地震工程学12（地震震害预测1）

同济大学Tongji

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第十二章地震震害预测翟

永

梅同

济

大

学土木工程学院上

海

防

灾

救

灾

研

究

所地

震

工

程

学同济大学Tongji

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Prevention第十二章

地震震害预测建筑物震害预测地下管网的震害预测同济大学Tongji

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第十二章

地震震害预测•

地震灾害预测有狭义与广义之分。•

狭义的地震灾害预测一般指对建筑物的震害预测和地震损

失估计。•

广义的地震灾害预测则同时包括对地震危险性的估计、场

地震害分析、建筑物与生命线工程震害预测等项内容。

地震危害性=地震危险性

x

易损性RISK

=HARZARD

x

VULNERABILITY上海防灾救灾研究所Shanghai

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University第一节

建筑物震害预测•

建筑物震害预测是指在已知地震背景、场地条件的基础

上，对一个城市或一个企业中建筑物的潜在震害程度及

其分布的定量估计。•

震害预测的方法泛指以各种经验关系、模糊类比方法、

半经验理论方法等建立起来的结构物震害预测的方法。同济大学Tongji

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Prevention一、经验公式法

•

经验公式法是指根据震害资料统计回归分析给出的关系

进行结构物震害预测的方法。

•

回归公式中参数的选取根据是历史震害经验的总结和地

震工程理论研究的阶段性成果。

•

经验公式的计算结果一般用震害指数表达，也有用震害

等级表达的。同济大学Tongji

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Prevention一、经验公式法（续）

•

震害指数的概念最初是作为民房的震害等级代表值提出

的，并以平均震害指数的概念应用于小区的震害评定。

•

在后来的震害预测工作中，震害指数是结构地震破坏程

度的一种综合度量标志。与震害指数相联系的是震害等

级这一概念。

•

不同结构类型的震害等级描述是不同的，趋于普遍使用

的是五级震害等级划分方式，典型的震害等级划分与震

害指数的联系见表。震害等级震害描述震害指数基本完好承重结构完好；个别非承重结构轻微破坏；附属结构有不同程度破坏。一般不需要修理即可使用。0－0.1轻微损坏个别承重结构轻微裂缝，个别非承重结构明显破坏；附属结构有不同程度的破坏。不需修理或稍加修理，仍可继续使用。0.1－0.3中等破坏多数承重结构轻微裂缝，部分明显裂缝；个别非承重结构严重破坏。需一般修理，采取安全措施后可适当使用。0.3－0.55严重破坏多数承重结构严重破坏或部分倒塌。应采取排险措施。需大修，局部拆除。0.55－0.85倒塌多数承重结构倒塌。需拆除。0.85－1上海防灾救灾研究所Shanghai

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University一、经验公式法（续）

•

表：震害等级划分与震害指数同济大学Tongji

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Prevention一、经验公式法（续）

•

厂房震害可按加权综合评定的方式给出，即取厂房震害

指数

ind＝0.45INDc+0.3INDw+0.25INDR

(INDc、INDw、INDR分别对应排架柱、围护墙、屋面系统

的震害指数)

•

由上式计算所得的结果，应按结构质量、抗震设防加固

条件、吊车数量等进行调整才能作为最终预测结果。

•

经验公式法思想的实质在于：具有相同结构特征参数的

建筑，在相同的地震烈度条件下其震害类型也是类同的

，因此，可以利用历史震害资料总结出规律性的关系，

用于未来地震灾害的预测。同济大学Tongji

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Prevention二、模糊类比方法

•

模糊类比方法则是通过因素分析，提供利用模糊关系

进行震害预测的方法。在已有的研究中，存在两种实

现这一思想的途径：模糊综合评定法和模糊推理法。

•

模糊推理方法实质上应用的是模糊类比思想，即具有

基本相同结构参数的结构在同样地震背景下会遭遇大

体相同的震害。同济大学Tongji

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Prevention三、半经验半理论方法•

半经验半理论方法以理论分析为依据，找出影响震害的主

导因素，然后借助震害资料或试验资料给出此因素与结构

震害的经验关系或概率关系，以用于震害预测实践。•

值得指出，工程结构遭受震害的原因往往不仅限于结构的

强度因素，在相当大程度上震害程度与结构的几何形式、

施工质量、场地条件、建筑材料等有关。因此，企图以纯

理论的甚至仅仅以半理论的方法预测震害，往往不能达到

预期的效果。在目前，震害经验仍具有不可替代的作用。同济大学Tongji

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Prevention第二节地下管网的震害预测•

对于现代城市，一旦电力、通信、交通、供水、供气

等公共设施遭受破坏，整个城市的功能将受到严重损

害。因此，人们把这些工程系统形象地称为生命线工

程。一、地下管线震害及影响因素二、地下管线的震害评价方法同济大学Tongji

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Prevention一、地下管线震害及影响因素

•

大量的震害经验表明，地震对地下管线的破坏作用主

要源于地表变形和地面运动。

•

地表变形包括断层错动、土壤液化、河岸滑坡等，在

发生地表变形处，地下管线震害率明显升高。

•

地面运动主要指地震波在土壤中的传播过程。行进中

的波可导致管道的过大变形而破坏。同济大学Tongji

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Prevention一、地下管线震害及影响因素（续）

•

在地震作用下，地下管线的破坏形式主要有三种基本类

型：

（1）管线接口破坏；

（2）管体的纵向或环向裂缝，通过断层的管体或小

口径管，锈蚀严重管的折断

（3）在三通、弯头、阀门以及管道与地下构筑物连

接处的破坏。

•

从宏观上考察，影响地下管线震害的主导因素是烈度、

场地条件，管材、管径和管道接口形式。同济大学Tongji

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Prevention二、地下管线的震害评价方法

•

地下管网的震害预测包括两个步骤：

管道的震害评价

管网的连通可靠性评价1.震害经验法2.半经验半理论方法同济大学Tongji

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Prevention1、震害经验法

•

通过统计方法，依据历史震害资料，给出管道破坏率

与影响管道震害各因素之间的回归关系。同济大学Tongji

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Prevention2、半经验半理论方法

•

与一般的地下结构不同，地下管线在地震中的应力主要

由周围土体的相对位移引起，而动力惯性作用引起的应

力则可以忽略。

•

地下管线的破坏与否，并不决定于管体惯性力，而决定

于管线所承受的变形大小。并且，在管线应变中，轴向

反应较大。同济大学Tongji

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Prevention2、半经验半理论方法（续）

•

对埋设管线轴向反应的分析，可以采用拟静力方法。

这种分析不考虑惯性力的影响，经有限元离散后的管

线静力增量平衡方程为：

•

（[Kp]+[Ks]）{Δd}=-[Kp]{d}-{Ps}+[Ks]{Δdg}

•

其中[Kp]为埋管总刚度；[Ks]为土弹簧总刚度矩阵；

Δd为管节点位移向量增量；Ps为土弹簧作用力向量；

Δdg为地震位移时程向量增量。同济大学Tongji

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Prevention2、半经验半理论方法（续）•

为进行管道震害预测，将管线在地震作用下的破坏分为

三个基本类型：

（1）基本完好：管体结构基本完好无损，刚性接头相

对变形小于允许开裂变形极限，接头可能有少量微细裂

缝，轻微漏渗。

（2）中等破坏：刚性接头相对变形超过允许开裂变形

极限，柔性接头的胶圈与管子间产生滑动，多数接头产

生裂缝，有渗水现象，并可能使管道压力下降。

（3）严重破坏：接头相对变形超出允许变形极限，填

料松动，胶圈接口拉出，渗漏严重。同济大学Tongji

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Prevention三、地下管网连通可靠性

•

地下管网的震后功能主要与连