关于正确理解和使用《中国地震动参数区划图》的一点思考

本文简要介绍了编制地震区划图的两种途径，概述了我国现行地震区划图的编制情况、对桥梁抗震中如何正确理解和使用《中国地震动参数区划图》提出建议，简述了我国第一代到第五代地震区划图的发展历程，比较了中美两国现行的地震区划图，提出了使用地震区划图的几点注意事项。

地震区划图编制的两种途径

地震区划图是震灾防御的基础，地震区划图的编制技术是震灾防御的核心技术之一。目前被广泛采用的确定地震动的途径有两种：第一种是通过地震烈度的估计，再利用烈度与地震动的对应关系，将烈度换算为地震动设计参数。这种是过去广泛使用而现在仍为一些国家和地区使用的途径。第二种是根据历史强震观测结果，寻求地震动与地震大小、震源特性、传播介质、场地影响的统计规律（称为衰减规律），然后直接用此衰减规律来估计地震动。这种方法主要应用于美国、日本、印度、加拿大等国家。

对现行地震区划图的解读

我国现行的地震区划图是依据历史记录的地震情况，结合有限的地震地质资料，以50年超越概率10%（相当于地震重现期475年）的地震危险性分析为基础，并考虑区域重要性及经济条件而确定的。由于地震是偶然、随机的极端事件，常常出现实际地震强度大于或远大于基本地震动的情形，地震区划图标示的基本地震动与实际发生的地震情况有非常大的出入。2005年11月26日，江西九江-瑞昌发生5.7级地震后，笔者开始关注这一问题，表1列出了1966年至2010年四十多年间在地震区划图Ⅵ～Ⅶ度区内发生的高于或远高于基本地震动的强震实例。汶川地震也是发生在地震区划图所标示的较低基本地震动的区域，再次暴露了地震区划图指导抗震设计的局限性。汶川所在地区位于地震多发地带，自有地震记载以来，震中附近200km范围内发生过8次7级以上地震，最大的是1933年四川茂汶北迭溪7.5级地震。根据《中国地震动峰值加速度区划图（GB18306-2001）》（汶川地震时正在实施的地震区划图，即：第四代地震区划图），汶川地震发生前，四川德阳、阿坝、绵阳等地区的基本地震动峰值加速度为0.05g（对应第三代地震区划图的地震烈度Ⅵ度），北川、安县、汶川、青川等地区的基本地震动峰值加速度为0.1g（对应第三代地震区划图的地震烈度Ⅶ度），而汶川地震时这些地方实际记录到最大地震动峰值加速度为0.957g（相当于地震烈度Ⅺ度），也就是说，实际发生的地震动远远大于基本地震动。事实证明，在基本地震动低的区域发生（破坏性）强烈地震是有可能的，地震区划图中的基本地震动具有很大的不确定性，不能说是地震区划图错了，而是工程技术人员应正确认识和使用地震区划图。

我国现行地震区划图提供的地震动参数仅仅是中震水平（50年超越概率10%，相当于地震重现期475年）的基本地震动参数，实际发生的地震可能远远超过这个（中震）水平。在桥梁设计时应对大震（罕遇地震）有所考虑，甚至应考虑极罕遇地震发生后的应对措施和应急措施。从某种意义上讲，地震区划图提供的是中震水平的地震动参数，对应的也就是中震设防水平，用乘系数的方式考虑大震（罕遇地震）设防的地震动参数。因此，笔者认为不能简单地说“几度抗震设防（比如：Ⅶ度设防）”，应该是按照多水准、多阶段的设计。再者，设计也不能仅仅考虑中震。设计一座桥梁不是简单的按几度（按所谓的Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ）设计就万事大吉了，因为现行的地震区划图只提供了中震水平的基本地震动参数，设计者在设计桥梁时，应该明确小震、中震、大震分别采用了什么样的地震动参数。发生不同强度的地震（小震、中震、大震）时，对于桥梁整体的力学状态，不同部位、不同构件处于什么样的力学状态或力学行为（强度在什么范围、是否进入延性、达到什么样的延性状态），设计人员应该心中有数。发生不同强度的地震（小震、中震、大震）时，哪些部位或构件先损伤，哪些部位或构件后损伤或不损伤，也应该心中有数。只有做到这个程度，才可以说对桥梁做过抗震设计。遗憾的是目前大多数工程技术人员还未意识到这一点。

长期以来，我们遵循“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防原则。笔者认为，对于桥梁结构抗震设计、桥梁抗震性能评价而言，这一设防原则太过宏观，应予以细化。桥梁抗震设计、桥梁抗震性能评价是一个系统工程，如前文所述，对桥梁结构的不同部位、不同构件，在不同的地震作用水平（小震、中震、大震）下，应采用不同的量化力学指标( 强度、延性等) 。

地震区划图的发展历程

我国自20世纪50年代至今，已经完成了5幅全国地震区划图，我国第一代地震区划图为1956年完成的《中国地震烈度区划图》，李善邦主编，采用“确定性方法”编图，给出了全国最大地震影响烈度的分布；第二代为1977年出版的《中国地震烈度区划图》，邓起东主编，采用中长期地震预测方法编制，给出未来100年内场地可能遭遇的最大地震烈度；第三代为1990年完成、1992年颁布的《中国地震烈度区划图》，时振梁主编，采用概率分析方法，给出了50年超越概率10%的烈度值；第四代为2001年颁布的《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)，胡聿贤主编，采用峰值加速度A、特征周期Tg表达，给出了50年超越概率10%（相当于中震）的地震动参数；第五代为2015年颁布的《中国地震动参数区划图》(GB18306-2015)，高孟潭主编，采用峰值加速度A、特征周期Tg表达，给出了50年超越概率10%（相当于中震）的地震动参数。注意：前三代地震区划图编制均采用地震烈度作为编图参数，地震烈度区划图均以震害的宏观描述——地震烈度为依据。从第四代起采用地震动参数作为编图参数，将地震动峰值加速度和地震动反应谱特征周期直接作为编图参数，对应的标准为50年超越概率10%（相当于地震重现期为475年）。

美国的地震动参数区划开始较早，1978年即提出以有效峰值加速度(EPA)和有效峰值速度(EPV)两个地震动参数为指标的地震区划原则，于20世纪80年代完成了具有概率意义的地震动区划图。我国与美国的地震动区划图的总体思路是相同的，都是以Cornell概率地震危险性分析为基础，采用地震反应谱的双参数作为地震动区划图的编图参数。美国现行的地震动区划图提供了三种地震重现期（500年、1000年、2500年）的地震动参数，通过插值计算可以得到任何地震重现期的地震动参数。基于这样的地震动区划图进行“多水准、多阶段”的抗震设计容易实施。我国现行的《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015），提供了50年超越概率为10%（相当于地震重现期475年）的基本地震动参数。对量大面广的工程结构（包括桥梁结构），如果没有做地震安全评价，小震和大震（罕遇地震）的地震动参数是通过非常粗略的中震地震动参数乘系数的方式来实现的（即：小震的峰值加速度是基本地震动峰值加速度的1/3，大震的峰值加速度是基本地震动峰值加速度的1.3～1.9倍）。

使用地震区划图的注意事项

综上需要强调以下几点：1.牢记《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015）提供的是50年超越概率为10%（相当于地震重现期475年）的Ⅱ类场地的地震动水平的参数作为基本地震动参数（实际是中震水平）。2.2001年起，第四代地震区划图（GB18306-2001）实施后采用的是地震动参数，抗震设计也从原来的一水准一阶段设计，过渡到多水准多阶段设计。“按几度设计”“按几度设防”（“设防烈度”多少）、“提高Ⅰ度设计”“提高Ⅰ度设防”是一水准一阶段抗震设计的产物。第四代地震区划图（GB18306-2001）实施后，已经将“地震烈度”改为(过渡到)“地震动参数”，“多水准、多阶段”桥梁抗震设计思想已经纳入抗震规范，就不应该再沿用过去的抗震设计。3.对于桥梁结构抗震设计、桥梁抗震性能评价而言，“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防原则太过宏观，应予以细化。桥梁抗震设计、桥梁抗震性能评价是一个系统工程，对桥梁结构的不同部位、不同构件，在不同的地震作用水平（小震、中震、大震）下，应采用不同的量化力学指标( 强度、延性等)。4.现阶段，震后调研、评估还是用烈度，但新建桥梁抗震设计、既有桥梁抗震性能评价已经用地震动参数了，新建桥梁抗震设计、既有桥梁抗震性能评价应淡化或取消烈度的概念。5.第三代地震动区划图（即《中国地震烈度区划图》）所谓的Ⅵ度区，也有发生大震（Ⅸ度～Ⅹ度、甚至更高）的可能性，第三代地震动区划图的Ⅵ度区并不是非地震区，“Ⅵ度区不设防或简易设防”的做法（或说法）对桥梁抗震具有误导性。

本文刊载 / 《桥梁》杂志

2023年 第2期 总第112期

作者 / 王克海

作者单位 / 交通运输部公路科学研究院

编辑 / 王硕

美编 / 赵雯

责编 / 陈晖

审校 / 李天颖 裴小吟 廖玲

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