關(guān)于土木工程結(jié)構(gòu)地震易損性的分析

關(guān)于土木工程結(jié)構(gòu)地震易損性的分析

【摘要】地震易損性分析是地震安全評(píng)定中的重要內(nèi)容之一。地震易損性是指在不同的地震強(qiáng)度下土木工程結(jié)構(gòu)被破壞的概率，它能從概率的層面反映工程結(jié)構(gòu)的抗震性能，較為客觀地反映了地震與工程結(jié)構(gòu)二者之間的關(guān)系，在土木工程中能為人們更好的防范地震帶來(lái)的危害。因此，土木工程項(xiàng)目的地震易損性成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題，對(duì)于地震易損性的研究進(jìn)展也須引起相關(guān)專家和學(xué)者的重視?！娟P(guān)鍵詞】土木工程，結(jié)構(gòu)地震，分析1土木工程結(jié)構(gòu)地震易損性概述所謂地震易損性，是說(shuō)在強(qiáng)度不同的地震作用下，土木工程結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的破壞狀態(tài)，以及這種情況發(fā)生的概率。它是從概率的層面對(duì)地震發(fā)生機(jī)率、強(qiáng)度和土木工程破壞程度之間的關(guān)系進(jìn)行宏觀的預(yù)測(cè)，成為土木工程施工單位和地震工程研究界研究的重點(diǎn)問(wèn)題。最早提出地震工程和抗震設(shè)計(jì)的是美國(guó)，美國(guó)的太平洋地震工程研究中心提出了供統(tǒng)一分析的地震參數(shù)和破壞參數(shù)等地震破壞指標(biāo)，使地震易損性分析的研究進(jìn)入到一個(gè)新階段。用這種地震易損性分析方法只需要將工程需求參數(shù)輸入進(jìn)地震易損性的計(jì)算函數(shù)中去，就可以推斷地震對(duì)土木工程破壞的參數(shù)和概率，使對(duì)地震易損性的分析更加的規(guī)范化與科學(xué)化。2地震易損性的國(guó)外研究概況國(guó)外較早地開始了對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)的地震易損性進(jìn)行研究。他們意識(shí)到地震會(huì)對(duì)土木工程項(xiàng)目以及人民的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)巨大的安全隱患。因此，國(guó)外的工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家很早就開始了對(duì)地震易損性的研究，如美國(guó)的Ghiocel對(duì)美國(guó)東部的核電站進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，對(duì)工程的地震反應(yīng)和易損性進(jìn)行了分析與評(píng)定。Ozaki對(duì)日本的核反應(yīng)堆所在的建筑也進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)其核反應(yīng)堆建筑的地震易損性指數(shù)，考慮了工程項(xiàng)目的非線性特征和結(jié)構(gòu)變異特征。一位美籍華人黃洪謀也對(duì)地震易損性如何更好地運(yùn)用到電力系統(tǒng)工程建設(shè)中去進(jìn)行了分析與研究，并將其研究成果推廣、應(yīng)用到電力變電站等設(shè)備中去，對(duì)電力系統(tǒng)中的設(shè)備和建筑進(jìn)行安全評(píng)定，以確保電力工程的安全性與可靠性。人們?cè)趯?duì)地震易損性進(jìn)行分析時(shí)，常常用兩種易損性曲線來(lái)表示，即經(jīng)驗(yàn)易損性曲線和理論易損性曲線，不同的研究者根據(jù)不同的研究方向和具體工程項(xiàng)目的建設(shè)情況來(lái)選擇不同的易損性曲線。經(jīng)驗(yàn)性曲線在這兩種曲線當(dāng)中是一種可信度較高的地震易損性曲線，因?yàn)樗褂玫臄?shù)據(jù)來(lái)源于以往地震所造成的危害情況和具體的動(dòng)參數(shù)，對(duì)這些實(shí)際的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以此來(lái)得出較為真實(shí)可信的數(shù)據(jù)指標(biāo)。但經(jīng)驗(yàn)性曲線也有其自身的局限，因?yàn)榈卣鹚斐傻奈：?huì)因?yàn)榭陀^環(huán)境的不同而有所不同，如在不同的地震環(huán)境、場(chǎng)地和工程結(jié)構(gòu)中，地震所打來(lái)的危害都是不一樣的，因此，這種地震經(jīng)驗(yàn)易損性曲線沒(méi)有其廣泛的推廣意義，再加上其需要具體的數(shù)據(jù)分析，人們?cè)讷@得這些數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)有很大的難度。這些都限制了經(jīng)驗(yàn)易損性曲線的推廣使用，需要做進(jìn)一步的改善。除了經(jīng)驗(yàn)易損性曲線之外，理論易損性曲線也是地震易損性分析中的一種重要參照曲線。采用理論易損性曲線研究地震的易損性通常要從地震的相應(yīng)分析數(shù)據(jù)入手，采用反應(yīng)譜、靜力、時(shí)程分析等分析方法，對(duì)地震易損性進(jìn)行系統(tǒng)的分析與評(píng)估。同樣，理論易損性分析也可以采用不同的分析與研究方法，如MonteCarfo模擬法，但這種方法需要較長(zhǎng)的運(yùn)算時(shí)間，為此Fukushima提出了一種更為方便、快捷的分析方法，即評(píng)估結(jié)構(gòu)響應(yīng)的分析方法，這種方法通過(guò)振動(dòng)理論來(lái)對(duì)土木工程的易損性進(jìn)行分析，在一個(gè)頻域內(nèi)，它所得出的結(jié)果是準(zhǔn)確可靠的。3地震易損性的國(guó)內(nèi)研究概況與國(guó)外的土木工程結(jié)構(gòu)地震易損性的研究相比，我國(guó)在地震易損性研究方面起步較晚，主要是對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)的地震易損性進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)性曲線分析。經(jīng)驗(yàn)性分析的對(duì)象是一些群體性的房屋建筑，對(duì)這些群體性的房屋建筑進(jìn)行震害預(yù)測(cè)。我國(guó)最早對(duì)土木工程項(xiàng)目的地震易損性進(jìn)行研究的學(xué)者是尹之潛教授，尹教授在地震風(fēng)險(xiǎn)分析和震害預(yù)測(cè)方面都開展了大量的研究工作，取得了很大的研究成果。其研究結(jié)論是建立在大量真實(shí)的震害數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上得出來(lái)的，并根據(jù)其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析了地震強(qiáng)度與土木工程結(jié)構(gòu)破壞度之間的關(guān)系，對(duì)多種土木工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析與研究，如磚砌體建筑、工廠的排架結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)，并分別根據(jù)這些結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)進(jìn)行了有針對(duì)性的地震易損性分析，在地震危險(xiǎn)性分析、地震易損性分析和震災(zāi)評(píng)估等方面都取得了重大的成就，得出了較為系統(tǒng)和完整了土木工程地質(zhì)易損性研究結(jié)論與成果，起到了很好的震災(zāi)預(yù)測(cè)的實(shí)際效果。此外，尹教授還通過(guò)與國(guó)外專家者之間的相互學(xué)習(xí)、相互交流，并系統(tǒng)學(xué)習(xí)了美國(guó)斯坦福大學(xué)的地震易損性分析相關(guān)方面的課程，開發(fā)了對(duì)地震震災(zāi)進(jìn)行系統(tǒng)預(yù)測(cè)的PDSMSMB-1地震易損性預(yù)測(cè)系統(tǒng)，大大加快了我國(guó)在地震易損性分析方面的研究進(jìn)展。4目前地震易損性研究方面的問(wèn)題與發(fā)展趨勢(shì)4.1地震易損性研究存在的問(wèn)題針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外對(duì)地震易損性分析的研究現(xiàn)狀，在地震易損性分析領(lǐng)域還存在著很多問(wèn)題，如輸入?yún)?shù)、破壞準(zhǔn)則、分析類型、分析方法等方面都存在著很多問(wèn)題。具體說(shuō)來(lái)，在輸入?yún)?shù)上分析地震易損性方面我國(guó)還沒(méi)有取得相關(guān)的理論研究成果，并在易損性的分析上面過(guò)于依賴地震動(dòng)輸入，僅僅用一個(gè)物理量來(lái)描述地震易損性顯然不可行，只能用多物理量來(lái)解決。在破壞準(zhǔn)則方面，不同的破壞準(zhǔn)則會(huì)帶來(lái)不同的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，通過(guò)不同的破壞準(zhǔn)則計(jì)算出來(lái)的數(shù)據(jù)會(huì)有很大的差別，對(duì)于這種差別很大的情況人們顯得無(wú)所適從。另外，在分析類型和分析方法方面我國(guó)的地震易損性分析也存在著很大的問(wèn)題，目前的計(jì)算類型與計(jì)算方法在運(yùn)用的過(guò)程中計(jì)算量過(guò)大，對(duì)計(jì)算機(jī)的要求很高，通過(guò)分析得出的結(jié)果在可信度方面也不能令人滿意，這些都是我國(guó)在發(fā)展結(jié)構(gòu)地震易損性分析方面的主要問(wèn)題。4.2地震易損性研究的發(fā)展趨勢(shì)4.2.1兩種地震易損性分析法的發(fā)展方向目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于結(jié)構(gòu)地震易損性的分析是基于經(jīng)驗(yàn)分析法和理論分析法這兩種方法的研究成果之上發(fā)展起來(lái)的。對(duì)于經(jīng)驗(yàn)易損性分析方法，在分析的準(zhǔn)確性與可靠性方面有其無(wú)可替代的重要作用，是目前土木工程結(jié)構(gòu)地震易損性分析的重要方法。理論易損性分析方法可以通過(guò)比較相關(guān)的數(shù)值，對(duì)地震與土木工程破壞之間的關(guān)系進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而對(duì)工程的抗震性進(jìn)行評(píng)價(jià)。但這兩種方法又都有其局限性，因此，優(yōu)化目前的易損性分析方法是土木工程結(jié)構(gòu)地震易損性研究的未來(lái)發(fā)展方向。4.2.2經(jīng)驗(yàn)與理論相結(jié)合的易損性分析方法經(jīng)驗(yàn)與理論結(jié)合的分析方法能夠充分利用兩種分析方法的優(yōu)點(diǎn)，盡可能地將所有的地震破壞因素都考慮在內(nèi)，并且采用理論分析與經(jīng)驗(yàn)分析相結(jié)合的方式來(lái)分析工程的地震易損性，具有精確性和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，并能夠?qū)κ占降馁Y料進(jìn)行排序，詳細(xì)地為人們提供地震易損性的分析結(jié)果，對(duì)建筑物的易損性進(jìn)行系統(tǒng)、完整的分析，滿足人們對(duì)地震易損性的詳細(xì)程度和精確度方面的要求，是未來(lái)地震易損性研究分析的主要發(fā)展方向。5結(jié)語(yǔ)土木工程結(jié)構(gòu)的地震易損性分析是土木工程項(xiàng)目在結(jié)構(gòu)損失分析中最重要的一部分，在結(jié)構(gòu)損失分析中處于核心地位，是工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、優(yōu)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，要結(jié)合土木工程結(jié)構(gòu)地震易損性分析的研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)采取既包含經(jīng)驗(yàn)分析又包含理性分析的易損性分析方法，把兩種分析方法結(jié)合起來(lái)，對(duì)結(jié)構(gòu)的地震易損性進(jìn)行全面的分析。參考文獻(xiàn)：[1]周艷龍，張鵬.