地震工程学12(地震震害预测)-翟永梅

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Tongji University
上海防灾救灾研究所
Shanghai Institute of Disaster Prevention
2011-5-26
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三、地下管网连通可靠性
• 地下管网的震后功能主要与连通可靠度有关。因此，
对地下管网的震害预测，应在管线震害概率评价基础 上，进一步研究网络系统的连通可靠度。在网络系统 分析方面，比较有影响的有SSP （Series Systems in Parallel—并联的串联系统网络）算法，蒙特卡 罗模拟法及模糊图分析方法。
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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
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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
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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。
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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。
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2、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。
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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。
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1、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。
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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
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一、经验公式法（续） • 表：震害等级划分与震害指数
震害 等级 基本 完好 轻微 损坏 中等 破坏 严重 破坏 倒塌
震害描述
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。 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。 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。 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。
2、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。
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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
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地 震 工 程 学
第十二章
地震震害预测
翟永梅
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2、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。
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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。
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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。
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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。
震害 指数 0 － 0.1
0.1 － 0.3 0.3 － 0.55
0.55 － 0.85 0.85 －1
多数承重结构倒塌。需拆除。
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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。
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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。