港口结构抗震设计探究

【摘要】参照我国和美国港口结构抗震设计标准并结合当前我国港口结构抗震设计现状。分析港口不同级别水工建筑物各自不同的抗震设防标准，并以高桩码头为例具体探讨港口结构的抗震设计。

【关键字】港口结构；抗震；设计

地震的发生是不可控制且无法预测的，它的破坏性极强，往往使得建筑物严重受损或塌陷，带来重大的生命财产损失。如何减少地震对建筑物的破坏一直是建筑类工程结构设计的重点和难点。港口码头是水上交通枢纽，它在国家经济的发展中有着举足轻重的地位，一旦港口码头的主要基础建筑被地震所破坏，那么将会极大的影响到人民的生活，同时也会使对外贸易受到极大的损失，经济的发展也会遭到重创。例如因1995年的阪神地震，神户码头的主要建筑物被重创，带来了超过百亿美元的直接经济损失，并因影响商业运输，带来了很大的间接损失，2000年后神户码头也没有恢复原来的发展水平，而周边码头货物吞吐量却都有了长足的发展。近年我国并没有发生过沿海地区的高震级地震，但是我们必须清楚的认识到，地震的发生具有不可预测性，并且我国是多地震带国家，在进行大型工程结构设计时对地震的防备必须要有清醒的认识和相应的针对性措施。1976年的唐山大地震、2008年的汶川大地震都超过了当前的针对地震的设防标准，并且有资料先睡进入21世纪后全球进入地震活跃期已经发生多起高等级地震。当前我国的对外贸易量巨大且主要通过港口运输，一旦出现沿海地区港口被地震损毁的事情损失将会非常巨大。所以我们一定要做好港口结构的抗震设计，防范因地震带来的巨大损失。

1、港口结构抗震设计存在的问题

当前国内外对于房建、道路、桥梁等结构的抗震研究已经基本形成了相对完整的体系，尤其在唐山大地震后，针对抗震设计的研究更是取得了长足的进步，但是在港口码头的抗震结构设计方面还有很大欠缺，主要是因为在港口结构抗震设计方面的重视程度不够、投入不足。我国JTJ 225-1998《水运工程抗震设计规范》中的规定主要是基于1976年唐山大地震后的调研结论，概念上和方法上与当今建筑物抗震设计理念有很大脱节。同时因为港口结构抗震设计的规定大部分是依照房建和水利工程水工建筑物的抗震研究结果，但港口结构水工建筑物与房建和水利工程水工建筑物在地震破坏使的破坏原因基本不相同。港口码头的结构有其自身的特点，因此在地震时的破坏机理也不同于其他建筑物：重力式码头和板桩码头地震时主要因为其内部有回填砂易发生液化破坏，重力式码头因其地基承载力不足地震时容易发生变形破坏。总体来看，港口结构抗震设计必须要充分考虑到地震发生时港口结构本身被破坏和港口地基变形导致港口结构被破坏。同时因为技术的进步和水运事业的高速发展、船舶大型化趋势增强，港口码头的建筑物规模也逐步向大型化、综合化发展，这也对港口结构抗震设计提出了新的挑战。这也证明我们探究港口结构抗震设计具有极大的现实意义。

2、国内外港口结构抗震设计规范

2.1国内

在1978年之前的港口结构设计中基本不考虑抗震设计，因为唐山大地震使得天津地区的码头、船闸等遭受了很大程度的破坏，经过总结经验教训我国由交通部组织编写了《水运工程水工建筑物抗震鉴定标准》，1977年4月审查定稿。之后又重新制定《水运工程水工建筑物抗震设计规范》，并在1987年制定了《港口工程技术规范》，在90年代有总结经验，吸收先进的科研成果重新修订了新的港口结构抗震设计规范也就是现在依然在实施的JTJ 225-1998《水运工程抗震设计规范》。

2.2美国

美国的港口结构抗震设计也没有统一的抗震设计标准，虽然美国的港口系统已经相对比较成熟。大部分州按《国际建筑规范》（IBC）进行抗震设计，但是美国海军、加利福尼亚州、西部海岸主要港口均有自己的抗震设计标准。因各地标准不统一，较为散乱且港口对国家的重要性，2005年，美国土木工程师学会规范及标准委员会（CSC）与海岸、海洋、港口和河流研究会（CO-PRI）共同成立了标准委员会，该委员会为港口结构抗震设计制定标准。

3、港口结构抗震设防

为了减少地震带来的破坏，对建筑物的必要抗震设计和防震改造措施使得建筑物可以抵抗一定程度的地震破坏统称为抗震设防。目前国内外对抗震设防均有相应的设防原则，只要是针对以下内容：1）降低地震时人员伤亡；2）降低财产损失程度；3）地震破坏后有相应的修复措施；4）工程不会在地震发生时产生次生灾害；5）地震后仍要保证工程设施可以安全运行。确立抗震设防的原则后，对港口结构进行抗震设计还需要综合考虑设防目标和设防标准。按照不同的经济发展水平、地震破坏后的后果、施工技术水平综合评判港口结构的抗震设防标准。港口的水工建筑物则需要根据它们的不同用途、作用、破坏后果、损失影响等因素制定不同的设防标准。地震发生具有较大的偶然性，地震等级超越抗震设防要求基本无法避免，针对这个问题现在采用多重设防标准，针对港口结构的不同重要性和不同类别的港口码头设置不同的抗震设防标准。

4、高桩码头结构抗震设计

高桩码头平面布置的规则性与不规则性直接影响抗震性能，不规则性分为平面不规则性和竖向不规则性。如果码头平面上不规则，质量中心与刚度中心不重合，在地震作用下，码头会发生扭转，使结构受力复杂，容易引起结构破坏。竖向不规则出现在码头下土剖面竖向有突然变化的情况。同时高桩码头属于柔性结构，将高桩码头设计为具有一定变形能力和延性的结构，使其“以柔克刚”，对于抗震非常重要。

5、结论

地震的发生偶然性强、破坏性大，一定要做好港口结构的抗震设计，才能在地震发生时将损失降到最低。对港口结构抗震设计需要按照相应的规范处理合理制定设防标准科学合理的进行港口结构抗震设计。

参考文献：

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[3] 贡金鑫， 吴澎. 港口结构抗震设计方法国内外对比分析[R]. 北京： 《水运工程建筑物抗震规范》修订组，2009.

[4] 约瑟夫・E・波勒斯[美].基础工程分析与设计[M]. 5版.童小东， 译. 北京： 中国建筑工业出版社， 2004： 146-155.

作者简介 ：邱炳谦，男，汉族（1993.10.14-）， 山东省德州市人，河海大学2012级本科生，水文水资源学院水务工程专业，邮编210000 。