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，成為土木工程施工單位和地震工程研究界研究的重點(diǎn)問題。最早提出地震工程和抗震設(shè)計(jì)的是美國，美國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地震易損性的國外研究概況國外較早地開始了對(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)安全帶來巨大的安全隱患。因此，國外的工業(yè)發(fā)達(dá)國家很早就開始了對(duì)地震易損性的研究，如美國的Ghiocel對(duì)美國東部的核電站進(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、場地和工程結(jié)構(gòu)中，地震所打來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，這種方法通過振動(dòng)理論來對(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地震易損性的國內(nèi)研究概況與國外的土木工程結(jié)構(gòu)地震易損性的研究相比，我國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。我國最早對(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)測的實(shí)際效果。此外，尹教授還通過與國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)測的PDSMSMB-1地震易損性預(yù)測系統(tǒng)，大大加快了我國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題與發(fā)展趨勢(shì)4.1地震易損性研究存在的問題針對(duì)目前國內(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題。具體說來，在輸入?yún)?shù)上分析地震易損性方面我國還沒有取得相關(guān)的理論研究成果，并在易損性的分析上面過于依賴地震動(dòng)輸入，僅僅用一個(gè)物理量來描述地震易損性顯然不可行，只能用多物理量來解決。在破壞準(zhǔn)則方面，不同的破壞準(zhǔn)則會(huì)帶來不同的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，通過不同的破壞準(zhǔn)則計(jì)算出來的數(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所適從。另外，在分析類型和分析方法方面我國的地震易損性分析也存在著很大的問題，目前的計(jì)算類型與計(jì)算方法在運(yùn)用的過程中計(jì)算量過大，對(duì)計(jì)算機(jī)的要求很高，通過分析得出的結(jié)果在可信度方面也不能令人滿意，這些都是我國在發(fā)展結(jié)構(gòu)地震易損性分析方面的主要問題。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，是未來地震易損性研究分析的主要發(fā)展方向。5結(jié)語土木工程結(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，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.