p-12 地震危险性分析、结构易损性分析

Seismichazardanalysis地震危险性分析1SeismicHazard（1）广义上说，SeismicHazard指与地震有关的一切破坏现象，如地面震动、地面裂缝、液化、滑坡、泥石流、海啸等。（2）狭义上说，SeismicHazard指超出某种强度水平的地震及地震相关破坏现象出现的可能性（概率），这种出现是指在某一地点或区域、某一时间段上。2分析方法（1）确定性地震危险性方法（DeterministicSeismicHazardAnalysis）。考虑一次或几次确定性地震对某场地造成的影响。如何选择有代表性的地震存在困难。（2）概率地震危险性方法（ProbabilisticSeismicHazardAnalysis）。考虑所有可能强度的地震、可能的距离对某场地造成的影响。通过概率方法来考虑其发生频率。3目前常用的是PSHA，确定性方法是概率方法的子集。45胡，2006PSHA67PSHA•地震震源•地震重现频率•地震动衰减•场地的地震动发生概率8PSHA9不同周期下的地震危险性曲线123发生某一强度地震动的可能性危害性（风险）、危险性、易损性10•危害性指可能受到的损失。危险性指的是一个地区可能受到的地震危险，是一个事件的外因。易损性是结构的抗震能力。•对地震而言，有险可能有灾，也可能不构成灾害，主要看事物抗震能力强和弱。VulnerabilityorFragility?地震易损性11易损性•结构易损性研究是对结构的抗震强度进行估计。根据使用要求，用多个极限状态来定义结构物的不同破坏程度，这些极限状态可以用确定性的物理量或主观的模糊量来描述。•当前主要的一个困难是缺乏一个满意的极限状态定义，及如何定义结构的破坏及其概率描述，并将此与地震动联系起来。12破坏状态与易损性•易损性由地震动影响与结构反应两者共同决定，其中包括地震动A，地震反应Q和地震反应的容许值R三个因素，结构的破坏状态取决于估计的地震反应是否超过该容许值。•例：房屋抗震设计时，常设计层间剪力和层间变形，在所考虑的地震动下结构中可能产生的最大层间剪力与变形就是地震反应Q，它取决于地震动性质和结构动力性质；而结构各层实际上所能承担的极限剪力或极限层间变形就是R，它取决于结构局部或构件的抗力。13破坏状态14如果以力作为结构破坏的划分标准，如Q代表层间剪力破坏状态15实际应用中，结构反应Q也可以是位移、震害或经济损失等等，并按此做状态的划分。例如用Q表示经济损失，R0=1%建造费、R1=5%、R2=10%、R3=30%、R4=50%，即为六态划分准则。破坏状态16HAZUSATC-13DamageFactor：RepaircostDividebyreplacementcost破坏状态与地震动的关系17•选择可以造成结构破坏的主要反应变量。结构反应变量很多，有构件的内力及其变形，但这些只有局部影响，对结构的总体反应影响不大。应选择对结构总体反应影响大的变量。•破坏状态与地震动的关系可以用条件概率P[Ri|A]来表示。A可以是地震动的时程，但是一般使用中只考虑单一参数，如PGA、PGV、PAD、Sa(T)、Sv(T)、Sd(T)等。危害性/风险分析（risk）18（胡聿贤，2006）•Vulnerability：IMvs.Loss•Fragility：IMvs.FailureProbability19VulnerabilityandFragilityIM：IntensityMeasure,e.g.,Sa(T),PGA…EDP：EngineeringDemandParameter,e.g.,Floordrift,Loss,Failure…•有时可以使用一些列的Fragility计算Vulnerability。比如，每个Fragility函数表示结构在地震强度X=x情况下结构达到或超越某个Loss值的概率20VulnerabilityandFragility•结构破坏状态D有ND+1个状态{0,1,….ND}。关于D的概率质量函数（ProbabilityMassFunction，PMF）可以写成下面的形式21VulnerabilityandFragility•此时，如果知道在每个破坏状态对应的Loss概率分布情况或期望值，那么即可以估计出结构在地震强度X=x情况下结构总的Loss值22VulnerabilityandFragility•Method1：StatisticalMethod•Method2：ExpertOpinion•Method3：AnalyticalMethod23VulnerabilityandFragility•Hazusisageographicinformationsystem-basednaturalhazardlossestimationsoftwarepackagedevelopedbytheFederalEmergencyManagementAgency(FEMA).•In1997FEMAreleaseditsfirsteditionofacommercialoff-the-shelflossandriskassessmentsoftwarepackagebuiltonGIStechnology.ThisproductwastermedHAZUS97.ThecurrentversionisHazus-MHV2.0whereMHstandsfor‘Multi-Hazards’.CurrentlyHazuscanmodelfourtypesofhazards:flooding,hurricanes,coastalsurge,andearthquakes.Themodelestimatestherisk，includingthepotentiallossesintermsofeconomiclosses,structuraldamage,etc.•://（HAZUS软件方法）•结构模型和结构反应25Vulnerability（HAZUS软件方法）FromKircher,C.A.etal.,EarthquakeSpectra,13,663–682,1997•破坏状态将结构构件分成3组：Component1：结构构件Component2：非结构构件（位移敏感型）Component3：非结构构件（加速度敏感型）每个组破坏状态D有ND+1个状态{0,1,….ND}。破坏状态使用修复的费用来衡量。26Vulnerability（HAZUS软件方法）•计算方法27Vulnerability（HAZUS软件方法）易损性函数概率质量密度Vulnerability•计算方法28Vulnerability（HAZUS软件方法）Nc----构件组数，等于3Vc----c构件组的更换费用VulnerabilityNd----破坏状态数量X----[D,D,A]T•IDA：IncrementalDynamicAnalysis（已讲）•PSDA：ProbabilisticSeismicDemandAnalysis与IDA的区别是不用调幅（un-scaled），只要地震动记录数量足够多，从概率意义上讲得到的结果与IDA是相同的。29Fragility•易损性方法理论（一般情况）30FragilityFromJ.Zhang,Y.Huo/EngineeringStructures31(2009)1648-1660PSDA：IDA：或•地震动选择•250条31FragilityFromJ.Zhang,Y.Huo/EngineeringStructures31(2009)1648-1660•构件破坏指标和极限状态32FragilityFromJ.Zhang,Y.Huo/EngineeringStructures31(2009)1648-1660•破坏指标和极限状态在某些情况下非常难选择和确定，对评估结果的影响非常大。•系统破坏指标和极限状态33FragilityFromJ.Zhang,Y.Huo/EngineeringStructures31(2009)1648-1660•如果结构属于串联系统，即每个构件独立工作，则如果一个构件的损坏都将导致系统损坏•如果结构属于并联系统，即所有构件共同工作，所有构件损坏才将导致系统损坏•系统破坏指标和极限状态34FragilityFromJ.Zhang,Y.Huo/EngineeringStructures31(2009)1648-1660•实际的结构并不是完全串联，也不是完全并联的•易损性分析（建模）35FragilityFromJ.Zhang,Y.Huo/EngineeringStructures31(2009)1648-1660•易损性分析（建模）36FragilityFromJ.Zhang,Y.Huo/EngineeringStructures31(2009)1648-1660•易损性分析37FragilityFromJ.Zhang,Y.Huo/EngineeringStructures31(2009)1648-1660•易损性分析38FragilityFromJ.Zhang,Y.Huo/EngineeringStructures31(2009)1648-1660•易损性分析39FragilityFromJ.Zhang,Y.Huo/EngineeringStructures31(2009)1648-1660•易损性分析40FragilityFromJ.Zhang,Y.Huo/EngineeringStructures31(2009)1648-1660•优化设计41FragilityFromJ.Zhang,Y.Huo/EngineeringStructures31(2009)1648-1660