结构的易损性分析计算方法

２建 筑 物 地 震 易 损 性 分 析 ． 由于地震 的随机性和不确定 性加大了它的危害性 和人们对它的恐
惧心 理。对 于结构抗震来说 ， 结构的承灾能力是一个主要因素 ， 而结构 抗震 易损性分 析是研 究抗震必不可少的重要环节 。 ２１ ．基于可靠 度和灵敏度 的易损性分析方法 结构ｆ 地震） 易损性分析是结构地震风险分析 中的核心 内容 ， 传统 的 方法主要分析结构整体易损性。整体地震易损性从概率的意义上刻画 ｒ 在不同地震设防水准条件下结构完成预定抗震性能 目标的能力 。然 而在实际工程 中， 局部易损性也同样重要 ， 目前 的研究方法大都震风险 分是基于确定性有限元分析和蒙特 卡洛模拟法 。 局部地震易损性表达式 ： Ｆ （ Ｐ ｙ ≥ Ｒ ＝ ｌ（） （ １ ） 式中 ： 表示 结构 的局部性能指 标； Ｙ ０为 Ｙ 阈值； 影响结构 地震 的 将 易损性评估 的所有 不确 定因素用基本随机 向量 表示 ， 显然 ，是 的 Ｙ 实现 ｘ 的隐式 函数 ， 为ｖ ） ０ 为改变参数 ０ 记 （； （ ） ｘＦ 的值 时所得 到的结构 局部性能指标 Ｙ 超过 阈值 ０的概率 。 结构局部地震易损性 的可靠度表达式： Ｆ （） 一中 ＿ （ ］ 中 ） 一１ ［ ） ［（ ］ 一 （ ２ ） 式中： Ｂ为结构 的可靠指标； ・为标准正态 随机 变量的累积分布 西（）

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［ 要］ 摘 由于灾害或材料性 能的退化等原 因结构 的实用功能会 下降， 为了有 效地对 日 见增 多的 大型结构进行 日常管理和减 少各种 灾 害的损 失， 结构的 易损性分析 已逐渐成 为国 内外学者研究的重点 。本文从 结构的 易损性 分析 的原理入手， 概括介 绍了几种结构的地 震 易损性计算方法， 并深入分析 ， 总结 了其优缺 点及发展方 向
函数。
采用该 式计算结构地 震易损性 的优点 就是每次改变 ０ ， 时 只需要 进行一次结构 可靠度分析 即可 ， 具体计算 可采用 有限元可靠度方法； 如 果采用蒙特卡洛模拟法 ， 若想得到与参数 ０ 对应 的一个易损性值 ， 需要 进行很多次 的非线性有 限元分析 。因此采用上式不但易于掌握并且可
以提高效率 。 结构的地震易损性分析 ， 对于预测结构 的抗震性能 、 进行结构 的抗 震设计 、 加固和维修 决策具有重要 的应 用价值 。结构 的整体地震易 损
性从概率 和宏 观角度上描 述了结构 的抗震性 能 ， 从地震 易损 性曲线可 以清晰地看 出结构在不 同性能 目标下随地震动强度变化 的规律 。地震 易损性分析 与基于性能 的抗震设计具有很 多共 同点 ， 中可靠度理论 其 是它们联系 的桥梁 和纽带 ， 三者相互结合 ， 将 产生基 于可靠度 和性 能的 全生命周期抗震优化设计理论 ， 是未来抗震设计理论新 的发展趋势 。 ２２ －结构易损性曲线分析方法 李鸿 晶等人提 出用 不同 Ｐ Ａ￣震峰值 加速度） 平下的结构极 限 Ｇ （ｔ Ｉ Ｊ 水 状态 概率表示结 构的抗震易损性 。在一个 固定 的时间间隔 内， 出结 求 构任 ，层 间位移 的最 大概率分 布函数 ， 一 假定 跨越水平 充分高 ， 出在 求 时间间隔（ ， Ｐ 发生跨越 的概率 。在地震 地面加速 度的持续 时间内 ， Ｏ ｔｋ ｌｌ 求 出结 构第 ｉ 的极 限状态概率 ， 层 也就是 给定 Ｐ Ａ时结构第 ｉ 的条件 Ｇ 层 失效 概率 。根据 各层 的条件 失效概率 ， 以求 出结构系统 的极 限状态 可
［ 关键词］ 大型结构 易损性 分析 地震 易损性 １结构 易损性分析的发展及原理 ． 易损性 的概念最早 出现在军事领域用 于描述 飞机或船体对 于物理 碰撞 的脆弱程度 。最 近十几年， 它被推 广用 于人类 和社会学 系统 、 生物 或者生 态系统 、 据库 和计算机 系统 、 数 金融 系统 以及复杂的工业 生产系 统 。在各 同的工程实践 中， 对易损性的概念各国学 者有不 同的说法 。 Ｌｎ 提 出了基 于概率 的易 损性和容许 损伤的定义 ， ｉｄ 易损性定义 为 损伤 系统的失效概 率与未损伤 系统 的失效概率 的比值 ， 而容许损伤 则 定 义为易损性 的倒数 。Ｚｈ 通 过引入不 确定测度 的概念 ， 出了基 于 ｉａ 提 不确 定性信息熵 的事件系统鲁棒 性理论 ， 出提 高系统 的鲁棒性要 求 指 有效 模式和失效 模式的概率分 布尽量一致均匀 。Ｂ ｅｙ 出了基于能 ｅｄ 提 量 吸收思路 的单位体积允许损 伤能量 的概念 ， 他通过规定构件所需 要 的单位 体积 的极 限容许损伤能量 ， 而保证结构能够 吸收 由意外荷 载 从 产生 的损伤能量 ， 满足对鲁棒性 的要求 。Ｂｏｋ ｙ ｌ ｌ 等人提出基于结构形 ｃｅ 式 的易损性概念 ， 通过研究结 构构件组合 的方式 和结 构可能发 生的失 效情况 ， 分析结构 中的薄弱部位 。
概 率：
有效性 。研究发现 ， 此方法原理简单易于理解掌握 ， 应用 方便 。 ３桥 梁 地 震 易 损 性 分 析 ． 桥 梁是交通生命 线系统 中的重要 枢纽结构 ， 是 由于 自然 灾害等 但 因素造成桥 梁严重破 坏甚至毁坏 的事件 越来越多； 另外过去对 桥梁抗 震不重视和设 防标准偏低 ， 因此开展桥梁的易损性研究 ， 以降低或避免 重大的人员伤亡和经济损失显得尤为迫切。但 由于大桥设计阶段掌握 和预测 其力学 、 为特性是比较困难的 ， 行 所以通过桥梁健康监测获得结 构的动静行为来 检验大桥 的理论 模型和计算假 定 ， 不仅对设 计理论和 设计模型有验 证作用 ， 而且有 利于新 的设计 理论的形成 。桥梁易损性 可以为交通 系统可靠性分析 、 损失评估 以及 桥梁加 固和地震应急决策 提供必要 的依据 ， 是城市 防震减灾重要 的基础性１ 作之一。 一 ３１ 损 性 曲线 法 ．易 桥 梁结构 的易损性 曲线根据其获取方法分为经验易损性 曲线和理 论易损性 曲线 。前 者是通过 过去地震 中的破 坏报告分析得来 的 ， 后者 通过对桥梁结构的地震动响应分析而得到 。在获得桥梁结构 的地震易 损性 曲线后 ， 就可 以对该 类桥梁在不 同强 度地震作用下 的破坏状态进 行评估 和分析 。 关 于 易损 性 曲线的分 析 ， 徐龙 军统 计 了在唐 山大 地震 中破 坏 的 ２２ ７ 座铁路桥梁 ， 分析 了它们的破坏概率 ， 并对唐 山大地震和海城地震 中５ ６座遭受地震破坏 的桥梁按结 构构 造特征进行了分类 ， 分析 出各种 构造特 征对结构 易损性 的贡献率； 描绘 出了铁路 桥梁在不 同烈度地震 作用下 的破 坏概率 累积 曲线 ， 并提 出了一 种预测铁路桥 梁地震震害 的 方法 。 Ｓ ｉｏｕ ａ ｈｎ ｚｋ 等人 基于 １９ ９ ５年神 户地 震 中观测 到 的桥梁损 伤数 据， 建立了桥梁墩柱的经验易损性 曲线 。 在理论易 损性 曲线方面 ，ｈｎｚｋ 等人在对桥 梁结构的易损性 进 Ｓ ｉｏｕ ａ 行分析时 ， 对各种特定 的结构模 型采用 了Ｍｏ ｔ Ｃ ｒ 模拟 法 ， ｎｅ ａｌ ｏ 并采用此 方法检验桥梁 的易损性 曲线 ， 用时程分析法 和能力谱法 两种不 同的方 法得 到结构 的响应 。 Ｓｎｈ ｌ ｉｇａ ＆Ｋｉ ｍｉ ｉｎ ｒ ｄ ａ 采用 贝叶斯 原理分 析结构 ｅ ｊ 的损伤程度 ， 用得到的数据进行易损性评估 ， 建立易损性 曲线 。在获得 桥梁结构 的地震易损性 曲线后 ， 再对桥 梁在地震作 用下 的破坏状态 进 行评估和分析 。 可见 ， 经验易损性 曲线是根据 已有 的实际震 害数 据得 到的 ， 结果可 信度高 ， 是 由于实 际情 况的不 同， 到具体条件 的限制 ， 但 受 经验 易损性 曲线原 则上只适用 于与已有的震害数据 类似 的情况 ， 使用范 围比较 狭 窄， 另外 由于经验易损性 曲线不 易得到 ， 于推广使用。理论 易损性 曲 难 线使 用范 围广泛 ， 果 比较 准确 ， 是 由于易损性 分析 的理论研究 所 结 但 限， 易损性 曲线更多地适用于公路桥梁。 ３２经验统计法 ． 经验统 计法是先 根据 历史震害经验 ， 桥梁抗震 理论及桥 梁样本所 提供 的资料 ， 选择 影响桥 梁震 害的主要 因素 ， 再根据大量样本进行各影 响因素 的影 响方式和权值 的统计 回归 ， 从而建立桥梁易损性分析方法。 周 神根等人统计 了唐 山地震 中遭到破坏 的２ ２ ７ 座铁 路桥梁 的震害 资料 ， 建立 了铁路桥梁的易损性计算公 式。