建筑結(jié)構(gòu)地震易損性研究綜述及展望

曹永超， 朱南海， 賀小玲， 馮沖沖

（江西理工大學(xué)建筑與測繪工程學(xué)院，江西 贛州341000）

0 引 言

由于地震作用下，地震動(dòng)和結(jié)構(gòu)自身均具有很強(qiáng)的隨機(jī)性與不確定性，因此，近年來由美國太平洋地震工程研究中心（PEER）所提出的將控制地震風(fēng)險(xiǎn)與損失作為目標(biāo)的新一代“基于性能的抗震設(shè)計(jì)（PBSD）方法”已成為國際抗震研究領(lǐng)域的熱點(diǎn).該法在全概率理論的基礎(chǔ)上，將PBSD分為4個(gè)相互獨(dú)立的主要模塊，用以分別量化PBSD中4種不確定性概率在地震易損性分析過程中的傳遞，即地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)（IM）、抗震需求指標(biāo)（EDP）、損傷指標(biāo)（DM）和決策變量（DV）[1-3].而結(jié)構(gòu)地震易損性分析作為PBSD中的核心環(huán)節(jié)，其最突出的優(yōu)點(diǎn)便是在考慮與地震動(dòng)強(qiáng)度、抗震需求和損傷指標(biāo)三者相關(guān)不確定性的同時(shí)，亦能夠具體量化上述不確定性對結(jié)構(gòu)震害響應(yīng)結(jié)果的影響.以控制地震風(fēng)險(xiǎn)和損失為目標(biāo)的新一代基于性能的抗震設(shè)計(jì)（PBSD）思想作為指導(dǎo)，建立能夠合理準(zhǔn)確量化建筑結(jié)構(gòu)各類知識不確定性與本質(zhì)不確定性的地震易損性分析方法，是當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)易損性分析面臨的核心問題，也是當(dāng)下整個(gè)易損性領(lǐng)域亟待進(jìn)一步研究解決的課題.

相比傳統(tǒng)的確定性建筑結(jié)構(gòu)抗震分析法，地震易損性分析最突出的特點(diǎn)是能夠同時(shí)考量多種不確定性因素對結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)結(jié)果的影響，從而在概率意義上去量化結(jié)構(gòu)的抗震性能.不難看出，如何準(zhǔn)確地量化這些不確定性對結(jié)構(gòu)損傷概率的預(yù)測精準(zhǔn)與否起著決定性的作用.由于地震動(dòng)與結(jié)構(gòu)自身地震響應(yīng)往往都具有極大的不確定性，目前，各類不確定因素的合理量化成為了建筑結(jié)構(gòu)地震易損性分析面臨的最大挑戰(zhàn)之一.

建筑結(jié)構(gòu)地震易損性分析是評定建筑結(jié)構(gòu)的抗震可靠性的基礎(chǔ)，完善建筑結(jié)構(gòu)地震易損性理論，對建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)、震害預(yù)測、后期的維護(hù)和加固、乃至建立以可靠度為理論基礎(chǔ)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范皆具有重大意義.文中較系統(tǒng)的梳理了國內(nèi)外建筑結(jié)構(gòu)的地震易損性研究成果，歸納總結(jié)出各種結(jié)構(gòu)地震易損性分析方法的特點(diǎn)及適用情況，并詳細(xì)論述了當(dāng)前國內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究進(jìn)展情況.在此基礎(chǔ)上，針對我國在地震易損性研究領(lǐng)域尚存在的一些問題，總結(jié)出仍需深入拓展研究的方向，為該領(lǐng)域的進(jìn)一步研究提供參考依據(jù).

1 結(jié)構(gòu)地震易損性的分析方法

1.1 地震易損性分析基本理論

結(jié)構(gòu)地震易損性的定義是在多種給定的地震動(dòng)強(qiáng)度作用下，建筑結(jié)構(gòu)達(dá)到或超過所定義的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)（Limit State,LS）的條件概率，是結(jié)構(gòu)所有極限狀態(tài)概率分布的集合[4].基本原理表達(dá)式為：

式（1）中：IM 代表地震動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)（Intensity Measure），如位移Sd、譜加速度Sa、地面峰值加速度PGA等；LSi為某種極限狀態(tài) （Limit State）；D表示為結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)；Di定義為量化后結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)，故將F（x）稱為“地震易損性函數(shù)”，為了能更加直觀的表達(dá)出結(jié)構(gòu)在各極限狀態(tài)下的超越概率，其通常以多條連續(xù)曲線所構(gòu)成的概率分布圖形來表示，該圖形稱之為地震易損性曲線，如圖1所示.

圖1 地震易損曲線

通常情況下，地震易損性研究中認(rèn)為結(jié)構(gòu)損傷指標(biāo)D對IM的概率分布模型符合對數(shù)正態(tài)分布[5]，即：

式（2）中：Φ（·）是標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)，μlnD|IM=x和σlnD|IM=x分別為IM=x時(shí)，D的對數(shù)中位數(shù)以及對數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差.

從中不難發(fā)現(xiàn)，易損性函數(shù)和易損性曲線本質(zhì)是相同的，都是對概率分布的描述，只是兩種不同的表現(xiàn)形式.相較易損性函數(shù)，易損性曲線可以更加直觀地表述結(jié)構(gòu)在各類極限狀態(tài)下的超越概率.而結(jié)構(gòu)地震易損性的實(shí)質(zhì)正是這種超越概率，即以概率的形式，表述建筑物在某種地震作用下的破壞概率，并以此破壞概率評估建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能.

1.2 地震易損性函數(shù)的構(gòu)建方法

獲取建筑結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)數(shù)據(jù)是易損性函數(shù)建立的前提.地震響應(yīng)數(shù)據(jù)的精確與否，將直接影響地震易損性函數(shù)的構(gòu)建精度.通常地震易損性研究領(lǐng)域，按照建筑結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)數(shù)據(jù)獲取來源的不同，將易損性函數(shù)的構(gòu)建方法大致分為3種：

1）基于現(xiàn)場震害數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)法.基于現(xiàn)場震害數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)法構(gòu)建易損性函數(shù)，其結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)數(shù)據(jù)來源于震害現(xiàn)場結(jié)構(gòu)真實(shí)破壞的統(tǒng)計(jì)結(jié)果.如Hemant and Kaustubh等[6]利用印度錫金地區(qū)2006年與2011年發(fā)生的地震災(zāi)害數(shù)據(jù)，研究了該地區(qū)不同結(jié)構(gòu)對不同強(qiáng)度震害下的地震易損性，并對兩次地震中結(jié)構(gòu)的易損性進(jìn)行評估和性能比較.

該法構(gòu)建過程不僅簡單直接，而且可以較為準(zhǔn)確的反映出實(shí)際的地震破壞情況，基于此建立的地震易損性曲線，對該震害地區(qū)建筑結(jié)構(gòu)的震害評估有著重要的價(jià)值.然而，該法在應(yīng)用上卻受到一定的限制，一方面，世界大部分地區(qū)現(xiàn)場震害數(shù)據(jù)的調(diào)查統(tǒng)計(jì)資料仍然相當(dāng)匱乏；另一方面，真實(shí)震害數(shù)據(jù)難以收集且往往具有一定的離散性.

2）數(shù)值模擬法.數(shù)值模擬法可通過有限元模擬獲得大量所需的結(jié)構(gòu)震害數(shù)據(jù)，克服了經(jīng)驗(yàn)法現(xiàn)場震害數(shù)據(jù)不足的缺陷.雖然，此方法通常模擬工作量大且耗時(shí)較長，但隨著計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的飛速發(fā)展和地震易損性理論的不斷完善，基于數(shù)值模擬的解析法的地震易損性分析方法成為了當(dāng)下易損性研究的主流.Tekin和Gurbuz[7]根據(jù)建造年代，將土耳其84棟典型的鋼筋混凝土房屋分為兩組，并通過非線性Pushover方法建立地震易損性曲線.

基于數(shù)值模擬所得到的結(jié)構(gòu)地震易損性曲線雖然并不足以完全精確的反映結(jié)構(gòu)的損傷概率，因?yàn)?，?shù)值模擬無法精確獲得與場地條件相一致的地震響應(yīng).但相較于經(jīng)驗(yàn)法，數(shù)值模擬法在綜合考量多種不確定性的同時(shí)，仍可靈活對各類型結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性分析，獲取所需的分析數(shù)據(jù).在充分考慮地震易損性分析不確定性影響的基礎(chǔ)上，將有限元軟件模擬得到的結(jié)果與現(xiàn)場震害數(shù)據(jù)庫結(jié)合并進(jìn)行對比回歸，從而使得到的易損性曲線能夠更加精確地描述結(jié)構(gòu)在各類地震動(dòng)作用下破壞狀態(tài)的條件概率，仍是結(jié)構(gòu)地震易損性分析亟待不斷完善的問題.

3）混合型法.由前面的闡述可知，經(jīng)驗(yàn)法其實(shí)質(zhì)是以統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，建立基于真實(shí)震害數(shù)據(jù)的破壞概率矩陣或者地震易損性曲線，此法雖然可信度較高，但卻需要以大量的現(xiàn)場震害調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ).而解析法雖然可以通過數(shù)值模擬獲得大量所需的震害數(shù)據(jù)，但是由于簡化建模、分析方法、地震動(dòng)-結(jié)構(gòu)不確定性等各種因素的存在，所以數(shù)值模擬的數(shù)據(jù)往往存在一定的誤差.因而，將有限的震害調(diào)查數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬得到的震害數(shù)據(jù)相結(jié)合是獲得建筑結(jié)構(gòu)地震易損性另一種思路，即混合分析法.

實(shí)際上，混合型易損性分析方法通常以結(jié)構(gòu)震害調(diào)查數(shù)據(jù)和模擬震害數(shù)據(jù)相互補(bǔ)充的形式出現(xiàn).雖然此法理論上講可以彌補(bǔ)前兩者的缺陷[8]，但受制于有限性的震害數(shù)據(jù)與不同數(shù)據(jù)源之間的交叉取舍問題，混合分析法在當(dāng)下的應(yīng)用仍然很少.

1.3 結(jié)構(gòu)地震易損性分析方法與步驟

1.3.1 結(jié)構(gòu)地震易損性分析方法

結(jié)構(gòu)地震易損性分析由地震需求分析和抗震能力分析兩大部分構(gòu)成，地震需求分析通過描述結(jié)構(gòu)損傷指標(biāo)D與地震動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)IM的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，構(gòu)建易損性需求函數(shù)，而抗震能力分析則是根據(jù)所定義損傷指標(biāo)，將結(jié)構(gòu)各極限狀態(tài)進(jìn)行合理量化，以確定易損性需求函數(shù)的分布參數(shù).

在進(jìn)行地震易損性需求分析時(shí)，增量動(dòng)力分析法（IDA法）無疑是該領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)非線性研究方法.該方法的核心原理可以歸結(jié)為：從地震數(shù)據(jù)庫中獲取多組天然地震波，接著對所選取的每條地震波都按一定的系數(shù)進(jìn)行等比放大調(diào)幅，從而形成多組強(qiáng)度逐級遞增的地震動(dòng)數(shù)據(jù)，并分別對結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行非線性動(dòng)力時(shí)程分析，以每次結(jié)構(gòu)模型的最大響應(yīng)結(jié)構(gòu)，繪制結(jié)構(gòu)損傷指標(biāo)D與地震動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)IM的曲線，即IDA曲線.最終通過對多組IDA曲線數(shù)據(jù)的回歸統(tǒng)計(jì)，構(gòu)建易損性需求函數(shù)，繪制地震易損性曲線從而得到各性能水準(zhǔn)下的破壞概率.相較于傳統(tǒng)彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析僅能對某一特定地震動(dòng)下的動(dòng)力響應(yīng)做出評估，增量動(dòng)力分析法的多組等比調(diào)幅后的地震動(dòng)樣本能較好的考慮地震動(dòng)的不確定性，從而避免地震隨機(jī)性對分析結(jié)果的影響，較真實(shí)地反映出建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能.

1.3.2 結(jié)構(gòu)地震易損性分析步驟

以數(shù)值模擬法進(jìn)行結(jié)構(gòu)地震易損性分析是一個(gè)復(fù)雜的分析過程，不僅僅計(jì)算量較為龐大，而且伴隨著眾多不確定性因素的影響.易損性分析過程中，不僅需要考慮屈服強(qiáng)度、彈性模量等材料性能不確定性，還需要考慮屋面質(zhì)量、矢跨比、初始缺陷等結(jié)構(gòu)不確定性，而地震動(dòng)的不確定性更是不容忽視.上述不確定性也正是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)結(jié)果出現(xiàn)隨機(jī)性的直接原因.故而，如何在量化各類不確定性因素的同時(shí)，又保證計(jì)算量在可控范圍之內(nèi)，便是結(jié)構(gòu)地震易損性領(lǐng)域需要不斷突破的一個(gè)問題.

實(shí)際上，理論地震易損性分析的具體過程可以是十分靈活的，不同的研究學(xué)者，依據(jù)不同的研究結(jié)構(gòu)類型、不同的損傷指標(biāo)、甚至于不同的計(jì)算條件等，地震易損性分析的過程都可以是異同的.而這一點(diǎn)也恰好從側(cè)面說明基于IDA法的地震易損性分析所蘊(yùn)含的廣闊發(fā)展空間.以下給出通常情況下，構(gòu)建地震易損性曲線的基本步驟（詳細(xì)流程見圖2），不同學(xué)者在構(gòu)建易損性曲線的具體過程會有所差異：

圖2 地震易損性分析流程

1）綜合考量結(jié)構(gòu)自身不確定性因素和地震動(dòng)不確定性；

2）將上述不確定性納入易損性分析之中，建立易損性結(jié)構(gòu)-地震動(dòng)隨機(jī)樣本對；

3）將隨機(jī)樣本通過各類有限元軟件建模，借助增量動(dòng)力分析法（IDA法）得到結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)；

4）以結(jié)構(gòu)地震動(dòng)響應(yīng)參數(shù)為基礎(chǔ)，劃分出各類型結(jié)構(gòu)對應(yīng)的性態(tài)水準(zhǔn)；

5）依據(jù)各類型結(jié)構(gòu)自身破壞特性，建立其對應(yīng)的損傷模型，從而量化結(jié)構(gòu)損傷指標(biāo)，用以具體量化各性態(tài)水準(zhǔn)；

6）基于概率統(tǒng)計(jì)原理，研究結(jié)構(gòu)在不同PGA下超越各性態(tài)水準(zhǔn)的條件概率；

7）根據(jù)上述概率結(jié)果，繪制結(jié)構(gòu)地震易損性曲線，并以此評估結(jié)構(gòu)的抗震性能.

2 建筑結(jié)構(gòu)地震易損性研究現(xiàn)狀

2.1 地震易損性分析的國外研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)60年代末，美國學(xué)者Cornell[9]基于概率地震需求理論最早提出結(jié)構(gòu)地震易損性的概念，伴隨易損性理論研究的逐漸完善，于70年代初在核電站的地震風(fēng)險(xiǎn)評估中首次引入此分析研究方法.在Cornell等[10]將增量動(dòng)力分析方法（IDA法）引入結(jié)構(gòu)的地震易損性評估后，結(jié)構(gòu)的地震易損性研究開始大量應(yīng)用于傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)；在基于性能的設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)上，美國地震損失評估軟件HAZUS[11]通過匯總大量易損性研究成果并結(jié)合能力譜分析法，給出了各類型建筑結(jié)構(gòu)的地震易損性曲線，從而正式將該理論用于工程實(shí)踐.

歐洲學(xué)者Dimova等[12]評定了保加利亞地區(qū)按照歐洲規(guī)范設(shè)計(jì)的框架結(jié)構(gòu)的地震易損性；Vona[13]采用98版歐洲地震烈度表用來描述結(jié)構(gòu)損傷程度，并基于線性動(dòng)力分析建立鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的易損性曲線；El-Shami和Ibrahim[14]采用SeismoStruct軟件對4層和8層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，并通過對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)建立了相應(yīng)的地震易損性曲線；對帶有減震耗能元件的特殊建筑或具有重要?dú)v史意義的建筑進(jìn)行地震易損性分析，可以定量的評估其抗震性能，這些建筑由于其材料或者結(jié)構(gòu)形式的特殊性，使得對其進(jìn)行易損性研究同樣有著重要的意義.基于此，國外學(xué)者進(jìn)行了深入的研究工作，并取得了一定的成果.Dimova等[15]將帶有摩擦阻尼裝置的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)性的地震易損性評估，并探討了地震動(dòng)強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)響應(yīng)間的相互關(guān)聯(lián).

近年來，隨著易損性理論的不斷發(fā)展，國外專家學(xué)者們提出了更多的創(chuàng)新性理論.Vlatko[16]提出在地震多發(fā)區(qū)域，舊砌體建筑物的地震評估受到許多不確定性的影響，這些不確定性不僅可能歸因于地震運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性，而且還歸因于結(jié)構(gòu)自身的物理變化以及建模策略.通過兩個(gè)案例的研究，初步揭示了斯洛文尼亞磚石建筑地震易損性評估的建模選擇和特定結(jié)構(gòu)知識的不確定性的影響.Desprez[17]提出了一種多纖梁單元的簡化模型，以地方指標(biāo)來量化FRP改造前后結(jié)構(gòu)的損傷程度，并采用HAZUS或Risk-UE全球指標(biāo)評估FRP改造前后現(xiàn)有鋼筋混凝土建筑的地震易損性.Tushar K Mandal等[18]提出的一種新的回歸方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的線性或者二次回歸.該新方法可在同時(shí)估計(jì)多個(gè)極限狀態(tài)易損性的同時(shí)，降低統(tǒng)計(jì)計(jì)算的工作量.由于需要考慮結(jié)構(gòu)、地震動(dòng)等各類不確定性，致使解析法地震易損性分析是一個(gè)較為耗時(shí)的過程，為了更好提升易損性的分析效率，Liu等[19]以地震破壞數(shù)據(jù)訓(xùn)練人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN），用于預(yù)測鋼框架結(jié)構(gòu)的地震損傷.Alin Radu[20]提出了一種改進(jìn)的雙變量強(qiáng)度參數(shù)，表示為力矩大小和震源距為參數(shù)的矢量形式，從而取代傳統(tǒng)強(qiáng)度參數(shù)PGA，提高了地震響應(yīng)估計(jì)的準(zhǔn)確性.

2.2 地震易損性分析的國內(nèi)研究現(xiàn)狀

與歐美、日本等國家相比，在建筑結(jié)構(gòu)地震易損性研究領(lǐng)域我國起步時(shí)間相對較晚.20世紀(jì)80年代初，高小旺等[21]開始了對磚房結(jié)構(gòu)失效概率及震害預(yù)測的相關(guān)研究，雖然當(dāng)時(shí)并沒有明確界定易損性的概念，但卻為后來學(xué)者們對地震易損性的學(xué)習(xí)奠定了一定的理論基礎(chǔ).

2010年開始，關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)地震易損性的相關(guān)研究開始在我國大量出現(xiàn)，綜合論述近些年來我國建筑結(jié)構(gòu)地震易損性的研究成果，可歸納總結(jié)出如下特點(diǎn)：

1）將結(jié)構(gòu)地震易損性分析理論，運(yùn)用于各種不同類型的單體結(jié)構(gòu).黃棟等[22]通過對高層框架結(jié)構(gòu)的易損性分析，用以預(yù)測其破壞概率；李志安等[23]針對大跨度張弦梁結(jié)構(gòu)，對其進(jìn)行了超越概率及罕遇地震下的結(jié)構(gòu)地震易損性研究；張令心等[24]以某50層超高層混合結(jié)構(gòu)為例，對其在7度多遇及罕遇地震下的性能狀態(tài)進(jìn)行了地震易損性研究；陳誠[25]在考慮地震動(dòng)與結(jié)構(gòu)不確定性的基礎(chǔ)上，對空間剛框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相關(guān)地震易損性研究，并對比分析了不同性能指標(biāo)下的易損性曲線的差異；鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)由于優(yōu)點(diǎn)眾多,被當(dāng)今社會廣泛應(yīng)用，劉春燕等[26]對三種不同柱梁類型的型鋼混凝土模型進(jìn)行IDA分析，獲得了各模型的地震易損性曲線，計(jì)算了結(jié)構(gòu)各性態(tài)水準(zhǔn)下的超越概率.研究表明：隨結(jié)構(gòu)柱梁抗彎承載力之比的增大，結(jié)構(gòu)的倒塌概率呈下降趨勢.張海等[27]通過考慮砌體結(jié)構(gòu)場地條件、高寬比、橫墻面積比三大因素，以七棟典型砌體結(jié)構(gòu)運(yùn)用IDA法進(jìn)行算例分析，得到該結(jié)構(gòu)地震易損性曲線.湯旭等[28]通過建立框架剪力墻基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)模型下的增量動(dòng)力時(shí)程分析，借助概率統(tǒng)計(jì)分析，得到了框剪結(jié)構(gòu)的各極限狀態(tài)下的破壞概率，結(jié)果表明為此類基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出良好的抗震性能；吳迪等[29]提出一種通過模型振動(dòng)臺試驗(yàn)建立結(jié)構(gòu)易損性需求模型的地震易損性分析方法，通過研究原結(jié)構(gòu)模型在不同水準(zhǔn)地震作用下的破壞概率，初步探索了斜交網(wǎng)格-核心筒這一新型高層結(jié)構(gòu)的震害風(fēng)險(xiǎn)水平.

2）考慮時(shí)間、環(huán)境作用下的材料性能退化，研究基于結(jié)構(gòu)全壽命周期下的多齡期時(shí)變地震易損性.鄭山鎖等[30]以一棟15層3跨鋼框架結(jié)構(gòu)為例，通過建立在考慮現(xiàn)有鋼材銹蝕規(guī)律的基礎(chǔ)下的多齡期本構(gòu)，建立了鋼框架結(jié)構(gòu)在不同服役時(shí)間下的地震易損性曲線.隨后，與張曉輝等[31]模擬近海環(huán)境，通過實(shí)驗(yàn)獲得鋼材力學(xué)性能退化規(guī)律，并以此為基礎(chǔ)，建立了多齡期時(shí)變損傷模型，從而對6層鋼框架結(jié)構(gòu)的不同齡期的地震易損性作進(jìn)一步的研究；史義博等[32]以單層凱威特網(wǎng)殼為研究對象，在考慮材料損傷累積和初始缺陷的基礎(chǔ)上，提出了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震下的損傷模型；徐善華等[33]基于鋼材的加速腐蝕試驗(yàn)，提出了鋼材強(qiáng)度、延性與銹蝕程度的變化規(guī)律，建立了多齡期下鋼框架結(jié)構(gòu)地震易損性曲線，用以評定銹蝕鋼框架抗震性能.上述研究成果，不僅為結(jié)構(gòu)全壽命周期下的地震風(fēng)險(xiǎn)評估提供了理論依據(jù)，同時(shí)為結(jié)構(gòu)的長期運(yùn)營及維護(hù)起到了積極的推進(jìn)作用.

3）根據(jù)不同類型結(jié)構(gòu)的地震易損性需求，逐步修正并完善運(yùn)用于建筑結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)地震易損性分析理論.于曉輝等[34]針對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)地震易損性分析時(shí)，往往僅考慮地震動(dòng)的不確定性，而忽略結(jié)構(gòu)不確定性這一問題.在基于可靠度理論的基礎(chǔ)上，提出了一種考慮結(jié)構(gòu)不確定性的隨機(jī)IDA方法，并以某鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)為例，表明結(jié)構(gòu)地震易損性分析中考慮結(jié)構(gòu)不確定性的必要性；空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)由于其自身破壞機(jī)理的復(fù)雜性，使得普通結(jié)構(gòu)地震易損性的研究成果往往并不適用，聶桂波等[35]以單層凱威特網(wǎng)殼為例，提出了基于此類結(jié)構(gòu)地震作用下多項(xiàng)特征響應(yīng)的損傷因子，用以更精確量化網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的分級性能水準(zhǔn)，從而極大地推動(dòng)了地震易損性分析從單一參數(shù)損傷指標(biāo)向多參數(shù)損傷指標(biāo)發(fā)展的腳步；杜永峰等[36]針對西部地區(qū)常見的濕陷性黃土易產(chǎn)生不均勻沉降的特殊性質(zhì)，對比研究了地基隔震支座在發(fā)生不均勻沉降與未發(fā)生沉降時(shí)的上部結(jié)構(gòu)地震易損性，對今后軟土地基結(jié)構(gòu)的易損性研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義；IDA法雖然能較好的考慮地震動(dòng)的不確定性，但是存在計(jì)算量大，實(shí)際應(yīng)用中耗時(shí)較長的問題，王豐等[37]在傳統(tǒng)IDA方法的基礎(chǔ)上，引入等效單自由度體系假設(shè)，給出了一種簡化的IDA方法，通過算例與傳統(tǒng)IDA相比較，表明該簡化IDA法計(jì)算量小，且得到的結(jié)果偏于安全；張永兵等[38]用OpenSees建立了基于改進(jìn)IMK恢復(fù)力的填充墻RC框架模型，通過對其進(jìn)行地震易損性分析，表明底層不布置及少布置填充墻的RC框架結(jié)構(gòu)不能達(dá)到我國抗震規(guī)范的要求，認(rèn)為在工程上應(yīng)避免此類框架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用；與遠(yuǎn)場地震動(dòng)不同，近場地震動(dòng)具有獨(dú)特的瞬時(shí)脈沖性，因此對結(jié)構(gòu)造成的破壞會有差異，魏鑫等[39]探討了近場地震動(dòng)作用下半剛接鋼框架結(jié)構(gòu)的各性能水準(zhǔn)下的超越概率；徐強(qiáng)等[40]在考慮多重不確定性的的基礎(chǔ)上，引入西安地區(qū)場地裂縫，基于多個(gè)齡期的鋼框架結(jié)構(gòu)易損性模型，對比分析了該結(jié)構(gòu)不考慮與考慮地裂縫情況下的易損性結(jié)果，提出了考慮地裂縫因素下的易損性建立方法；王洋[41]在考慮構(gòu)件變形的框架結(jié)構(gòu)易損性研究中，分別采用截取部分單元法與實(shí)際模型法建立易損性曲線，并將結(jié)果進(jìn)行對比，認(rèn)為截取單元法更適用于中、高層框架結(jié)構(gòu)；周長東等[42]分別以一維、二維、三維地震動(dòng)對240 m高的鋼筋混凝土煙囪進(jìn)行多維激勵(lì)下的地震易損性研究.研究表明：該結(jié)構(gòu)考慮多維地震作用后，結(jié)構(gòu)的破壞概率顯著提升，IDA法下的結(jié)構(gòu)地震易損性，應(yīng)采用能夠更全面體現(xiàn)結(jié)構(gòu)薄弱位置三維地震動(dòng)輸入.

由此可見，近年來隨著建筑結(jié)構(gòu)地震易損性相關(guān)研究的逐漸展開，地震易損性研究對基于性能的抗震設(shè)計(jì)發(fā)展的重要性已得到眾多專家、學(xué)者們的廣泛認(rèn)同.當(dāng)下，雖然已經(jīng)在地震易損性理論方面取得了部分有價(jià)值的研究成果，然而就目前來看，我國建筑結(jié)構(gòu)地震易損性研究成果之間尚缺乏系統(tǒng)性，但對我國建筑工程領(lǐng)域易損性的應(yīng)用與長足發(fā)展仍起到了積極的推動(dòng)作用.

3 當(dāng)前研究存在的主要問題與展望

與早期傳統(tǒng)的確定性建筑結(jié)構(gòu)抗震工程理論相比，地震易損性分析最突出的特點(diǎn)之一便是可以綜合考量各類型不確定性對結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響，即將眾多不確定性聯(lián)系在一起的同時(shí)，考慮其影響大小和傳遞效果.與此同時(shí)，如何合理評估并準(zhǔn)確量化各類不確定性便成為當(dāng)下地震易損性分析所面臨的最大挑戰(zhàn)之一，因?yàn)榈卣鹨讚p性分析中不確定性因素量化的準(zhǔn)確與否，將直接影響結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的結(jié)果并最終影響易損性結(jié)果的預(yù)測精度.

近年來我國在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的諸多地震易損性研究或多或少已然考慮了各類不確定性的影響并在一定程度上將其量化.從研究領(lǐng)域來看，地震易損性分析中不確定性可分成兩大類型：事物或事件本身所固有的內(nèi)在隨機(jī)性，稱為本質(zhì)不確定性;由于研究人員當(dāng)下的知識儲備不足，缺乏更深層次認(rèn)知而造成的不確定性，稱為知識不確定性[43].基于可靠度理論的地震易損性分析過程實(shí)際可視為眾多不確定性量化與傳遞的過程，作為當(dāng)前地震易損性不確定研究領(lǐng)域的兩大主要載體，地震動(dòng)不容忽視的隨機(jī)性與工程結(jié)構(gòu)本身存在的不確定性是當(dāng)下研究主流.因此，如何合理準(zhǔn)確的考量這些不確定性因素的影響就顯得尤為重要.理論上來說，如果考慮的不確定性因素越多，那么建立的地震易損性曲線便會越精確，但如果將所有地震易損性研究的不確定性因素全都考慮，又勢必會導(dǎo)致分析計(jì)算量過于龐大且出現(xiàn)不確定性“過飽和”現(xiàn)象[44].

作為當(dāng)代抗震研究領(lǐng)域的核心研究方向，本文在系統(tǒng)地回顧了現(xiàn)有國內(nèi)外建筑結(jié)構(gòu)地震易損性領(lǐng)域理論成果的基礎(chǔ)上，簡要論述了基于可靠度與風(fēng)險(xiǎn)為性能目標(biāo)的地震易損性研究理論，歸納總結(jié)出各種易損性分析方法的各自特點(diǎn)和適用性以及迄今國內(nèi)外結(jié)構(gòu)地震易損性的研究現(xiàn)狀.筆者結(jié)合當(dāng)前我國在易損性研究上存在的問題，認(rèn)為今后可以在以下幾方面進(jìn)行深入拓展研究：

1）由第二代基于性能的地震易損性理論可知，結(jié)構(gòu)的地震易損性研究包括結(jié)構(gòu)的整體層次以及構(gòu)件層次[45].對于結(jié)構(gòu)整體層次的易損性分析，我國已有較多的研究成果，然而卻少有針對結(jié)構(gòu)構(gòu)件層次的易損性分析，尤其是非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的地震易損性研究.但是，從近些年多次破壞性地震中建筑結(jié)構(gòu)受到的震害可知：非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（如填充墻、屋面板、檁條等）容易在地震中出現(xiàn)損傷，而且這種損傷對建筑恢復(fù)使用功能有著較大的負(fù)面影響.因而，在分析建筑結(jié)構(gòu)的地震易損性時(shí)，通過研究非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（如填充墻、屋面板、檁條等）的性能水準(zhǔn)破壞狀態(tài)，更能真實(shí)、直觀地展現(xiàn)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的抗震性能.事實(shí)上，針對結(jié)構(gòu)構(gòu)件（包括非結(jié)構(gòu)構(gòu)件）層次的地震易損性研究也正好契合第二代地震易損性理論的研究需求.

2）地震易損性超越概率以服從對數(shù)正態(tài)分布為基本假定進(jìn)行描述，最早在20世紀(jì)80年代提出便沿用至今，雖然存在尾部區(qū)域不保守等弊端[46]，但該假定卻一直憑借其顯著的便捷性，成為當(dāng)下認(rèn)可度最高、普及度最廣且應(yīng)用最多的概率易損性分布模型.然而，縱觀當(dāng)下的地震易損性研究領(lǐng)域，卻極少有易損性概率分布模型方面的相關(guān)研究.因此，針對地震易損性概率分布模型的進(jìn)一步的深入拓展顯得尤為迫切.

3）當(dāng)下，大跨空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在我國有著廣闊的發(fā)展前景，然而，空間結(jié)構(gòu)作為一種典型的形態(tài)結(jié)構(gòu)，失穩(wěn)破壞是結(jié)構(gòu)的主要破壞形式，地震作用下，通常難以根據(jù)位移等參數(shù)建立其損傷模型，從而使得傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)易損性理論往往不能直接用于空間結(jié)構(gòu)易損性分析上.隨著我國建設(shè)水平的不斷發(fā)展，現(xiàn)代社會對大跨空間結(jié)構(gòu)的需求已逐漸顯露，在以建筑物規(guī)模宏大、技術(shù)先進(jìn)、形式新穎等作為衡量一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合實(shí)力的今天，我國在大跨空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)地震易損性上的研究成果，越來越顯得捉襟見肘.根據(jù)我國《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）的規(guī)定，對于跨度大于120 m的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，需考慮在地震傳播過程時(shí)局部場地效應(yīng)、行波效應(yīng)及相干效應(yīng)對大跨度空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)產(chǎn)生的影響[47].因此，對大跨度空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震易損性分析時(shí)，采用多維多點(diǎn)激勵(lì)綜合考慮此類效應(yīng)產(chǎn)生的影響亦有著重大的工程意義.

4）建筑結(jié)構(gòu)在遭受震害時(shí)，往往會多次經(jīng)受余震所帶來的損傷沖擊，然而，目前國內(nèi)外針對地震易損性工作的研究多為一次性地震動(dòng)輸入，即僅考慮主震害作用下的結(jié)構(gòu)易損性，而忽略建筑結(jié)構(gòu)在多次余震作用下，因損傷累積而導(dǎo)致的抗震性能衰變，這便與實(shí)際工程結(jié)構(gòu)往往遭受主、余震下多次地震動(dòng)損傷嚴(yán)重不符.多次地震動(dòng)作用下建筑結(jié)構(gòu)抗震性能衰變規(guī)律與其對應(yīng)易損性函數(shù)的研究尚需更多的深入研究.因此，如何考慮余震作用對結(jié)構(gòu)的持續(xù)損傷累積，使分析結(jié)果更加真實(shí)地反映建筑物在震害下的損傷概率，將是結(jié)構(gòu)地震易損性深入拓展的另一個(gè)重要研究方向.

4 結(jié) 語

過去二十年來，隨著建筑結(jié)構(gòu)地震易損性相關(guān)研究的逐步深入，我國在地震易損性理論上也取得了一定的成績，然而從目前來看，我國建筑結(jié)構(gòu)地震易損性研究成果之間較為獨(dú)立，尚未能系統(tǒng)的形成有工程實(shí)際意義且具廣泛應(yīng)用價(jià)值的研究成果.在已有地震易損性分析理論的基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌考慮易損性分析中多種不確定性及其之間的傳遞聯(lián)動(dòng)效應(yīng)，合理準(zhǔn)確的量化地震動(dòng)輸入?yún)?shù)、性能水準(zhǔn)損傷指標(biāo)、易損性概率分布模型等各類相關(guān)因素，建立一套更有效的地震易損性分析理論，用于直接指導(dǎo)基于性能的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，尚需眾專家學(xué)者們的不懈努力.