在役结构在未来地震中的损失估计
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摘要
地震灾害是世界上普遍存在且破坏严重的自然灾害之一。在役结构在长期使用过程中，由于环境等因素的影响，必将产生一定程度的损伤，并使结构的抗震性能产生退化。为科学预测未来地震造成的破坏并合理估计其造成的损失，应该以在役结构为对象，这样才符合地震时结构的实际情况。因此，研究在役结构在未来地震中的经济损失和人员伤亡估计，对于减震防灾更具实际意义。
随着现代抗震防灾技术的进一步提高，迫切需要对地震损失的主要因素(地震危险性、结构易损性和社会经济状况)进行风险分析，进而进行地震损失预测。首先，本文将在役结构抗震评估地震作用和锈蚀构件的恢复力模型引入到震害预测中，从而提出在役钢筋混凝土结构基于可靠度理论的震害预测方法，为在役结构的损失估计奠定了基础；第二，以全概率公式为基础，建立了未来地震损失的概率预测模型；第三，将地震损失分为经济损失和人员伤亡两大类，又将经济损失分为直接经济损失和间接经济损失，详细论述了房屋建筑和生命线工程的直接经济损失计算模型；假定震后生产能力恢复符合直线关系，建立了停产减产损失的计算模型；利用投入产出法，建立了产业关联损失的估计模型；引入投资影子价格的概念，简述了投资溢价损失的计算方法；第四，通过引入综合折现系数，提出了考虑货币时间价值的经济损失评估模型；最后，对以往国内外在地震人员伤亡评估方面的研究进行了评述，基于人员伤亡状态函数的动态评估方法对唐山地震进行了人员伤亡估计，并与唐山地震的实际情况作了对比分析。
Earthquake is a kind of ubiquitous disasters which usually cause catastrophic loss. The seismic performance of existing structures would degrade due to circumstance and other reasons. In order to evaluate earthquake loss exactly, economic loss and casualty of existing structures caused by earthquake must be studied.
With the improvement of earthquake disaster reduction technology, hazard analysis on major factor of earthquake loss (seismic hazard, vulnerability, economic status) and loss prediction are be required urgently. First, in view of the earthquake action for assessment of existing structures in re-service term, hysteretic model of corroded members is introduced to earthquake damage prediction based on reliability theory. Accordingly earthquake damage prediction of existing RC structures is proposed to lay the foundation of loss evaluation. Secondly, grounded on total probability formula, probability prediction model of future earthquake loss is constructed. Thirdly, seismic loss is divided into economic loss and casualty. Moreover economic loss is separated into direct loss and indirect loss. Direct economic loss of buildings and lifeline engineering is introduced in detail. Supposed that post-earthquake rehibilitation accords with linearity, loss model due to stop and reduction of output is proposed. The loss due to the linkage of the sectors is evaluated by using input-output model. Cost of investment premium is introduced. Fourthly, inflation and deflation are considered by synthetical discount coefficient. Finally, research on casualty home and outside is reviewed. Based on the state-function of casualty, the dynamic method for assessing seismic casualties is introduced. Using this method, seismic casualties of Tangshan earthquake are reevaluated and the results are compared with the actual investigation.
随着现代抗震防灾技术的进一步提高，迫切需要对地震损失的主要因素(地震危险性、结构易损性和社会经济状况)进行风险分析，进而进行地震损失预测。首先，本文将在役结构抗震评估地震作用和锈蚀构件的恢复力模型引入到震害预测中，从而提出在役钢筋混凝土结构基于可靠度理论的震害预测方法，为在役结构的损失估计奠定了基础；第二，以全概率公式为基础，建立了未来地震损失的概率预测模型；第三，将地震损失分为经济损失和人员伤亡两大类，又将经济损失分为直接经济损失和间接经济损失，详细论述了房屋建筑和生命线工程的直接经济损失计算模型；假定震后生产能力恢复符合直线关系，建立了停产减产损失的计算模型；利用投入产出法，建立了产业关联损失的估计模型；引入投资影子价格的概念，简述了投资溢价损失的计算方法；第四，通过引入综合折现系数，提出了考虑货币时间价值的经济损失评估模型；最后，对以往国内外在地震人员伤亡评估方面的研究进行了评述，基于人员伤亡状态函数的动态评估方法对唐山地震进行了人员伤亡估计，并与唐山地震的实际情况作了对比分析。
Earthquake is a kind of ubiquitous disasters which usually cause catastrophic loss. The seismic performance of existing structures would degrade due to circumstance and other reasons. In order to evaluate earthquake loss exactly, economic loss and casualty of existing structures caused by earthquake must be studied.
With the improvement of earthquake disaster reduction technology, hazard analysis on major factor of earthquake loss (seismic hazard, vulnerability, economic status) and loss prediction are be required urgently. First, in view of the earthquake action for assessment of existing structures in re-service term, hysteretic model of corroded members is introduced to earthquake damage prediction based on reliability theory. Accordingly earthquake damage prediction of existing RC structures is proposed to lay the foundation of loss evaluation. Secondly, grounded on total probability formula, probability prediction model of future earthquake loss is constructed. Thirdly, seismic loss is divided into economic loss and casualty. Moreover economic loss is separated into direct loss and indirect loss. Direct economic loss of buildings and lifeline engineering is introduced in detail. Supposed that post-earthquake rehibilitation accords with linearity, loss model due to stop and reduction of output is proposed. The loss due to the linkage of the sectors is evaluated by using input-output model. Cost of investment premium is introduced. Fourthly, inflation and deflation are considered by synthetical discount coefficient. Finally, research on casualty home and outside is reviewed. Based on the state-function of casualty, the dynamic method for assessing seismic casualties is introduced. Using this method, seismic casualties of Tangshan earthquake are reevaluated and the results are compared with the actual investigation.
引文
1. NOAA A Study of Earthquake Losses in the San Francisco Bay Region Prepared for the office of Emergency Preparedness by the U.S.Department of Commerce National Oceanic & Atmospheric Administration 220 pp.
2. Whitman, R.V., 1973 Damage Probability Matrices for Prototype Buildngs Massachusetts Institute of Technology Department of Civil Engineering Research Report R73—57, Cambridge Massachusetts.
3．杜一，李周 灾害经济学探索 学术研究 1987，2
4．王光远 地震烈度的二级模糊综合判定 地震工程与工程振动，1984，4(1)：12～19
5．刘锡芸，刘立泉 震害预测的模糊数学模型 建筑结构学报，1984，5(1)：26～43
6．金国梁 圆形砖烟囱震害预测方法 工程抗震，1986，19(4)：35～39
7．秦文欣 结构地震多因素模糊破坏评估 哈尔滨建筑工程学院学报，1993，26(4)：95～101
8．秦文欣，刘季 结构地震多重模糊破坏评估 世界地震工程，1994，(1)：12～19
9．徐祥文，黄崇福等 结构动力反应与震害体系的模糊识别 地震工程与工程振动，1989，9 (2)：57～66
10．徐祥文，黄崇福等 区域地震综合防御体系的模糊数学模型及其能力估价与对策 中国地震，1992，8(2)：61～75
11. Steinbrugge, K.V., Mcclue, F.E., and Snow, A.J. Studies in Seismicity and Earthquake Damage Statistics, Appendix A, U.S.Department of commerce, Coast and Geodetic Survey,Washington D.C. 1969
12. Kustu O., Miller, D.D., Borkken, S.T. Developmen of Damage Function for High—Rise Building Components, Report to the Department of Energy USA/John A. Blume & Associates, San Franciso, California. 1982
13. Kustu O., Miller, D.D., Scholl, R.E., A Computerized Method for Predicting Earthquake Losses in Urban Area, URS/John A. Blume & Assent Report No, URS/JAB8252, San Francisco, California. 1983
14．镜味洋史，太田裕 1983年日本海中部地震拌世带被灾 复旧过程关研究 地震(日) 1984，38：485—496
15．太田裕，镜味洋史，大桥世带态单位综合地震安全性诊断地震(日) 1986,40(2)：39—50
16．冈田成幸，镜味洋史 震度地震被害系统评价关数群构成地震(日) 1991，44(2)：93—108
17．[美]应用技术委员会 加利福尼亚未来地震的损失估计 地震出版社 1991
18．沈建平，肖光先 房屋震害预测中的专家系统的设计：SVES～B介绍 世界地震工程 1989，(3)：28—32
19．杨玉成，董伟民等 多层砌体房屋震害预测专家系统 计算结构力学及其应用，1989，6 (2)：17～23
20．杨玉成，赵宗瑜专家系统在国际地震工程中的应用 世界地震工程，1993，(3)：1～6
21. Martel, R.R., 1964 Earthquake Damage to Type Ⅲ Building in Long Beach 1933, Earthquake Investigation in the Westem United States, U.S.Departrnent of Commerce, Coast and Geodetic Survey, Washington, D.C
22．尹之潜等 单层工业厂房震害估计方法 地震工程与工程振动 1987，7(4)：78—86
23．尹之潜等 震害与地震损失估计方法 地震工程与工程振动 1990，10(1)：99—107
24．孙彬．牛荻涛等 在役结构抗震评估地震作用取值研究 西安建筑科技大学学报 2003．3
25．姚谦峰，苏三庆编著 地震工程 陕西科学技术出版社 2001
26．钟益村，高小旺等 钢筋混凝土框架房屋抗震能力评定方法 建筑科学 1988
27．王学民 锈蚀钢筋混凝土构件抗震性能试验与恢复力模型研究(硕士论文) 2003．3
28．欧进萍，何政等 钢筋混凝土结构基于地震损伤性能的设计 地震工程与工程振动 1999，19(1)：21—30
29．惠会玲等 混凝土基本构件钢筋锈蚀前后性能试验研究 工业建筑 1997．27(6)：14—18
30．牛荻涛 混凝土结构耐久性与寿命预测 科学出版社 2003
31．高小旺，陈德彬等 用可靠度方法预测钢筋混凝土框架房屋震害 工程结构可靠性 1989
32．中华人民共和国标准 建筑抗震设计规范(GB50011-2001) 中国建筑工业出版社，2001
33．高小旺，鲍霭斌 地震作用概率模型及其统计参数 地震工程与工程振动 1985
34．国家地震局震害防御司 编译 未来地震的损失估计方法 地震出版社 1991
35．尹之潜 城市灾害预测的概率分析方法及对策效益分析 工程地震研究 1991，206—217
36．周锡元等 结构抗震性能设计的可靠评价 《大型复杂系统的现代设计理论》专题年度研究报告 2000：1—5
37．尹之潜 城市地震危害性分析的基本框架和方法 地震工程与工程振动 1999，19(1)：70—75
38. Kuribayashi E, Ueda O and Tazaki An econometric model of long—term effects of earthquake losses 13th Joint Meeting of US Japan Panelon Wind and Sesimic Effects Tsukuba 1987
39. Kawashima K, Kanoh T Evaluation of indirect econometric effects caused by the 1983 Nihonkai—chubu,Japan,earthquake Earthquake Spectra 1990, 6 (4): 739—756
40. NOAA, 1972, A Study of Earthquake Losses in the San Francisco Bay Region, prepared for the Office of Emergency Preparedness by the U.S.Department of Commerce, National Oceanic & Atmospheric Administration, 220 pp.
41. Shinozuka M, Chang S E Advances in earthquake loss estimation and application to Memphis,Tennessee Earthquake Speclra 1997, 13 (4): 739—758
42. Gordon P, Moore J E,Richardson H W and Shinozuka M An intergrated model of bridge performance, highway networks, and the spatial metro politan economy: towards a general model of how losses due to earthquake impacts on lifelines affect the economy NCEER--97--0005, Proceedings of the Workshop on Earthquake Frontiers in Transportation Facilities, National Center for Earthquake Engineering Research, Buffalo,N.Y, Aug.29, 1997
43．楼宝棠 中国古今地震灾情总汇 震出版社 1996
44．胡聿贤、何扬等 大系统震害预测理论及其应用
45．赵直，尹之潜 震后企业停产减产损失估计方法的研究 地震工程与工程振动 2001，21(1)：152—154
46．王海滋，黄渝祥 地震灾害间接经济损失的概念及分类 自然灾害学报 1997，6(2)
47．黄渝祥等 灾害间接经济损失的计量 灾害学 1994，9(3)
48. P.Dasgupta, A.Sen and S.Marglin, Guideline for Project Evaluation, UNIDO, New York, 1972
49. I,M,D,Little and J.Mirrlees, Project Appraisal and Planning for Developing Countries, Heinemann, London, 1974
50．黄渝祥 费用—效益分析 同济大学出版 1987
51．马玉宏，谢礼立 关于地震人员伤亡因素的探讨 自然灾害学报 2000，9(3)
52．傅征祥，李革平 地震生命损失研究 北京：地震出版社 1993
53．M．巴特著．许立达译 地震学引论 北京：地震出版社 1978
54．龚鸿庆 中国地震死亡人数等级及频度 地震对策国际学术讨论会论文选集编委会编 地震灾害对策 北京：学术书刊出版社 1989
55. Cobum A W, Pomonis A, Sakai S. Assessing strageies to reduce fatalities in earthquake Proceedings of intemational workshops on earthqtmke injury epidemiology for mitigation and response July 10～12, 1989 Baltimore, Maryland 1989,107～132.
56. Okada S, Indoor—zoning map on dwelling space safety during an earthquake The Tenth World Conference on Earthquake Engineering Rollendam.A.A.Balkema 1992.6037-6042
57．廖旭，高常波，韩绍欣 不同时刻地震直接人员伤亡人数的预测 自然灾害学报 1999
8(4)
58. Yokoyama H, Nagata S. A maze experiment of human behavior during evacuation. The Tenth World Conference on Earthquake Engineering. Rotterdam: A.A.Balkema, 1992,6091—6069g
59．肖光先 震后灾害损失快速评估 灾害学 1991，6(4)
60．Liu B C． 美国新马德里地区地震灾害损失预测研究 北京：地震出版社 1993
61．尹之潜 地震灾害及损失预测方法 北京：地震出版社 1996
62．尹之潜 地震灾害预测与地震灾害等级 中国地震 1990
63．赵振东等 地震人员伤亡指数与人员伤亡状态函数 自然灾害学报 1998，3
64．方正泰，许建伦 统计分布 统计出版社 1987
65．今日唐山 中国统计出版社 1996
66．刘恢先主编 唐山大地震震害 地震出版社 1985
67. K.Shiono and EKrimgold, Modeling of search and rescue activity in an earthquake, Earthquake Engineering, Tenth World Conference 1992
68. Richard S. 01son and Robert A. 01son, Urban Heavy Rescue, Earthquake Spectra 1987, 3 (4)
2. Whitman, R.V., 1973 Damage Probability Matrices for Prototype Buildngs Massachusetts Institute of Technology Department of Civil Engineering Research Report R73—57, Cambridge Massachusetts.
3．杜一，李周 灾害经济学探索 学术研究 1987，2
4．王光远 地震烈度的二级模糊综合判定 地震工程与工程振动，1984，4(1)：12～19
5．刘锡芸，刘立泉 震害预测的模糊数学模型 建筑结构学报，1984，5(1)：26～43
6．金国梁 圆形砖烟囱震害预测方法 工程抗震，1986，19(4)：35～39
7．秦文欣 结构地震多因素模糊破坏评估 哈尔滨建筑工程学院学报，1993，26(4)：95～101
8．秦文欣，刘季 结构地震多重模糊破坏评估 世界地震工程，1994，(1)：12～19
9．徐祥文，黄崇福等 结构动力反应与震害体系的模糊识别 地震工程与工程振动，1989，9 (2)：57～66
10．徐祥文，黄崇福等 区域地震综合防御体系的模糊数学模型及其能力估价与对策 中国地震，1992，8(2)：61～75
11. Steinbrugge, K.V., Mcclue, F.E., and Snow, A.J. Studies in Seismicity and Earthquake Damage Statistics, Appendix A, U.S.Department of commerce, Coast and Geodetic Survey,Washington D.C. 1969
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13. Kustu O., Miller, D.D., Scholl, R.E., A Computerized Method for Predicting Earthquake Losses in Urban Area, URS/John A. Blume & Assent Report No, URS/JAB8252, San Francisco, California. 1983
14．镜味洋史，太田裕 1983年日本海中部地震拌世带被灾 复旧过程关研究 地震(日) 1984，38：485—496
15．太田裕，镜味洋史，大桥世带态单位综合地震安全性诊断地震(日) 1986,40(2)：39—50
16．冈田成幸，镜味洋史 震度地震被害系统评价关数群构成地震(日) 1991，44(2)：93—108
17．[美]应用技术委员会 加利福尼亚未来地震的损失估计 地震出版社 1991
18．沈建平，肖光先 房屋震害预测中的专家系统的设计：SVES～B介绍 世界地震工程 1989，(3)：28—32
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23．尹之潜等 震害与地震损失估计方法 地震工程与工程振动 1990，10(1)：99—107
24．孙彬．牛荻涛等 在役结构抗震评估地震作用取值研究 西安建筑科技大学学报 2003．3
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26．钟益村，高小旺等 钢筋混凝土框架房屋抗震能力评定方法 建筑科学 1988
27．王学民 锈蚀钢筋混凝土构件抗震性能试验与恢复力模型研究(硕士论文) 2003．3
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32．中华人民共和国标准 建筑抗震设计规范(GB50011-2001) 中国建筑工业出版社，2001
33．高小旺，鲍霭斌 地震作用概率模型及其统计参数 地震工程与工程振动 1985
34．国家地震局震害防御司 编译 未来地震的损失估计方法 地震出版社 1991
35．尹之潜 城市灾害预测的概率分析方法及对策效益分析 工程地震研究 1991，206—217
36．周锡元等 结构抗震性能设计的可靠评价 《大型复杂系统的现代设计理论》专题年度研究报告 2000：1—5
37．尹之潜 城市地震危害性分析的基本框架和方法 地震工程与工程振动 1999，19(1)：70—75
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40. NOAA, 1972, A Study of Earthquake Losses in the San Francisco Bay Region, prepared for the Office of Emergency Preparedness by the U.S.Department of Commerce, National Oceanic & Atmospheric Administration, 220 pp.
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51．马玉宏，谢礼立 关于地震人员伤亡因素的探讨 自然灾害学报 2000，9(3)
52．傅征祥，李革平 地震生命损失研究 北京：地震出版社 1993
53．M．巴特著．许立达译 地震学引论 北京：地震出版社 1978
54．龚鸿庆 中国地震死亡人数等级及频度 地震对策国际学术讨论会论文选集编委会编 地震灾害对策 北京：学术书刊出版社 1989
55. Cobum A W, Pomonis A, Sakai S. Assessing strageies to reduce fatalities in earthquake Proceedings of intemational workshops on earthqtmke injury epidemiology for mitigation and response July 10～12, 1989 Baltimore, Maryland 1989,107～132.
56. Okada S, Indoor—zoning map on dwelling space safety during an earthquake The Tenth World Conference on Earthquake Engineering Rollendam.A.A.Balkema 1992.6037-6042
57．廖旭，高常波，韩绍欣 不同时刻地震直接人员伤亡人数的预测 自然灾害学报 1999
8(4)
58. Yokoyama H, Nagata S. A maze experiment of human behavior during evacuation. The Tenth World Conference on Earthquake Engineering. Rotterdam: A.A.Balkema, 1992,6091—6069g
59．肖光先 震后灾害损失快速评估 灾害学 1991，6(4)
60．Liu B C． 美国新马德里地区地震灾害损失预测研究 北京：地震出版社 1993
61．尹之潜 地震灾害及损失预测方法 北京：地震出版社 1996
62．尹之潜 地震灾害预测与地震灾害等级 中国地震 1990
63．赵振东等 地震人员伤亡指数与人员伤亡状态函数 自然灾害学报 1998，3
64．方正泰，许建伦 统计分布 统计出版社 1987
65．今日唐山 中国统计出版社 1996
66．刘恢先主编 唐山大地震震害 地震出版社 1985
67. K.Shiono and EKrimgold, Modeling of search and rescue activity in an earthquake, Earthquake Engineering, Tenth World Conference 1992
68. Richard S. 01son and Robert A. 01son, Urban Heavy Rescue, Earthquake Spectra 1987, 3 (4)
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