结构易损性分析

结构易损性分析S130110141姓名：杨求主讲内容一.结构易损性概念、现状及问题二.结构地震易损性分析基本原理三.结构易损性分析计算方法四.钢筋混凝土结构易损性分析五.基于可靠度和性能的结构整体地震易损性分析1.结构易损性：在不同强度地震作用下工程结构发生各种破坏状态的条件概率，它可以从概率的意义上定量地刻画结构的杭震性能，从宏观的角度描述地震动强度与结构破坏程度之间的关系2.国内外研究进展：（1）核电站工程方面的研究进展（2）建筑工程方面的研究进展（3）桥梁工程方面的研究进展（4）生命线工程方面的研究进展结构易损性概念、现状及问题3.存在问题及解决方法：（1）地震易损性输入参数问题（三类参数：宏观物理量、地震动参数、反应谱参数）：单纯采用某一个物理量作为地震动的输人无法完全描述地震动的强随机性解决方法：用多物理量来代表地震动的输人（2）地震易损性的破坏准则问题（强度破坏准则、变形破坏准则、能量破坏准则、变形和能量双重破坏准则等）：同一个结构，在不同破坏准则下，有时会出现易损性分析结果相差很大的情况解决方法：双参数损伤指标来描述结构破坏状态（3）地震易损性的分析类型问题（解析的易损性分析、经验的易损性分析）：解析的易损性分析计算量巨大，经验的易损性分析过于依赖专家的经验，造成分析结果的过于简化，可信度不高解决方法：结合两类分析方法（4）地震易损性的分析方法问题：基于非线性动力时程分析的蒙特卡洛模拟法计算量太大、基于随机振动理论的动力可靠度分析方法对理论假设要求较高，数学推导过程较严格，预测结果验证较困难解决方法：结合结构有限元分析和可靠度分析结构地震易损性分析基本原理常说的地震易损性分析是指对地震强度和建筑物震害关系的分析，地震易损性分析的基本原理如下图：结构地震易损性通常采用易损性系数、破坏概率矩阵或易损性曲线来表示。在易损性分析中，涉及三个参数:结构反应、破坏极限状态界限值和地震动强度指标。其表达式如下:

式中：ＦＲ为地震易损性；Ｐ为失效概率，Ａ为地震动强度指标；ａ为地震强度；ＬＳ为结构的性能水平，上式定义的是结构的整体易损性。若建筑物在地震中全部倒塌，则易损性值为1;反之，若建筑物在地震中完好无损，则易损性值为０。在分析结构的地震易损性时，要知道场地的地震特性和结构恢复力特性，然后根据结构响应结合破话标准来评估分析结构的地震易损性性能。结构易损性分析计算方法1.建筑物易损性分析方法：（1）基于可靠度和灵敏度的易损性分析方法结构局部地震易损性的可靠度表达式：式中：β为结构的可靠指标；为标准整体随机变量的累积分布函数。采用该式计算结构地震易损性的优点就是每次改变θ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θ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。

（2）结构易损性曲线分析方法用不同PGA(地震峰值加速度)水平下的结构极限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，求出结构任一层间位移的最大概率分布函数，假定跨越水平充分高，求出在时间间隔［０，ｔ］内发生跨越的概率。结构系统的极限状态概率：

表示结构系统的极限状态概率

是结构第і层的极限状态概率针对不同的PGA水平，采用重复计算结构的极限状态频率，就可以形成条件失效概率与PGA的关系曲线（结构易损性曲线）2.桥梁地震易损性分析方法：（1）易损性曲线法：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（2）经验统计法：周神根根据唐山地震中遭到破坏的272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：朱美珍统计了唐山、海城、通海100多座公路桥梁的震害情况，建立了公路桥梁的非线性易损性计算公式：（3）规范校核法：规范校核法是先依据《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89)中的有关规定计算桥梁主要结构构件的地震作用，然后将地震作用效应与恒载效应组合，得到结构构件的内力，并与结构构件的极限荷载相比较，从而给出桥梁结构的震害等级。该方法的一般公式为：式中:K为结构抗震安全系数，γ为桥梁现状折减系数，γ=0.5-1.0;Rd为按极限状态法计算的结构抗力函数;R为材料强度值,γm为材料安全系数，γm=1.0-1.5；Sd为荷载效应函数，G为永久荷载，E为结构地震作用。钢筋混凝土结构易损性分析1.钢筋混凝土建筑物的易损性预测：钢筋混凝土建筑物的震害顶测通常是根据对各个构件的延性要求进行的。由许多非弹性循环引起的低周期疲劳型破坏对钢筋混凝土构件的破坏也是很严重的。依据1979年Montengro地震中，对4万多建筑物的震害分类，进行了详细的分析，以建立经验的和理论的易损性函效，发展了两类建筑物的易损函效，其中考虑到震后建筑物的修复、加固的费用，和新建的抗震建筑物的费用。在第一类建筑物中，研究了4个类型的没有进行抗震考虑的建筑系统，在第二类建筑物中，选择了两个类型的经抗震考虑的钢筋混凝土建筑进行了详细的分析。

2.钢筋混凝土结构易损性破坏指数：破坏指数是描述结构或构件在受到地震时破坏状态的无量纲指数，是特定破坏状态的函数，是人们在地震后对受损建筑做出处理决策的重要理论依据3.破坏指数的作用：（1）预测灾害方面（2）震后损失估计方面4.钢筋混凝土框架结构地震破坏机理：地震作用下，框架结构首先在弹性范围内工作，结构不产生破坏，在强烈地震作用下，结构端部出现局部混凝土被压碎，钢筋屈服等现象，形成塑性铰，而后进入破坏状态，部分构件失效后退出工作，结构内力进行重新分配，这时，整体结构并没有倒塌，坍塌，最后因失稳而整体倒塌。基于可靠度和性能的结构整体地震易损性分析

地震易损性分析可以给出结构在不同强度地震下发生各级破坏的概率。因此对结构进行易损性分析既可以用于震前灾害预测，设计人员也可以根据结构易损性的不同，有针对性地提高结构的抗震能力，又可以用于震后损失评估，为估计地震损失提供依据。

基于性能的抗震设计理论，于20世纪90年代中期由美国科学家和工程师首先提出。

性能设计的目的:在不同风险水平设防的地震荷载作用下设计不同重要程度的工程结构系统，使其具有满足不同功能要求的性能水准，在可能的经济条件下最大限度地减轻地震灾害造成的破坏和损失。性能设计的核心问题之一:确定结构的多级抗震性能目标，它是联系结构设计师与业主和社会公众之间的桥梁和纽带。抗震性能目标是地震设防水准和结构性能水准的函数，地震设防水准是根据客观的设防环境和既定的设防目标并考虑具体的社会经济条件而采用的带有一定概率保证率的地震动强度参数，而结构性能水准则是与每一级地震设防水准相对应的期望的结构最大破坏程度。结构整体地震易损性计算的有限元可靠度方法

地震易损性分析可以给出结构在不同强度地震下发生各级破坏的概率。因此对结构进行易损性分析既可以用于震前灾害预测，设计人员也可以根据结构易损性的不同，有针对性地提高结构的抗震能力，又可以用于震后损失评估，为估计地震损失提供依据。钢一混凝土组合结构是一种新型的结构形式，充分利用了钢结构和混凝土结构的各自优点。虽然在地震区越来越多地采用这种新型的结构体系，但迄今为止还没有发现文献对钢一混凝土组合结构的地震易损性进行过研究。以十五层的组合梁一方钢管混凝土柱框架结构为例进行地震易损性分析

首先给出一种基于性能的结构整体地震易损性分析方法。(如下图1所示)然后，定义了基于构件的结构抗震性能水平，建立结构破坏等级与性能水平的对应关系，并根据结构中承重构件的破坏状态确定了以层间位移角做为量化性指标的取值。通过对1280个结构一地震动样本进行概率地震反应分析，获得了对应于不同PGA的结构反应的对数正态概率密度函数。计算对应于不同P