SL 486-2011 水工建筑物强震动安全监测技术规范

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标准编号:SL 486-2011
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标准类别:水利标准
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SL 486-2011 水工建筑物强震动安全监测技术规范

7.0.1地面加速度记录大于0.002g时,,应及时读取各个通道 最大加速度值,并复制备份原始数据。 7.0.2·场地加速度峰值大于等于0.025g时,应及时填写监测 记录报告单,并报告上级主管单位。监测记录报告单的内容应包 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。强震动安全监测记录报告单格式见附 录D。 7.0.3对混凝土建筑物可按基础最大加速度0.05g作为安全监 测的警示值,对土工建筑物可按基础最大加速度0.025g作为安 全监测的警示值。 7.0.4根据强震动安全监测台阵各个测点的记录和设计的抗御 最大加速度值,应及时结合其他安全监测资料和震害调查,对水 工建筑物进行安全评估。 7.0.5场地峰值加速度记录大于0.025g时,应及时对加速度 记录进行常规处理分析,包括以下内容: 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。 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。 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。 4傅里叶谱:对校正加速度记录计算博里叶谱。 7.0.6在对加速度记录进行常规处理分析的基础上,应提出加 速度水平向最大峰值、垂直向最大峰值、地震动持续时间、地震 卓越周期、地震烈度、结构的动力放大系数和结构自振周期等重 要数据。

8.0.1当发生有感地震或地基记录的峰值加速度大于0.025g 时,应及时对水工建筑物进行震害检查。 8.0.2震害检查应包含下列内容: 1建筑物震害:纵向裂缝、横向裂缝、水平裂缝、伸缩缝 错位、坝体滑坡、沉陷、位移、坝体渗漏、倒塌、溃决等。 2地基震害:喷水冒砂、不均匀沉陷、地裂缝、地震断层、 地基渗漏等。 3边坡震害:弧形裂缝、滑坡、扇塌、泥石流、堰塞湖等。 8.0.3震害检查应进行详细的现场记录,填写震害检查表,绘 制震害略图,进行现场拍照和录像。 8.0.4应结合强震动监测记录和其他的安全监测资料进行震害 分析,提出震害处理措施

附录A建台报告格式和要求

附录B试运行报告格式和要求

B.0.1试运行基本情况:试运行开始、结束时间GB 1886.184-2016 食品安全国家标准 食品添加剂 苯甲酸钠,故障及处 理,设备及参数调整说明。试运行负责人及参加人员。 B.0.2基本运行环境:温度、湿度、电源系统、避雷系统。 B.0.3系统设备状况:设备及软件名称、型号、数量。 B.0.4系统技术指标:台阵监控、数据传输处理和存储能力。 B.0.5原始监测数据与强需动加速度记录处理分析结果

附录C强震动加速度仪检测表

表C温震动加速度仪检测表

附录D·强震动安全监测记录报告单

表D强燃动安金监测记量报告单

标准用词 在特殊情况下的等效表述 要求严格程度 应 有必要、要求、要、只有才允许 不应 不允许、不许可、不要 要求 宜 推荐、建议 不宜 不推荐、不建议 推荐 可 允许、许可、准许 不必 不需要不要求 允许

中华人民共和国水利行业标准 水工建筑物强震动安全监测技术规范 SL 4862011 条文说明

25 监测台阵布置 28 监测系统组成与技术要求.. 30 监测系统的检测、安装与验收· 监测系统的运行管理与维护 37 加速度记录的处理分析 39 震害检查

台阵。因监测仪器故障正在检修而将主震漏记。致使震谅世界的 文川特大地震,水工建筑物上没有个记录。若按照本条第1款 要求的“设计烈度为7度及以上的1级大坝、8度及以上的2级 大坝,应设置结构反应台阵”,并在仪器检修时,先换上备用仪 器,以避免漏记,就有可能取得大坝的强震动安全监测台阵记 录,以更科学地及时评价大坝安全,:及时启动预案,避免次生水 灾的发生,并对水工抗震科学的发展起到巨大的推动作用。 水工建筑物强震动安全监测规范的实施,可以逐步改变“我 国是多地震的国家,又是缺少强震动记录的国家”的落后状态。 我国水工建筑物强震动安全监测迄今40多年只建成30多个台 阵,其中约有一半因老化而不能继续工作。而1级、2级大型水 工建筑物近400座,3级中型水工建筑物2000余座多未建台, 因此,许多次强震动都漏记,仅有9个台阵取得加速度记录,但 地基强震动最大加速度均小于0.1g。据不完全统计,美国有强 震动监测加速度仪6000余台,日本有强震动监测加速度仪3000 余台。美国、日本等国不仅已建成了全国强震动安全监测台网, 还布设了各类强震密集监测台阵。美国已取得大于0.1g强震动 加速度记录数千条;日本在阪神大地震时,有近百台仪器均同时 取得地震加速度记录,促进了地震工程学和工程抗震事业的发 展。我国抗震设计地震动参数,目前主要是借鉴美国的,美国建 筑场地的地质条件与我国建筑场地的地质条件不可能完全相同, 只有完成我国自已的水工建筑物强震动安全监测台网建设,才能 尽快地、不断地取得我国自己的强震动加速度记录。 1.0.6、监测物理量主要应记录地震动加速度。这是因为当前阶 段抗震设计采用的地震动参数是加速度。加速度时程通过一、二 次积分可得到速度和位移时程。由于深入抗震研究的需要,对于 1级高土石坝可增加监测动孔隙水压力,对于1级高混凝土坝可 增加监测动水压力、动应变等其他物理量。 1.0.8本标准中的部分术语和定义引自《防震减灾术语 部分》(GB/T18207.1一2005)。水利水电工程等级划分,引自

《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—2000)。管理中 心房屋建筑应符合《建筑抗震设计规范》:(GB50011一2010)的 抗震设计要求。水工建筑物抗震设计方法,引自《水工建筑物抗 震设计规范》(SL203一97)。数字强震动加速度仪的技术指标和 检测方法引自《数字强需动加速度仪》(DB/T10—2001)。

3.0.5本条规定了结构反应台阵测点布置要求。测点的布置是 依据水工建筑物的动力特性以及地震反应而作出的,测点布置的 部位一般都是水工建筑物各阶振型的最大值、地震反应较大以及 重要的动力特征部位。河谷自由场主要是反应地震动输入参数的 情况。 一般情况下,土石坝、混凝土重力坝在抗震设计中主要针对 坝断面、单坝段,并以顺河流方向的水平向地震作用为主。两岸 陡坡上的重力坝段,一般考虑垂直河流方向的水平作用。因此传 感器测量方向应以水平顺河向为主。国内外普遍用材料力学悬臂 梁法来计算重力坝坝段的静动应力并设计坝的断面,并在长期工 程实践中积累了丰富经验,对于工程抗震设防类别为甲类,或结 构复杂或地基条件复杂的重力坝,同时规定采用有限元法进行补 充分析,抗震分析表明:重力坝坝项、坝坡的变坡部位或2/3坝填 高附近、坝基则是该坝型地震反应较大和动力特征部位。由于溢 流坝段和非溢流坝段结构存在很大差异,因此各选一个最高坝段 或地质条件较为复杂的坝段进行布置。 近年来,我国进行了大量高拱坝抗震研究并已取得显著进 展。在将坝体及其地基作为个体系的前提下,充分考虑了坝 体、地基和库水的动力相互作用,坝体横缝在强震时开合的非线 性接触影用,沿河谷坝基各点地震动相位和幅值差异导致的非均 匀输人、坝体体系振动能量向远域无限地基逸散的辐射阻尼,以 及邻近坝基的近域地基中各类不同岩性及地质构造差异及其材料 非线性特性的影响等因素。研发了将坝体、地基和库水作为一个 体系,能同时反映上述诸因素的,更切近实际的有限单元模型, 及多种非线性交叉的动态分析方法和程序。目前已有的拱坝抗震 研究表明:混整土拱坝拱冠梁顶部是对称振型的最大处,1/4坝

页拱圈是反对称振型的最大处,拱虚稳定十分重要和复杂,它不 担受坝址地形、地质条件的影响,而且在地震时作用在滑动岩块 上的拱端推力,其大小和方向都随时间变化,滑动体的滑动模式 也非固定,岩体的物理力学参数与其静态值也有区别。另一方 面,至今有缝隙岩体材料的动态试验资料太少,成果又都很离 。拱坝岸坡的地震动态放大效应,尚缺乏实测资料的充分验 证。因此强震动监测测点重点从拱冠梁坝顶到坝基布置,在1/4 拱圈处、坝肩处沿顶拱布置,拱座沿不同高度处布置。考虑到拱 坝为空间结构,传感器测量方向布成水平径向、水平切向和竖向 三分量,次要测点传感器可简化成水平径量。 土石坝反应台阵测点,有条件时一般布设深孔测点。这是考 虑到坝基深孔测点对于研究地震动输人机制,深厚覆盖层的动力 大效应有重要意义。 进水塔、垂直升船机、闸墩、闸顶机架和其他两个主轴方向 刚度接近,考虑结构的两个主轴方向的水平地震作用。

4.0.1规定了监测系统由加速度传感器、加速度记录器、传输 线路和计算机四部分组成,监测系统框图参见图1强震动监测系 统框图。 4:0.2监测系统一般采取集中记录式布置,见图2。将加速度 记录器集中,主要优点有2个:一是便于记录器连机运行,可采 用同一时标,能够更精确地判断同一时刻的地震动相位;二是便 于管理和检查。对于建筑物太长,传输电缆太长时,可采取分散 记录式布置,见图3。由于电缆太长,电缆的电阻值加大,必将 削弱向加速度记录器供直流电的电流和电缆传输的信号,根据以 往经验,电缆长度以不超过500m为宜。 4.0.3、4.0.4提出了对加速度传感器、加速度记录器的主要技 术指标要求。提出的依据是从我国水工建筑物强囊动安全监测自 动化的要求出发,又考虑到我国目前强震动加速度仪的生产水 平。我国已发布地震行业标准《数字强震动加速度仪》(DB/T 10一2001),适用于设计、生产和质量监督,明确规定厂检验方 法,本标准加以引用。但对于9度及其以上高烈度区的高拱坝, 其坝顶的最大加速度反应经计算超过2g时,应选择量程更大的 加速度仪。 4.0.10、4.0.11对监测台站和监测管理中心的建设分别提出了 主要技术要求。台站的抗震措施要与所监测的建筑物抗震标准相 协调,以免强震造成建筑物或设备倒增砸毁监测系统的仪器设 备,从而失撑强震动加速度记录。

5监测系统的检测、安装与验收

5.1强震动加速度仪的检验

5.1.1规定强震动加速度仪,应在有相应检测资质的实验室超 低频标准振动台上进行整机标定。这是由于仪器各通道虽然标有 统一的灵敏度额定值,但在仪器选择元器件和生产过程的差异, 各仪器灵敏度是不同的。必须以整机标定的结果为准。在标准振 动台上进行整机标定的方框图见图4

整机标定通常包括三方面内容: (1)输入一输出特性(简称线性特性)。标定方法是将被测 加速度仪固定在振动台台面中心,其灵敏轴应与振动方向平行。 在一定的频率下,逐次改变振动输人量,测出相应的仪器输出 量。见图5

将全部振动输人量和相应的仪器输出量代人直线方程后,求 解方程组,即可将标定所取得的全部资料用最小二乘法拟合成。

式中4。(截距)一一仪器系统测量误差; 41(斜率)—测试仪器的增量,即灵敏度。 (2)幅度一额率特性(简称幅频特性)。标定方法是在振动 台上给定一个振动幅值,并逐次改变振动频率,用显示器读出仪 器在各个频率时的输出量的幅值,取其输出量与输人量的幅值 比,即

图?相位一暴率等性图

据准确的重要步骤。 5.3监测系统的检查、设置和调试 5.3.1~5.3.4强震动加速度仪安装后,对监测系统进行参数设 置和调试,确认各通道的极性和加速度传感器的零位,检查的内 容和顺序是:设置仪器参数、设定通道极性、测试背景噪声、标 定记录、人工触发试验、GPS同步检测、双向通信遥测试验, 这是确认监测系统是否正常运行的重要步骤。 5.3.5规定了安全监测系统运行正常后,进行场地脉动和水工 建筑物的脉动反应测试,对测试记录进行计算分析,以便选择和 确定强震动加速度仪的触发方式和值,并确定场地的卓越周期 和水工建筑物的自振周期。通过将历年记录进行对比分析,可依 据水工建筑物动力特性的变化,对水工建筑物进行动力健康诊断 分析。 为满足脉动测试加速度要求,对安装的强震动加速度仪适当 调整增益,使其满足脉动测试加速度要求。脉动测试分别在白天 和晚上各进行一个时段的测试。每一时段的测试时间不小于 15min。场地脉动和水工建筑物的脉动反应测试结束后,对测试 记录进行计算分析,以便选择和确定强震动加速度仪的触发方式 和阔值,并进一步确定场地的卓越周期和水工建筑物的自振周 期。通过多次测试结果的对比,可根据水工建筑物的动力特性变 化对其工作性态进行分析

将不同频率下的幅值比连成一条曲线,即可得仅器的幅 度一赖率特性图。见图6。

由图6可知仪器工作频带的低端和高端。 (3)相位一频率特性(简称相频特性)。相频特性标定方框 图见图7。 相频特性标定是表示仪器在不同额率时,输人信号和相应的 仪器输出信号之间相位差的变化情况。其方法是将被测仪器和标 准相位加速度仪固定在振动台上,两者的输出信号同时输出给数 字相位计。其测点不小于10个。 5.1.2规定了仪器安装前对加速度传感器和记录器进行测试;

5.4监测系统工程验收

5.4监测系统工程验收 5.4.1~5.4.4·规定了台阵建设完成后,编写出建台报告,试运 行报告,并完成人员的技术培训和相关的仪器、软件使用说明书 等技术资料,可申请进行单元工程验收,

6.1.1~6.1.3·对监测系统的管理做了二般规定。即纳人大坝安 全监测的日常工作。强调了对台站兼管人员应经过培训上岗,以 便能了解仪器的基本原理和主要技术特性,正确掌握仪器操作使 用方法和简单的故障检查,学会对加速度记录进行现场处理分 析。规定了台站巡回检测为远程访问、月巡回检测、年度巡回检 测和特别巡回检测四类。

6.2.1、6.2.2对远程通信检查的时间和内容做出具体规定。每 月至少运程访间3次,主要是可以发现仪器是否正常运行,可靠 性是否达到要求。另外目前的强震仪有网络功能,检查也比较 方便。

6.3月巡回检测 6.3.1、6.3.2规定了月巡回检测的具体内容和要求。月巡回检 测可以发现故障隐患。 6.4年度巡回检测 6.4.1~6.4.3规定了台阵年度巡回检测的内容和应注意的事 项。强调了“不应同时对两套以上处于待触发下的仪器进行标 定”,以尽量减少滑记地需的可能性。

NB/T 20009.11-2013 压水堆核电厂用焊接材料 第11部分:1、2、3级设备埋弧焊用不锈钢焊丝和焊剂6.5.1、6.5.2 定 台阵特别巡回检测 的内 生强

常。因为在这些特殊情况下,往往对监测台! 贝外X 时发现,及时检修好,可避免漏记地震,提高地震获取率。 6.6监测系统的维护 6.6.1、6.6.2规定了台阵在维护方面应遵守的事项。一是强震 动监测系统经检测发现故障时,尽快进行检修,排除故障。对于 重要测点,换上备用仪器,:以免漏记强震动。这条是接受了汶川 大地震时紫坪铺强震动监测台阵正在检修时发生地震而漏记主震 的教训。二是强震动监测仪器的使用寿命一般10年左右,需及 时重新仪器设备,可避免因监 仪器老化而漏记地震。

7加速度记录的处理分析

7.0.1规定了在获得地震动加速度记录后,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规定了获得场地峰值加速度≥0.025g的记录后,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 地囊记录的时间长度等。 7.0.3根据我国1961年新疆巴楚地震,:1962年广东河源地震, 1966年河北邢台地震,1969年广东阳江地震、山东瀚海湾地囊, 970年云南通海地震,1974年江苏溧阳地震、云南昭通地震, 975年辽宁海城地震,1976年内蒙和林格尔地震、云南龙陵地 晨、河北唐山地震, 1979年江苏溧阳地震,1985年云南禄劝地 晨、新疆乌恰地震,1988年云南澜沧一耿马地震,1996年青海 格尔木等17次强震进行水工震害调查得出的认识:混凝土建筑 物6度以下(含6度)没有震害,相当于最大加速度0.05g。 土石建筑物5度以下(含5度)没有震害,相当于最大加速 度0.025g。但个别不符合抗震设计要求,采用可液化土料筑坝 或土料未达到压实标准的病险库例外,如山东渤海湾地震时5度 区的冶源水库土坝,江苏溧阳地震时5度区的小土坝,内蒙和林 格尔地震时5度区的小塘坝也出现震害。近年,我国已有计划的 对病险库进行了除险加固。 因此对混凝土建筑物可按基础最大加速度0.05g作为安全 监测的警示值,对土工建筑物可按基础最大加速度0.025g作为 安全监测的警示值。等于小于加速度警示值时,水工建筑物一般 不会出现震害。 7.0.4地震对水工建筑物的破坏机理是极其复杂的,目前尚待

搞清。但大量震害实践证明,建筑物破坏取决于两个方面:一是 取决于地震动的强弱和建筑物地震反应特征;二是取决于建筑物 本身具有的抗震潜力。前者可通过在建筑场地和建筑物关键部位 上预先布置水工建筑物强震反应台阵,在地震发生时取得各测点 的加速度记录;后者,可预先通过对建筑物按抗震设计烈度和地 震动参数,进行抗震计算分析求得建筑物各测点能抗律的加速度 值,进而导出水工建筑物危险指数和安全指数>。。 (1)水工建筑物危险指数y

式中··3。—水工建筑物安全指数 α——水工建筑物强震反应台阵实测点最大加速度记 录值; 按最大加速度0.05g(混凝土建筑物):或0.025g(土 石建筑物)抗震计算求得的相应点最大加速度值。 安全评估可按表1进行

8.0.1当发生有感地震或项基记求的降值加递度大于0.025g 时,应立即对水工建筑物进行震害检查。我国是多地震的国家, 自20世纪60年代以来,我国的地震活动进入高潮期,连续发生 多次强烈地震,给国家、社会、人民的生命财产造成重大损失, 特别是对水工建筑物的破坏极其严重。震害是指某一地区地面和 各类建筑物受一次地震破坏影响的综合反映。为了说明某一次地 震的影响程度或总结震害经验,就需要有一把尺子来衡量,这就 是地震烈度表。《中国地震烈度表》(GB/T17742—1999)根据 人的感觉、量大面广的一般房屋震害程度和其他现象,划分成 12度。为了便于抗震设计应用,还相应地增加了参考物理指标, 加速度、速度。 大坝是属于特殊的水工建筑物,其表现的震害类型和震害等 级划分以及震害损失评估等与一般房屋震害不完全相同。大坝是 属于大体积的复杂结构,且坝上游有巨大水体的特殊的水工建筑 物,涉及到大坝、地基、库水动力相互作用间题,其地震动力特 性依坝高、坝型、体积不同而有差异,其震害表现与一般房屋震 害表现有很大不同,这已被多次强震震害所证明。1961~2008 年,对水工建筑物造成严重破坏有19次,即1961年4.月14日 新疆巴楚地囊,1962年3月19日广东河源地震, 1966年3月8 日和22日河北邢台地,1969年7月18日山东瀚海湾地震 1969年7月26日广东阳江地震,1970年1月5日云南通海地 通地震,1975年2月4日辽宁海城地囊, 古和林格尔地震,1976年5月29日云南龙陵地震,1977年7月 28日河北唐山大地震, ,1979年7月9日江苏藻阳地震,1985年 4月18月云南禄劝一寻旬地震,1985年8月23日新疆乌恰地

震,1988年11月6日云南澜沧一耿马地震,2008年5月12日 四川汶川8.0级特大地震,都及时进行了水利工程震害调查,为 震害检查积累了丰富的经验。 8. 0. 2 建筑物震害。 土石坝震害类型有:在坝项、坝坡出现与坝轴线平行的纵向 裂缝QGDW 514-2010 配电自动化终端/子站功能规范,在坝头、坝顶出现与坝轴线垂直的横向裂缝,在坝坡出现 弧形裂缝或坝体滑坡,坝体沉陷、测压管水位上升、坝体渗漏量 增大及水质变浑等。 在土坝顶、坝坡出现与坝轴线平行的纵向裂缝,在坝头、坝 项出现与坝轴线垂直的横向裂缝的典型是1975年2月4日辽宁 海城地震时的王家坎子中型水库大坝。坝型为铺盖式混合土质 坝,坝高17m,坝长525m,水库包括土坝、溢洪道、坝下涵管 等。大坝距震中12km,震害为8度。主要震害是裂缝、沉陷、 管涌冒砂。坝体裂缝共105条,其中坝顶横缝49条,有32条伸 至下游坝坡,下游坡纵缝56条,最长者300m,最宽者10cm: 上游坡因有块石护坡难以全面检查,只发现1条纵缝,长150m, 宽3~4cm。坝项沉陷0.7~24.5cm。下游坝脚多处出浑水,渗 流量地震时显著加大,震后又恢复到震前水平。下游排水沟内喷 水冒砂。 土坝坝体滑坡的典型是1977年7月28日河北唐山7.8级大 地震时密云大型水库白河主坝。坝型为壤土斜墙砂砾料坝,坝高 66.39m,坝长960.2m。地震时,上游水面以下的砂料保护层 发生液化,导致大规模水下滑坡。滑坡全长900m,塌滑方量约 15万m",大部分滑坡堆积物在坝趾前100余m,许多细砂散落 到坝趾外200~300m处。 混凝土坝震害类型有:大坝头部出现水平裂缝,在坝头、坝 顶出现与坝轴线垂直的横向裂缝,相邻坝段伸缩缝拉开或错动, 渗漏量增大及水质变化等。在大坝头部出现水平裂缝的典型是 1962年3月19日广东河源6.1级地震时的新丰江水电站的混凝

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