地表破裂等地震地质灾害。

  工程场地设计地震动反应谱参照“GB50011-2001《建筑抗震设计规范》”和“GB50111-2006《铁路工程抗震设计规范》(2009年版)”中关于桥梁抗震设计的规定,采用下述式作为设计反应谱的一般形式:

  采用上面的公式分别对工程场地不同超越概率的计算地震动加速度结果进行拟合,由于场地为一类场地,不同深度处的地震动参数均可用基岩的来表示;而竖向地震动参数则根据相应规范,结合场地周围的地震情况,取水平向设计地震动峰值的2/3,最后得到的水平向及竖向设计反应谱特征参数见表3。

  4.结语

  本文通过上述具体实例的分析说明,对特大型桥梁的抗震设计,应根据桥梁所处的具体场地周围的地震、地质环境,结合桥梁的设计特点,通过理论计算分析,从地震危险性分析着手,采用合理的潜在震源方案,给出适合于本桥址的各种地震动信息,为特大型桥梁的抗震设计提供基本地震动参数。随着科学技术的飞跃发展,特大型桥梁抗震设计研究也将日趋完善。合适的设计地震动参数,将为特大型桥梁的抗震安全提供基本保障。

  参考文献

  1 中华人民共和国国家标准,2001,GB50011-2001《建筑抗震设计规范》,北京,中国标准出版社。

  2 中华人民共和国国家标准,2006,GB50111-2006《铁路工程抗震设计规范》(2009年版),北京,中国标准出版社。

  3 中华人民共和国国家标准,2001,中国地震动参数区划图(GB18306-2001),北京,中国标准出版社。

  4 中华人民共和国国家标准,2004,GB17741-2004《工程场地地震安全性评价》,北京,中国标准出版社。

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