土木工程構(gòu)架臺風(fēng)易損性評價分析

1、文章來源 畢業(yè)論文網(wǎng) 土木工程構(gòu)架臺風(fēng)易損性評價分析文章來源 畢業(yè)論文網(wǎng) 第1章 緒論1.1 課題背景及研究目的與意義20 世紀(jì) 80 年代，德意志聯(lián)邦共和國慕尼黑保險公司對損失 1 億美元以上的自然災(zāi)害統(tǒng)計結(jié)果表明，由于風(fēng)發(fā)生的頻率高，次生災(zāi)害大，風(fēng)災(zāi)的次數(shù)占自然災(zāi)害總次數(shù)的 51.4%，經(jīng)濟損失占自然災(zāi)害總損失的 40.5%。據(jù)統(tǒng)計，全球每年由于風(fēng)災(zāi)造成的損失達(dá)100 億美元，年平均死亡人數(shù) 2 萬人以上?？梢?，風(fēng)災(zāi)是給人類生命財產(chǎn)帶來巨大危害的自然災(zāi)害。臺風(fēng)是風(fēng)災(zāi)中破壞力最大、造成損失最嚴(yán)重的一種。我國東南沿海地區(qū)受臺風(fēng)影響頻繁，林繼生曾統(tǒng)計指出，僅影響廣東省的熱帶氣旋年均就達(dá) 10 個

2、,其中有 4 個登陸。而臺風(fēng)災(zāi)害造成的損失也十分嚴(yán)重，據(jù)近年來的統(tǒng)計，2004年臺風(fēng)“云娜”造成浙江省數(shù)萬間房屋倒塌，約 180 人死亡，直接經(jīng)濟損失 200多億人民幣;2005 年，8 個強臺風(fēng)在我國東南、華南沿海地區(qū)登陸，造成 429人死亡，農(nóng)作物受災(zāi)面積 466.06 萬公頃，數(shù)十萬間房屋倒塌和損壞，直接經(jīng)濟損失 814.7 億人民幣;2006 年，強臺風(fēng)“珍珠”造成 31 人死亡 5 人失蹤，農(nóng)作物受災(zāi)面積 32.03 萬公頃，倒塌房屋 1.6 萬間，直接經(jīng)濟損失 83.4 億人民幣，超強臺風(fēng)“桑美”給浙江蒼南和福

3、建福鼎的部分地區(qū)帶來了毀滅性的破壞，兩省因臺風(fēng)死亡 456 人，失蹤 110 人，直接經(jīng)濟損失達(dá) 196.5 億人民幣;2007 年，臺風(fēng)“圣帕”造成福建、浙江兩省 11 人死亡 1 人失蹤，倒塌房屋 4043 間，損壞房屋 1.91 萬間，農(nóng)作物受災(zāi)面積 128 萬畝，直接經(jīng)濟損失 15.91 億元，臺風(fēng)“韋帕”造成浙江省 5 人死亡 3 人失蹤，直接經(jīng)濟損失 66.2 億元。相關(guān)研究表明5，影響我國沿海地區(qū)的臺風(fēng)災(zāi)害具有發(fā)生頻率高、影響范圍廣、突發(fā)性強、群發(fā)性顯著和成災(zāi)強度大等特點。臺風(fēng)災(zāi)害表現(xiàn)出鏈鎖反映模式，即如圖 1-1 所示臺風(fēng)災(zāi)害鏈6

4、。然而，對熱帶氣旋災(zāi)害的分析研究發(fā)現(xiàn)7，臺風(fēng)災(zāi)害中巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失主要是由土木工程結(jié)構(gòu)的風(fēng)致毀壞造成，這也是工程界關(guān)注土木工程結(jié)構(gòu)臺風(fēng)災(zāi)害的主要緣由。在土木工程結(jié)構(gòu)中，村鎮(zhèn)地區(qū)的低矮房屋受臺風(fēng)災(zāi)害影響最為普遍，也最為嚴(yán)重。這主要是因為村鎮(zhèn)低矮房屋是大部分人群的生活場所，而這類結(jié)構(gòu)在抗風(fēng)能力極為脆弱。一旦發(fā)生臺風(fēng)災(zāi)害，會直接威脅到這部分人群的生命安全。如 1991 年孟加拉國風(fēng)災(zāi)損壞和摧毀民房 100 萬間，造成 14 萬人喪生，損失達(dá)30 億美元;1992 年安德魯颶風(fēng)橫掃美國佛羅里達(dá)州，100 多萬平方英里的地區(qū)夷為平地，損失達(dá) 300 億美元。據(jù)統(tǒng)計5，19831992 這十年內(nèi)我

5、國平均每年因臺風(fēng)倒損房屋 82 萬間。近 15 年來，我國村鎮(zhèn)低矮房屋的臺風(fēng)災(zāi)害時有發(fā)生，尤其是在強度較大的臺風(fēng)影響下，房屋損毀現(xiàn)象十分嚴(yán)重，如表 1-2 所示。其他土木工程結(jié)構(gòu)也經(jīng)常出現(xiàn)臺風(fēng)破壞。如 9107 號臺風(fēng)造成澄?？h蓬上鎮(zhèn)永新電筒廠新建電珠車間的 400m2的金屬屋蓋完全毀壞;9417 號臺風(fēng)造成溫州地區(qū) 5 座 220kv、110kv 的輸電線塔倒塌，洞頭百米高的電視塔倒塌，市中心公安大樓的 80m 高通訊鐵塔倒塌，部分煙囪被吹倒8;高層建筑玻璃幕墻(圖1-2)9、路牌及戶外廣告牌、冷卻塔及水利設(shè)施等的臺風(fēng)破壞現(xiàn)象更是屢見不鮮。總之，土木工程結(jié)構(gòu)的臺風(fēng)災(zāi)害十分普遍，也逐步引起關(guān)注

6、。如美國啟動國家減風(fēng)災(zāi)計劃(national wind hazards reduction program)，日本政府啟動coe(center of excellence)計劃，不斷增加結(jié)構(gòu)抗風(fēng)研究投入。和發(fā)達(dá)國家相比，我國的臺風(fēng)災(zāi)害研究工作主要集中在大型結(jié)構(gòu)抗風(fēng)研究的投入上，在村鎮(zhèn)建筑抗風(fēng)研究方面的投入和學(xué)術(shù)關(guān)注均很低10。第2章 結(jié)構(gòu)臺風(fēng)易損性評估過程與方法2.1 引言結(jié)構(gòu)臺風(fēng)易損性是指結(jié)構(gòu)在不同水平的臺風(fēng)作用下，發(fā)生不同程度破壞的可能性，或者結(jié)構(gòu)達(dá)到某個極限狀態(tài)的概率，它是結(jié)構(gòu)本身的特性。它可以是針對一個或一類結(jié)構(gòu)，也可以是針對一個地區(qū)而言。從廣義上講，結(jié)構(gòu)臺風(fēng)易損性評估包括建立臺風(fēng)強度

7、與結(jié)構(gòu)破壞程度之間的關(guān)系以及建立臺風(fēng)強度與經(jīng)濟損失之間的關(guān)系兩方面內(nèi)容。在結(jié)構(gòu)工程中就是指臺風(fēng)強度與結(jié)構(gòu)破壞程度之間的關(guān)系，稱之為結(jié)構(gòu)臺風(fēng)易損性模型。它是結(jié)構(gòu)臺風(fēng)破壞評價及損失估計的核心內(nèi)容。通過結(jié)構(gòu)臺風(fēng)易損性評估，我們還能標(biāo)定出各類土木工程結(jié)構(gòu)的抗臺風(fēng)性能，由此發(fā)現(xiàn)其抗臺風(fēng)薄弱環(huán)節(jié)，從而有針對性地制定防臺減災(zāi)計劃，最大限度地減輕臺風(fēng)造成的破壞及損失。為了有效實施結(jié)構(gòu)臺風(fēng)易損性評估，需要遵循一定的評估過程，并利用科學(xué)合理的方法。本章將針對土木工程結(jié)構(gòu)臺風(fēng)易損性提出具有普遍意義的評估過程，包括臺風(fēng)強度評估指標(biāo)與結(jié)構(gòu)破壞程度評估指標(biāo)的選擇，臺風(fēng)強度與結(jié)構(gòu)破壞程度的關(guān)系的建立途徑以及它們之間的聯(lián)系。

8、本章還將探討結(jié)構(gòu)臺風(fēng)易損性評估方法，包括它們的原理、優(yōu)缺點、適用性等。2.2 結(jié)構(gòu)臺風(fēng)易損性評估過程結(jié)構(gòu)臺風(fēng)易損性評估的兩個關(guān)鍵性因素就是臺風(fēng)強度和結(jié)構(gòu)破壞程度。在結(jié)構(gòu)臺風(fēng)易損性評估過程中，首先要確定臺風(fēng)強度和結(jié)構(gòu)破壞程度的評估指標(biāo)，然后才能建立二者之間的對應(yīng)關(guān)系，即結(jié)構(gòu)臺風(fēng)易損性模型。2.2.1 臺風(fēng)強度評估指標(biāo)2.2.1.1 風(fēng)速指標(biāo)風(fēng)的強度是風(fēng)的主要特征之一，常用風(fēng)速來表達(dá)，有平均風(fēng)速和瞬時風(fēng)速兩種表現(xiàn)形式。由于觀測頻率與風(fēng)速脈動的影響，實際上很難獲取到真正的最大瞬時風(fēng)速，故應(yīng)用中一般采用平均風(fēng)速。隨著高度、地形、地貌和時距的不同，平均風(fēng)速取值會有所區(qū)別。(1) 平均風(fēng)速隨高度變化在大氣邊界層中，平均風(fēng)速隨高度發(fā)生變化，離地面愈近，由于地表摩擦能量消耗較大，風(fēng)速較小;離地面愈高，能量消耗逐漸減少，風(fēng)速則愈來愈大。其變化規(guī)律根據(jù)實測資料常采用指數(shù)律或?qū)?shù)律來模擬。指數(shù)律是由davenport等提出的;而對數(shù)律是由prandtl提出的。一些資料認(rèn)為，在近地面的下部摩擦層采用對數(shù)律更加符合風(fēng)速實測資料，但二者計算結(jié)果差別不大，由于指數(shù)律更便于計算，目前國內(nèi)外都傾向于用指數(shù)律來描述近地層中風(fēng)速隨高度的變化規(guī)律。無論是指數(shù)律還是對數(shù)律，都規(guī)定了一個參考高度，我國建筑結(jié)構(gòu)荷