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地震由于其突发性、不确定性和巨大的破坏性,有史以来一直在威胁和危害着人类的生命和财产安全。做好抗震防灾工作,不仅能减轻震害损失,而且对保障国家经济建设和社会稳定也将起到积极作用。随着城市抗震防灾规划工作的广泛开展和不断深入,作为其编制依据的基础性研究工作之一的城市现有建筑物的震害预测方法及其抗震加固策略研究日益受到地震工程界的重视,对有关理论方法和技术进行深入研究具有十分重要的理论意义和实用价值。
本文在已有研究成果的基础上,对现有震害预测方法进行了较为全面的总结和分析,并参照现行规范对这些震害预测方法中的一些参数做出了修正;利用修正后的震害预测方法编写了通用的计算程序,开发了建筑物易损性分析系统,并应用于某城市建筑物的震害预测;基于粗糙集理论和最优控制理论,探讨了新的建筑物震害预测方法及其抗震加固策略。
1.本文将在役结构按其所用的材料和主体结构分为八种不同的类型,即(单)多层砖结构、(单)多层石结构、单层混凝土柱厂房、单层砖柱厂房、钢筋混凝土框架、框剪房屋、老旧民房及木结构房屋,按其结构特点和地震作用下的破坏机理,对现有结构的震害预测方法做了较为系统的归纳和总结,并对方法中有关结构承载力和抗力计算的某些参数,参考我国现行的《建筑结构抗震设计规范(GB50011-2001)》,进行了调整和修正,使之更加完善和符合工程实际;
2、利用改进的震害预测方法,编写了通用的计算程序,开发了建筑物易损性分析计算系统。该系统采用面向对象的编程语言VisualC++6.0编写,可以对各类建筑物在6~10度基本烈度地震作用下可能发生的震害(包括经济损失和人员伤亡损失)进行预测和评估。系统主要有三个功能,即计算功能、查询统计功能和视图功能。利用计算功能可以对前述八类结构的易损性进行计算和分析。该功能的每一个计算模块均以CRecordSet为基类,通过ODBC方法实现对Access数据库的存取;利用查询统计功能可对计算结果按结构类型及其所发生的震害等级进行查询和统计,得到每一个易损性单元的震害矩阵;视图功能是对前两部分所做的计算和统计形成可视化的界面,实现所有计算结果和统计结果的显示输出。该程序功能比较完善,基本可以满足现有建筑物的群体震害预测的需求;
3、将前述研究成果应用于某城市抗震防灾规划工作,实现了对抽样的18000多栋不同类型建筑物在6~10度地震作用下的震害等级、人员伤亡和经济损失的预测,找到了该城市在抗震方面存在的薄弱环节,并提出了相应的整改措施和抗震加固方案,指出了一些需注意的事项;
4、鉴于城市建筑物数量巨大,影响其震害的因素诸多、不确定性很大,且诸影响因子的重要性不同,有些因子甚至是冗余的,因此震害预测工作存在对不确定信息和数据的处理问题。本文将近年来日益受到人们关注的数据挖掘(DM)和数据库知识发现(KDD)中一种新型的软计算方法&粗糙集理论,应用到了震害预测工作中,提出了基于粗糙分类的群体震害预测方法,并通过算例验证了该方法的可行性和有效性;
5、应用粗糙集理论,提出了基于属性(震害因子)重要性的相对近似约简算法和基于信息熵的震害因子启发式约简算法。该法在基本不改变震害预测结果的前提下,将冗余的或不必要的因子约简掉,从而使震害预测的前期数据采集和后期数据处理工作量明显降低。因此,本文提出的基于粗糙集理论的群体震害预测方法和基于属性重要性的相对近似约简算法以及基于信息熵的震害因子启发式约简算法不仅具有较大的理论意义,而且具有较好的应用价值;
6、考虑建筑物抗力的时变衰减特性和地震发生时间及强度的非平稳性,基于最优控制理论,建立了现有建筑物抗震加固策略的动态决策模型,并以算例说明了该模型的合理性。这为在城市抗震防灾规划编制工作中,从发展和动态的角度考虑建筑物的抗震加固策略问题提供了理论依据和方法,从而使抗震防灾规划的编制水平提升到一个新的高度。