地震与洪水联合作用下结构抗多灾分析与设防水准研究

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我国是世界上自然灾害最为严重的国家之一,灾害种类繁多,影响范围广泛。我国地域辽阔,部分地区地质构造活跃,雨季降水丰富,是地震与洪水灾害的双重多发区,工程结构在全寿命周期内可能遭受地震与洪水的联合作用。传统的工程结构设计方法中,往往仅针对地震或洪水作用进行独立验算,极少考虑地震与洪水在短期内相继发生的情形。近年来,国内外学者针对多灾害作用下结构响应分析开展了丰富研究,本文从多灾害的危险性和易损性两个角度出发,研究了地震与洪水联合作用下结构抗多灾性能及设防水准,开展了如下研究工作:(1)总结单一灾害及多灾害的概率模型。单一灾害的概率模型包括:对数正态分布、Gumbel分布、Frechet分布、Weilbull分布,多灾害的概率模型包括:条件联合分布、多维极值分布、Copula函数,并详细介绍每种概率模型的表达形式及适用范围。(2)提出地震-洪水灾害的危险率评估方法。根据洪水成因将地震-洪水灾害划分为地震伴随暴雨洪水、地震引发溃决洪水两类,明确地震-洪水灾害的联合成灾机制。分析结构全寿命过程的地震-洪水灾害特性,基于云南地区近50年间95次地震-暴雨洪水灾害事件,分别采用多维极值理论和Copula理论建立联合分布模型,并依据RMSE和AIC准则对比评价拟合优度。(3)研究地震-洪水联合作用下结构抗多灾性能及设防水准。归纳地震-洪水灾害的不同表现形式,包括:地震-洪水冲击联合作用、洪水冲刷-地震联合作用,洪水浸泡-地震联合作用。建立结构在地震-洪水联合作用下的需求模型和易损性函数,结合地震-洪水灾害的联合分布模型,基于结构的全寿命失效概率确定抗多灾设防参数及洪水作用的组合系数。(4)以遭受洪水冲刷-地震联合作用的砌体结构为研究对象,分析评估结构的抗多灾性能,并确定结构的抗多灾设防水准,结果表明:洪水冲刷作用导致结构的联合易损性及全寿命失效概率显著增大,须考虑洪水冲刷-小震联合作用效应进行结构抗多灾设计,中震、大震作用下可不考虑洪水冲刷的影响进行结构验算,若忽略结构全寿命过程中地震与洪水灾害之间的相关性,会导致对结构抗多灾设防水准的低估。
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