地震易损性分析方法研究综述

第３Ｉ卷第１期

２０１１年２月地震工程与工程振动ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＥＡＲＴＨＱＵＡＫＥＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＡＮＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＶＩＢＲＡＴＩＯＮＶ０１．３１Ｎｏ．１Ｆｅｂ．２０１１文章编号：１０００—１３０１（２０１Ｉ）Ｏｌ ０１０６—０８

地震易损性分析方法研究综述

周奎，李伟，余金鑫

（上海理Ｔ大学土木工程系，上海２０００９３）

摘要：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、加同和维修决策具有

重要的应用价值。本文将对近几十年来地震易损性评估方法领域内的重大发展做全面综述，并对易

损性分析方法的类别和优缺点及其应用作ｒ总结和讨论。

关键词：地震易损性；抗震性能；地震风险评估；易损性分析

中图分类号：Ｐ３１５．９６９；ＴＵ３５２文献标志码：Ａ

Ｒｅｖｉｅｗｏｆｓｅｉｓｍｉｃｆｒａｇｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｓ

ＺＨＯＵＫｕｉ，ＬＩＷｅｉ，ＹＵＪｉｎｘｉｎ

（Ｄｅｐｔ０ｆｃｉｖｉｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｈａｎｇｈａｉｆｏｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９３。Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｅｉｓｍｉｃｆｒａｇｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｉｓｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｖａｌｕａｂｌｅｆｏｒｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｅｉｓｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｓｅｉｓｍｉｃｄｅ—ｓｉｇｎ，ｓｅｉｓｍｉｃｒｅｔｒｏｆｉｔｔｉｎｇａｎｄｄｅｃｉｓｉｏｎｍａｋｉｎｇｏｆｒｅｐａｉｒｉｎｇ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｇｉｖｅｓａｆｕｌｌｒｅｖｉｅｗｏｆｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｅｖｅｌｏｐ—ｍｅｎｔｓｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｓｅｉｓｍｉｃｆｒａｇｉｌｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｉｎｔｈｅｒｅｃｅｎｔｄｅｃａｄｅｓａｎｄｔｈｅｔｙｐｅｓａｎｄｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｈｅｆｒａ—ｇｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｓａｒｅａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅｉｓｍｉｃｆｒａｇｉｌｉｔｙ；ｓｅｉｓｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｓｅｉｓｍｉｃｒｉｓｋａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ；ｆｒａｇｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓ

引言

地震是一种突发性自然灾害，具有极大的随机性和不确定性。在过去的几十年间，世界范围内的地震灾害频发，造成的损失急剧增长。１９９４年，美国加州的北岭地震造成的损失大约为１４０亿美元；１９９５年的日本神户地震的地震损失大约为１５００亿美元【１１；２００８年的中国汶川地震造成了建国以来最大的经济损失；２０１０年海地、智利和我国玉树地区相继发生强烈地震，造成了极大的损失。

由于地震预测预报是世界性难题，因此对地震灾害进行风险分析就成为当前工程中主要的防灾减灾措施。地震易损性（ｓｅｉｓｍｉｃｆｒａｇｉｌｉｔｙ）是指在不同强度地震作用下结构发生各种不同破坏状态的概率，它从概率的意义上定量地刻画了工程结构的抗震性能，从宏观的角度描述了地震动强度与结构破坏程度之间的关系，目前已经成为地震工程和结构工程领域的研究热点¨ｊ１。

文中对近几十年来工程结构地震易损性评估方法的发展水平进行了综述，并对当前地震易损性研究中存在的一些主要问题进行了分析。结构地震易损性评估的目的是对给定结构类型，选定破坏标准的前提下，选取～组地震动记录，计算其破坏概率。在过去的几十年间，提出了很多易损性评估方法，主要有经验法和解析法，兼而有之的称为混合法（见图１所示）。

收稿日期：２０１０—０５一１８；修订日期：２０１０一１１—０３作者简介：周奎（１９７０一），男，剐教授，博士，主要从事工程结构抗震、结构健康监测与损伤识别研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｏｕｋｕｉ—ｓｈ＠１６３．嗍

第１期周奎等：地震易损性分析方法研究综述

１经验法

上个世纪７０年代早期，通过对经验易损性评估方法的校正和处理，地震易损性作为地震动强度的函数首次运用于结构的评估。

对建筑结构运用经验法进行地震易损性评估时主要基于地震后对结构破坏情况的调查统计，并称该过程为“破坏一运动关系”：（１）破坏概率矩阵（ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｍａｔｒｉｃｅｓ，简写为ＤＰＭ），其表达的是在某一地震动记录ｉ下，给定的损伤指标ｊ，以离散的形式给出结构的条件破坏概率Ｐ｛Ｄ＝ｊｓｉ｝；（２）在给定的地震动强度的情况下，易损性函数是一个连续概率分布函数，能够得出给定的损伤指标下结构失效的超越概率。１．１破坏概率矩阵

Ｗｈｉｔｍａｎ等Ｈ１学者首先提出使用破坏概率矩阵（ＤＰＭ）用于对地震中建筑破坏的概率预测。ＤＰＭ的概念是选取一组地震动记录，在给定损伤指标的情况下，指定类型的建筑结构有相同的破坏概率。基于专家经验制定的破坏概率矩阵在美国技术应用委员会（ＡＴＣ）”’６ｏ编制的ＡＴＣ一１３规范中首次运用。超过５０位地震专家对３６种不同的建筑类别，从麦氏烈度ＶＩ到ＸＩＩ水平下，提供轻微、中等和严重破坏比例预测值（损失费用和重建费用的比值，通过百分比给出）。ＥＭＳ一９８规范＂ｏ中，按易损性递减的六类建筑（从Ａ到Ｆ）在地震动强度分布水平从Ｖ到ＸＩＩ作用下，对五类破坏等级中的“轻微损伤”，“严重损伤”和“基本破坏”做了定量解释。ＰａｔｒｉｃｉａＧｒｏｓｓｉ【８１认为采集结构在不同强度地震作用下破坏数据是定量评估结构易损性的关键步骤，同时将数据转换到设定的地震损失预测模型中，建立结构易损性曲线更加重要。根据调查统计的地震破坏数据，运用于具有相似特性的地区时，能够得到该区域内会遭到符合预期的破坏，同时也能够考虑到相关的不确定因素。然而，经验易损性分析方法也有很多不可避免的缺陷：

（１）由于宏观的地震动强度等级是基于震害现场的统计分析后建立的，这样造成在地震风险分析模型中，地震动输入和结构损伤指标两个变量都建立在震害现场调查的基础上，对分析结果造成很大的离散性。

（２）针对某一地区建立经验易损性函数，需采集大量相似地质条件的场地上的地震动和震害统计信息：这要求统计信息要有代表性。此外，在人口密集区发生特大地震概率极低。因此，这一方面的统计数据非常少，这就影响了破坏概率矩阵的有效性。

（３）对于结构加固和施工工艺上的改进（某地区发生强震后，结构施工和加固工艺都会做出相应的调整和改进），这些经验易损性分析方法没能明确考虑；因此研究人员在实际运用中，都作了相应简化和调整，如将建筑调整为较低易损性类建筑。

（４）抗震规范中采用最大峰值地面加速度ＰＧＡ（或是地震设计反应谱）制定地区抗震设防水准，这样ＰＧＡ就是地震动强度的函数，但却忽略了经验易损性函数中的不确定性。

（５）当研究人员采用峰值地面加速度（ＰＧＡ）推导建立经验易损性函数时，往往忽略了地震波频率分量和结构自振频率间的关系。

１．２易损性指标分析方法

“易损性指标方法”（“ｖｕｌｎｅｒａｂｉｌｉｔｙｉｎｄｅｘｍｅｔｈｏｄ”）一．１０Ｊ在过去的几十年间被大量使用，这一方法基于大量震后调查的统计数据，通过“易损性指标”在地震动和结构地震响应之间建立联系，是一种“非直接方法”（ｉｎ …… 此处隐藏：20250字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……