钢筋混凝土建筑结构地震倒塌安全储备与直接地震损失分析

摘要

随着社会经济的发展和科学技术的进步，强烈地震带来的经济损失及后续影响越来越严重，地震经济损失评估已成为抗震工程研究的热点问题。如果能够合理的评估地震损失，对降低建筑物的地震风险以及保障其功能的正常运营是十分关键的。目前的地震损失评估包括建筑物损坏引起的财产损失评估、人员伤亡损失评估、以及由地震引起企业停产等间接损失评估等，但主要集中在房屋建筑等社会物质财产的损失评估方面，且这些损失相对是比较直接的。如果能够将直接地震损失与结构的抗震安全性能及倒塌安全储备直接建立关联将会使地震损失评估更为准确一些。因此，本文在前人研究的基础上，对倒塌安全储备对地震损失的影响等方面进行相关研究，可为更好的量化地震损失评估结果及厘定地震保险费率奠定基础。主要研究内容和成果如下: (1)通过易损性分析得到的地震响应数据，分析倒塌概率曲线形状的变化对结构损伤及倒塌时地震响应参数分布规律的影响。讨论了不同特性结构CMR曲线及对应地震损失曲线特点，建立了倒塌安全储备与给定地震强度下结构直接地震经济损失的关系，并利用钢筋混凝土框架结构进行验证。提出以CMR进行结构地震损失评估的思想，为简化地震损失评估模型提供依据。 (2)基于易损性分析，建立给定地震强度下，倒塌安全储备系数CMR与结构各等级损伤概率间的关系，探讨倒塌安全储备对结构不同损伤状态及相应地震损失的影响，并针对不同钢筋混凝土(RC)框架结构抗倒塌能力及其直接地震经济损失评估。 (3)基于给定地震强度下地震损失与倒塌安全储备关系研究基础上，结合地震危险性，分析年均地震损失随结构倒塌安全储备变化的规律，建立了年均地震损失与CMR、年均地震损失与大震倒塌概率、年均地震损失与不确定性的关系曲线。 (4)结合地震危险性，推导出基于年均倒塌概率的倒塌安全储备系数CMR的计算公式，以可接受大震倒塌概率确定我国相关规范设计背景的可接受年均倒塌概率及可接受倒塌安全储备系数CMR，该可接受值可为抗倒塌设计提供参考。讨论不同地震动强度指标对本文提出的倒塌安全储备系数的影响，并提出适用于我国抗震规范的可接受CMR谱。 (5)以可接受倒塌安全储备系数CMR作为抗倒塌性能判定基线，建立了基于可接受CMR的倒塌性能评估方法，可对结构抗倒塌设计起到辅助及指导作用。基于年均地震损失与CMR、年均地震损失与地震保险费率的关系，提出了基于CMR确定地震保险费率的方法，该方法能够较好的将结构整体抗震性能指标与地震保险直接关联，为改进地震保险费率模型提供基本条件。

目录

声明

摘要

1．1研究背景及意义

1．2结构抗倒塌能力评估方法研究现状

1．2．1结构抗震能力评估方法

1．2．2结构地震易损性

1．2．3结构倒塌安全储备分析

1．2．4倒塌概率

1．3结构地震损失研究现状

1．3．1区域地震损失

1．3．2单体结构地震损失

1．3．3地震损失评估软件

1．3．4基于性能的地震工程

1．4本文主要研究内容

1．4．1存在的问题

1．4．2本文主要研究内容

第2章结合倒塌安全储备的直接地震损失分析

2．1引言

2．2倒塌安全储备对结构损伤的影响

2．2．1结构倒塌安全储备系数CMR

2．2．2倒塌概率曲线的数值拟合

2．2．3损伤与倒塌的空间划分

2．2．4损伤模型的选取

2．3大震倒塌概率对CMR曲线及地震损失的影响

2．4结构非倒塌损伤分析与非倒塌损失

2．4．1非倒塌时结构损伤界定

2．4．2结构损伤分布规律

2．4．3假设检验

2．4．4各级损伤概率计算

2．4．5非倒塌损失计算

2．5结构损伤等级与期望损失

2．6倒塌损失及总损失计算流程

2．7算例分析

2．7．1结构概况

2．7．2结构有限元建模及

2．7．3计算结果分析

2．8本章小结

第3章不同倒塌安全储备的RC结构直接地震损失

3．1引言

3．2不同倒塌安全储备与结构易损性

3．2．1结构性能参数的选取

3．2．2易损性分析

3．2．3 CMR对易损性的影响

3．3不同倒塌概率曲线特征与损失

3．3．1与层间位移角对应的损失比

3．3．2倒塌概率对地震损失影响分析

3．3．3“S”拟合模型与对数正态分布模型对比

3．4倒塌安全储备与总地震损失的关系

3．5算例分析

3．5．1计算模型与参数

3．5．2计算结果分析

3．6本章小结

第4章年均地震损失与结构倒塌安全储备

4．1引言

4．2年均地震损失计算模型

4．2．1地震危险性

4．2．2地震损失相关参数确定

4．3年均地震损失与倒塌安全储备统计规律

4．3．1 EAL随CMR变化整体趋势

4．3．2EAL拟合均值随CMR变化趋势

4．4大震倒塌概率与倒塌安全储备统计规律

4．4．1大震倒塌概率随CMR变化整体趋势

4．4．2大震倒塌概率均值随CMR变化趋势

4．5年均地震损失与大震倒塌概率统计规律

4．5．1 EAL随大震倒塌概率变化整体趋势

4．5．2EAL均值与大震倒塌概率

4．5．3EAL与损伤对数标准差统计规律

4．5．4年均地震损失与各级中值损伤地震强度统计规律

4．6算例分析

4．6．1结构地震危险性

4．6．2地震损失与CMR

4．7本章小结

第5章结构可接受倒塌安全储备

5．1引言

5．2．1年均倒塌概率

5．2．2年均倒塌概率与结构CMR

5．3可接受CMR

5．4与ATC-63中的方法比较

5．4．2与ATC-63中的方法计算结果比较

5．5不同地震强度指标

5．5．2 Sa与考虑软化周期的S*计算结果对比

5．5．3不同地震强度指标地震危险性

5．6与我国抗震规范对应的CMR谱

5．7不同抗震设防烈度

5．7．1不同设防烈度的年均倒塌概率

5．7．2不同设防烈度的年均倒塌概率可接受值

5．7．3不同设防烈度的可接受CMR

5．8本章小结

第6章加固结构的倒塌安全储备与地震损失研究

6．1引言

6．2倒塌分析中的不确定性

6．2．1倒塌不确定性对倒塌性能的影响

6．2．2倒塌不确定性质量等级的划分

6．3加固方案与加固模型

6．3．1加固方案

6．3．2模型参数

6．3．3不确定性的确定

6．4结构抗震性能分析

6．4．1仅考虑地震记录不确定性的结构倒塌性能

6．4．2考虑其它不确定性的结构倒塌性能

6．4．3 CMR比较

6．4．4抗倒塌性能判定

6．5结构地震损失分析

6．6地震灾害保险与地震损失

6．7本章小结

7．1结论

7．2展望

参考文献

附录

致谢

攻读博士学位期间发表的论文及参与的科研项目

作者简介