張　傲,　唐朝暉,　柴　波,　黃　璇

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心,湖北 武漢　430074; 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) (武漢) 工程學(xué)院,湖北 武漢　430074; 3.湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院,湖北 武漢　430074)

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鋼混建筑物落石碰撞的易損性定量評(píng)價(jià)

張傲1,唐朝暉2,柴波2,黃璇3

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心,湖北 武漢430074; 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) (武漢) 工程學(xué)院,湖北 武漢430074; 3.湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院,湖北 武漢430074)

摘要:為評(píng)價(jià)鋼混建筑物落石碰撞的易損性,文章提出力學(xué)機(jī)理明晰的易損性定量方法。以廣西鳳山市4號(hào)礦山坡腳4層鋼混建筑物為實(shí)例,考慮落石速度、大小和軌跡,分析不同條件落石的碰撞概率;采用SAP2000建立建筑物有限元模型,進(jìn)行建筑物抗倒塌模擬;結(jié)合建筑物物理與經(jīng)濟(jì)損傷指數(shù)之間的相關(guān)性,計(jì)算易損性定量評(píng)價(jià)矩陣。結(jié)果表明:該鋼混建筑物易損性值為0~1,對(duì)直徑3.4 m以上的落石較為敏感,易受其高度破壞;易損性指數(shù)與落石速度和大小有關(guān),落石低速時(shí)即使體積再大也不可能造成建筑物高度損傷,高速時(shí)即使體積微小也足以造成高度損傷。鋼混建筑物易損性評(píng)價(jià)矩陣的精確得出，說明該方法應(yīng)用靈活,突破了傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)方法的諸多局限性,能夠作為建筑物進(jìn)一步風(fēng)險(xiǎn)研究的定量化依據(jù)。

關(guān)鍵詞:落石;SAP2000軟件;鋼混建筑物;抗倒塌模擬;易損性定量評(píng)價(jià)矩陣

地質(zhì)災(zāi)害定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與管理和居民生命財(cái)產(chǎn)安全密切相關(guān)。近年來有關(guān)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究取得了許多重要成果,并廣泛應(yīng)用于山區(qū)、高速公路、礦山等最優(yōu)化風(fēng)險(xiǎn)管理。在落石風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中,除危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)之外,易損性評(píng)價(jià)也是重要環(huán)節(jié)。對(duì)于落石地質(zhì)災(zāi)害,即使其發(fā)生危險(xiǎn)性較高,但由于建筑物結(jié)構(gòu)系統(tǒng)魯棒性能好、易損性值較小,最終的風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果可能很低。因此,可靠的易損性指數(shù)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)十分重要。

早期對(duì)建筑物易損性研究以統(tǒng)計(jì)分析方法為主。在滑坡風(fēng)險(xiǎn)分析中基于應(yīng)用范圍、建筑物類型、損傷評(píng)估假設(shè),文獻(xiàn)[1]提出了明確的易損性綜合分析方法;文獻(xiàn)[2]考慮到建筑物自身性質(zhì)(類型、自然條件、年齡),提出了模糊框架用于分類滑坡作用下建筑物的易損性;文獻(xiàn)[3]基于觀察和分析以往事件中建筑物的損傷,提出了落石易損性函數(shù);文獻(xiàn)[4]以定性的專家評(píng)判法估算了澳大利亞低、中、高3種強(qiáng)度泥石流所對(duì)應(yīng)的建筑物易損度;文獻(xiàn)[5]以意大利阿爾卑斯山區(qū)2008年泥石流災(zāi)害調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),建立了該研究區(qū)內(nèi)磚砌結(jié)構(gòu)建筑物的易損度曲線,與文獻(xiàn)[4,6]研究成果類似。以上方法需要?dú)v史事件數(shù)據(jù)的支持,對(duì)建筑物易損性評(píng)價(jià)以統(tǒng)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)解為主,以此建立的建筑物易損度曲線普適性差且力學(xué)機(jī)理不明,存在諸多局限和問題。另一方面,與災(zāi)害評(píng)價(jià)領(lǐng)域成果相比,國(guó)內(nèi)建筑物易損性研究大都集中于地震、滑坡、泥石流災(zāi)害等[7-10],有關(guān)落石的易損性定量研究成果較少。

本文基于落石對(duì)建筑物響應(yīng)特征分析,定義了落石作用下鋼混建筑物易損性定量研究中的各類評(píng)價(jià)指數(shù),以數(shù)值計(jì)算為手段、以建立建筑物結(jié)構(gòu)易損性的機(jī)理模型為核心,提出了力學(xué)機(jī)理明晰的建筑物易損性定量研究方法。針對(duì)廣西鳳山市4號(hào)礦山坡腳4層鋼混建筑物,考慮落石速度、大小和軌跡等不同條件,分析落石的碰撞概率;采用SAP2000建立建筑物有限元模型進(jìn)行建筑物抗倒塌模擬,結(jié)合建筑物物理損傷指數(shù)與經(jīng)濟(jì)損傷指數(shù)之間的相關(guān)性,精確得到了該建筑物對(duì)落石的響應(yīng)特征和易損性定量評(píng)價(jià)矩陣。

1易損性定量研究方法

建筑物易損性定量研究是落石風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的重要內(nèi)容。落石風(fēng)險(xiǎn)通過定量災(zāi)害方程的組成成分計(jì)算得到,但這些分析需基于易損性評(píng)價(jià)。文獻(xiàn)[11]認(rèn)為落石風(fēng)險(xiǎn)的期望值與落石路徑(例如對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件碰撞的可能性)和碰撞過程中的能量交換(落石在一個(gè)特定速度下運(yùn)行的可能性)有關(guān),提出了落石風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方程,即

(1)

其中,R(P)為落石作用下年度平均價(jià)值損失;P(Ri)為年內(nèi)落石強(qiáng)度為i的概率;P(I:Ri)為落石強(qiáng)度i時(shí)與結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生碰撞的危險(xiǎn)概率;P(S：T)為結(jié)構(gòu)構(gòu)件空間上的危險(xiǎn)概率;V(Ri)為落石強(qiáng)度i時(shí)對(duì)應(yīng)的建筑物易損性;C為建筑物的價(jià)值。由此可以看出,易損性作為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的參數(shù),表示建筑物具體經(jīng)濟(jì)價(jià)值上的損傷程度。在進(jìn)行定量評(píng)價(jià)鋼混建筑物易損性時(shí),可以從落石碰撞造成的損失相對(duì)于建筑物原價(jià)值的角度進(jìn)行研究。

文獻(xiàn)[12]認(rèn)為易損性是指受災(zāi)體遭受地質(zhì)災(zāi)害破壞機(jī)會(huì)的多少與發(fā)生損毀的難易程度,體現(xiàn)在遭受破壞的概率和受損難易2個(gè)方面?；谝陨戏治隹芍?易損性定量評(píng)價(jià)包括定量化落石碰撞概率和定量化落石碰撞建筑物造成的損傷。因此在進(jìn)行鋼混建筑物落石碰撞的易損性研究中可以按以下流程進(jìn)行:① 不同條件的落石碰撞概率計(jì)算;② 各碰撞條件下鋼混建筑物的損傷評(píng)價(jià);③ 鋼混建筑物易損性綜合定量計(jì)算。

2實(shí)例分析

以廣西鳳山城區(qū)周邊4號(hào)礦山為例,研究建筑物受落石碰撞的響應(yīng)和定量的易損性。掌子面邊坡下為3棟辦公及宿舍樓,建筑物為鋼混框架結(jié)構(gòu)。根據(jù)鳳山市住建局設(shè)計(jì)室提供的數(shù)據(jù),建筑物為框架結(jié)構(gòu),每棟建筑共4層,每層高3.6 m,柱網(wǎng)尺寸為 4 400 mm×4 400 mm,跨數(shù)為X方向4跨、Y方向3跨。礦山掌子面邊坡前建筑物結(jié)構(gòu)的平面圖如圖1所示。

圖1　礦山掌子面邊坡前建筑物結(jié)構(gòu)平面圖

采用有限元軟件SAP2000建立4層框架有限元模型,并進(jìn)行結(jié)構(gòu)模型的配筋設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

圖2　礦山掌子面邊坡前建筑物結(jié)構(gòu)模型

2.1落石碰撞概率

落石碰撞建筑物時(shí),由于落石碰撞角度、速度和大小不同,具有不同的碰撞軌跡方案。在每個(gè)單獨(dú)的方案中,落石可能與建筑物的角柱、中心柱、邊墻發(fā)生不同程度的碰撞,與這3種結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生碰撞的概率均有不同,需分別計(jì)算。

落石碰撞示意圖如圖3所示。

圖3　落石碰撞示意圖

由圖3可知,建筑物單跨寬度為a=lw+lc,落石與外墻發(fā)生碰撞的范圍為lw+d,因此碰撞外墻的概率為:

(2)

同理，落石與外墻發(fā)生碰撞的范圍為lc+d,而該建筑物為對(duì)稱結(jié)構(gòu),角柱、中心柱各占1/2,因此碰撞角柱、中心柱的概率為:

(3)

(4)

由此可得到落石直徑與建筑物各結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生碰撞的概率曲線,如圖4所示。

圖4　落石與建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)件碰撞概率

2.2鋼混建筑物損傷評(píng)價(jià)

鋼混建筑物對(duì)于落石的響應(yīng)依賴于撞擊位置和強(qiáng)度,合理的建筑物損傷評(píng)價(jià)必須依據(jù)落石碰撞建筑物的特征分析。

對(duì)于落石邊坡腳下的鋼混建筑物,落石對(duì)建筑物的碰撞形式主要有:① 自由落體的落石洞穿屋頂;② 以一定軌跡運(yùn)動(dòng)撞擊在建筑物外墻,造成建筑物結(jié)構(gòu)損毀；③ 落石洞穿外墻。在上述碰撞影響中,傷害可以分成以下幾類:主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件(例如柱子、梁)損傷，直接決定整體穩(wěn)定性;次要結(jié)構(gòu)構(gòu)件(例如梁板)損傷;主要非結(jié)構(gòu)構(gòu)件(例如天花板、填充墻)損傷;次要非結(jié)構(gòu)構(gòu)件(例如家具、掛飾物)損傷;服務(wù)類構(gòu)件(例如電線、家電)損傷;人員損傷。損傷量依賴于碰撞位置和建筑物自身的穩(wěn)定性。

在各類碰撞位置中,只有柱和梁的影響能導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,而撞擊次要結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)于整個(gè)承載系統(tǒng)并不十分重要。

因此,本文將主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的響應(yīng)作為建筑物損傷評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。

2.2.1物理損傷

落石碰撞建筑物時(shí)，主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件失效可能造成連續(xù)性倒塌。落石對(duì)建筑物的作用強(qiáng)度通過落石的動(dòng)能表示,即

(5)

其中,m為塊石質(zhì)量;v為塊石與建筑物碰撞前的速度。

在給定落石碰撞位置和動(dòng)能條件下,建筑物損傷量可由損傷指數(shù)DI表示,為失效的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)量和所有主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)量之比,即

(6)

針對(duì)每個(gè)落石碰撞方案,移除落石碰撞路徑上的柱子,施加荷載于移除后的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)上,進(jìn)行落石碰撞后結(jié)構(gòu)模型的線性靜力分析,實(shí)現(xiàn)建筑物抗倒塌仿真模擬。模擬結(jié)果表明,落石垂直入射碰撞建筑物造成的傷害更大,因此垂直入射方案更典型、更具有代表性。選取垂直入射方案作為易損性指數(shù)V(Ri)定量研究的基準(zhǔn)方案,落石垂直入射時(shí)與建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生碰撞的所有方案如圖5所示。

圖5　垂直入射方案

在移除落石碰撞路徑上的柱子之后分析結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的應(yīng)力狀態(tài),去除失效構(gòu)件直至結(jié)構(gòu)系統(tǒng)達(dá)到新平衡狀態(tài)。各垂直入射方案最終狀態(tài)和各損傷指數(shù)DI如圖6所示。由圖6可知，DI分布范圍為0～1,在方案11中落石碰撞墻體這類非結(jié)構(gòu)構(gòu)件不會(huì)造成建筑物物理結(jié)構(gòu)損傷,在方案9、10中落石碰撞多個(gè)以上中心柱造成建筑物全部倒塌。

2.2.2經(jīng)濟(jì)損傷

建筑物易損性強(qiáng)調(diào)災(zāi)害可能造成的損失或損失程度,體現(xiàn)在建筑物易于受到傷害或損失的性質(zhì)、狀態(tài)或敏感性。計(jì)算得到的損傷指數(shù)DI僅在物理結(jié)構(gòu)方面反應(yīng)了建筑物的損傷程度,但這種描述不是十分精確。假如建筑物大部分發(fā)生了倒塌,仍存在一小部分物理結(jié)構(gòu),但是在技術(shù)上無法修復(fù),需整體重建,從經(jīng)濟(jì)角度來說建筑物損失程度就是全部損毀,這兩者之間存在一定差異。因此,為了準(zhǔn)確評(píng)價(jià)因落石造成的損傷,需定義一個(gè)指標(biāo)來描述經(jīng)濟(jì)損傷,即使用客觀修復(fù)成本比率RO，公式為：

(7)

由于損傷指數(shù)DI能清晰地表示結(jié)構(gòu)損傷程度,為此,將損傷指數(shù)DI作為輸入,描述經(jīng)濟(jì)損傷的指數(shù)RO作為輸出,RO作為DI的一個(gè)關(guān)聯(lián)函數(shù),使物理上的結(jié)構(gòu)損傷和非結(jié)構(gòu)損傷轉(zhuǎn)化為相對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損傷。

雖然RO涉及貨幣修復(fù)成本,但并不是由(7)式計(jì)算,而是通過DI指數(shù)與修復(fù)成本相聯(lián)系計(jì)算得到的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在建立DI和RO的關(guān)系時(shí),將DI值分成不同的損傷層次,根據(jù)建筑物的特性(尺寸、材料等)分別建立不同層次下DI和RO之間的相關(guān)函數(shù)。另外,結(jié)構(gòu)構(gòu)件或建筑物的修復(fù)成本可能比其初始價(jià)值更高,因?yàn)榫S修成本還包括額外的改造費(fèi)用。當(dāng)沒有大范圍的倒塌時(shí),RO與DI成正比,通常前者高于后者;當(dāng)發(fā)生大范圍的破壞時(shí),修復(fù)在技術(shù)上不可行,修復(fù)比建筑物重建的花費(fèi)要高，修復(fù)不如重建,從這方面來看RO是不會(huì)大于1的。因此,高等級(jí)損傷的DI與RO一致等于1。

RO與DI關(guān)系曲線如圖7所示。

圖7　RO與DI關(guān)系曲線

為了得到RO和DI之間的關(guān)系,文獻(xiàn)[13]基于地震對(duì)建筑物的損傷調(diào)查,提出了建筑物的物理損傷程度和客觀修復(fù)成本比率相關(guān)關(guān)系及一系列損傷等級(jí)。

由于地震對(duì)于建筑物的影響和落石對(duì)于建筑物的影響基本一致,本文直接采用文獻(xiàn)[13]提供的信息。

對(duì)于每個(gè)損傷等級(jí),客觀修復(fù)成本比率RO具有一定的閾值,若建筑物為基本構(gòu)件損傷，RO在0～0.2之間,0.2～0.5則為局部連續(xù)倒塌,1為大范圍甚至全部倒塌。對(duì)于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷RO值為0.01。

2.3鋼混建筑物易損性定量計(jì)算

對(duì)于落石作用下鋼混建筑物,考慮落石碰撞概率Pk和描述經(jīng)濟(jì)損傷的客觀修復(fù)成本比率RO,將易損性V(Ri)表示為:

(8)

其中,Pk為強(qiáng)度i的落石與主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生碰撞的概率;ROk為強(qiáng)度i的落石與主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生碰撞之后的客觀修復(fù)成本比率。

將(2)～(4)式代入(8)式展開,得建筑物易損性V(Ri)為:

(9)

由落石直徑計(jì)算可得碰撞概率Pk、落石強(qiáng)度i時(shí)得到的損傷指數(shù)DI,進(jìn)而根據(jù)圖6和圖7將DI換算成RO,代入(9)式,計(jì)算得到易損性指標(biāo)矩陣,見表1所列。

表1鋼混建筑物易損性指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣

由表1可知,直徑1.00 m的落石當(dāng)速度小于4.0 m/s時(shí)造成的建筑物易損性為0.01,速度為4.0～6.0 m/s對(duì)應(yīng)的易損性為0.09,6.0～7.5 m/s對(duì)應(yīng)的易損性為0.17,8.0 m/s對(duì)應(yīng)的易損性為0.33;直徑2.00 m的落石當(dāng)速度小于1.5 m/s時(shí)造成的建筑物易損性為0.01,速度為3.0～8.0 m/s時(shí)易損性為0.56;直徑4.00 m的落石當(dāng)速度大于1.0 m/s時(shí),建筑物完全破壞,易損性為1.00。易損性指數(shù)呈非線性。速度為低速(0.5 m/s)時(shí),即使落石體積再大也不可能造成建筑物高度損傷;而在高速(8.0 m/s)時(shí)，落石甚至微小為1 m3也足以造成高度損傷。

由于建筑物易損性與損傷指數(shù)DI有關(guān),可采用圖7中DI的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)來區(qū)分建筑物易損性等級(jí)，并根據(jù)表1依次提出4種損傷狀態(tài):① 非結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷,碰撞導(dǎo)致主要非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞;② 僅結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷,碰撞導(dǎo)致主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞沒有進(jìn)一步損害;③ 局部倒塌,碰撞導(dǎo)致主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞,并導(dǎo)致結(jié)構(gòu)框架連續(xù)性倒塌,其損傷至30%;④ 大范圍甚至全部倒塌,碰撞導(dǎo)致主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞,并導(dǎo)致結(jié)構(gòu)系統(tǒng)連續(xù)性倒塌,其損傷超過30%。在表1中易損性指標(biāo)值為0、0.01、0.08~0.28和0.31~1.00分別對(duì)應(yīng)無損傷、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷、結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷和局部倒塌、大范圍甚至全部倒塌4種損傷狀態(tài)。

3結(jié)論

基于落石對(duì)建筑物影響分析,本文定義了各類評(píng)價(jià)指標(biāo)用于落石作用下鋼混建筑物易損性定量研究,并針對(duì)廣西鳳山市4號(hào)礦山下4層鋼混建筑物進(jìn)行易損性定量計(jì)算,得出如下結(jié)論:

(1) 落石對(duì)建筑物造成的損傷中,垂直入射損傷最大。落石碰撞軌跡分別為碰撞角柱、碰撞中心柱和碰撞邊墻,其中碰撞邊墻對(duì)建筑物物理結(jié)構(gòu)無損傷,碰撞中心柱損傷最大。

(2) 建筑物易損性定量指數(shù)為所有碰撞方案中碰撞概率與損傷指數(shù)乘積之和。易損性指數(shù)與落石速度和大小有關(guān),落石速度低速時(shí)即使體積再大也不可能造成建筑物高度損傷,高速時(shí)即使落石微小也足以造成高度損傷。

(3) 易損性值為0～1。易損性值越大表示建筑物受到該條件落石造成的損傷越大。當(dāng)落石直徑超過3.40 m且速度大于1.0 m/s時(shí),能造成建筑物完全破壞,具有較強(qiáng)的危險(xiǎn)性,表明該鋼混建筑物對(duì)直徑3.40 m以上的落石較為敏感,易受到高強(qiáng)度破壞。

(4) 依據(jù)本文提出的方法,實(shí)現(xiàn)了不同落石條件(直徑0.20～4.00 m,速度0.5～8.0 m/s)下,特定研究對(duì)象即4層鋼混建筑物的易損性研究,最終得到了該建筑物的易損性定量評(píng)價(jià)矩陣。本文方法應(yīng)用靈活、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)且精度較高,突破了傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)依據(jù)歷史數(shù)據(jù)的方法局限,能廣泛適用于各類建筑物,為建筑物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與管理提供確定性依據(jù)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]Glade T.Vulnerability assessment in landslide risk analysis [J].Die Erd,2003,134(2): 123—146.

[2]Dai F C,Lee C F,Ngai Y Y.Landslide risk assessment and management: an overview[J].Engineering Geology,2002,64(1):65—87.

[3]Agliardi F,Crosta G B,Frattini P.Integrating rockfall risk assessment and countermeasure design by 3D modelling techniques[J].Natural Hazards and Earth System Sciences and Discussions,2009,9:1059-1073.

[4]Fell R,Harthord D.Landslide risk management[M]//Dikau R,Brunsden D,Schrott L,et al.Landslide Recognition,Identification,Movement and Causes.Chichester: Wiley,1997:251.

[5]Akbas S O,Blahut J,Sterlacchini S.Critical assessment of existing physical vulnerability estimation approaches for debris flows[M]//Malet J P,Remaitre A,Bogaard T,et al.Landslide Processes:From Geomorphologic Mapping to Dynamic Modeling.Strasburg,2009:229-233.

[6]Fuchs S,Heiss K,H übl J.Towards an empirical vulnerability function for use in debris flow risk assessment[J].Natural Hazards and Earth System Sciences,2007,7(5):495-506.

[7]葉生.基于地震易損性的橋梁抗震加固優(yōu)先級(jí)評(píng)定方法研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2013,36(6):733-736.

[8]徐林榮,王磊,蘇志滿.隧道工程遭受泥石流災(zāi)害的工程易損性評(píng)價(jià)[J].巖土力學(xué),2010,31(7):2153-2158.

[9]花能新,葉獻(xiàn)國(guó).基于ANSYS的巨型框架結(jié)構(gòu)體系地震響應(yīng)分析[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2011,34(4): 545-548.

[10]Hwang H,劉晶波.地震作用下鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)易損性分析[J].土木工程學(xué)報(bào),2004,37(6):47-51.

[11]Fell R,Ho K K S,Lacasse S,et al.A framework for landslide risk assessment and management[J].Health Risk and Society,2005,13(6):599-600.

[12]潘懋,李鐵鋒.災(zāi)害地質(zhì)學(xué)[M].北京:北京大學(xué)出版社,2002:35-60.

[13]Whtman R V, Reed J W Y,Hong S T.Earthquake damage probability matrices[C]//Proceedings of the Fifth World Conference on Earthquake Engineering,Roma,1973:2531-2540.

(責(zé)任編輯胡亞敏)

Quantitative assessment of vulnerability of RC buildings by rockfalls impact

ZHANG Ao1,TANG Zhao-hui2,CHAI Bo2,HUANG Xuan3

(1.Wuhan Center of Geological Survey, China Geological Survey, Wuhan 430074, China; 2.Faculty of Engineering, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China; 3.Hubei Provincial Communications Planning and Design Institute, Wuhan 430074, China)

Abstract:For evaluating the vulnerability of reinforced concrete(RC) buildings by rockfalls impact, a quantitative method is proposed with clear mechanical mechanism. Taking a four-story steel-concrete building as an example, which is located in the toe of the No.4 mine in Fengshan County of Guangxi, and considering the speed, size and trajectory of rockfalls, the probability of rockfalls impact is analyzed. The finite element model of the building is established by using the SAP2000 software, and the anti-collapse of the building is simulated. The quantitative vulnerability assessment matrix is calculated based on the correlation between the physical and economic damage indexes of the building. The results show that the vulnerability value of the building is 0 to 1, and the building is sensitive to the rockfalls of diameter above 3.4 m which can cause high intensity damage. The vulnerability index is related to the speed and size of the rockfalls. For low velocities, even rockfalls of large volume can not cause high damage, and for high velocities, even rockfalls of small volume are sufficient to cause very high damage. The quantitative vulnerability assessment matrix is accurately calculated. It is indicated that this method is feasible and breaks the limitations of traditional statistical methods, and the result can be the quantitative foundation for the further building risk research.

Key words:rockfall; SAP2000 software; reinforced concrete(RC) building; anti-collapse simulation; quantitative vulnerability assessment matrix

中圖分類號(hào):TU375.402

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-5060(2016)02-0217-06

Doi:10.3969/j.issn.1003-5060.2016.02.014

作者簡(jiǎn)介：張傲(1988-),男,湖北仙桃人,博士,中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心助理研究員;唐朝暉(1964-),女,湖北武漢人,中國(guó)地質(zhì)大學(xué)教授,碩士生導(dǎo)師.

基金項(xiàng)目：國(guó)家地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評(píng)價(jià)專項(xiàng)工作資助項(xiàng)目(1212011120028);沿長(zhǎng)江重大工程區(qū)地質(zhì)環(huán)境綜合調(diào)查(中游)資助項(xiàng)目(12120115044101)和國(guó)家礦山地質(zhì)環(huán)境治理專項(xiàng)重點(diǎn)工程資助項(xiàng)目

收稿日期：2014-08-11；修回日期：2015-10-27