基于高性能GPU计算的城市建筑群震害模拟

为适应不断提高的震害预测需求,精细化模型已经成为城市区域震害预测的主要发展方向。然而传统的基于CPU平台的计算方法成本过高,使得精细化模型的应用受限。近年来,GPU技术由于其强大的并行计算能力和较为低廉的价格优势,在通用计算领域得到了快速的发展和应用。基于GPU-CPU协同计算技术,建立了城市区域震害的计算模拟方法,显著缩短了城市区域震害预测的时间。并采用该方法对某中型城市的真实震害进行了模拟应用,展示了GPU技术在大区域城市建筑群震害模拟中的独特优势。     

计算机技术在建筑火灾安全上的综合应用

为通过计算机技术低成本的、高效的、准确的解决建筑火灾安全问题,对计算机技术在建筑结构火灾安全上的综合应用进行研究,并以某一小学教学楼为例将应用成果进行展示。首先,通过FDS软件对该建筑某火灾场景进行了火场数值模拟。基于FDS的数据,利用RCFire程序进行了结构构件内部温度计算和结构火灾反应计算。最后,在Vega的虚拟现实平台上将构件内部温度和结构火灾反应的结果进行了动态图形展示,并实现了结构火灾反应的同步漫游。本文将建筑火场模拟技术、结构火灾反应计算技术和场景表现技术上综合应用到同一建筑上,形成了一个更为准确的结构火灾反应模拟系统,同时也为进一步的建筑火灾场景仿真奠定了基础。     

地震导致外围护填充墙坠落的试验研究及伤害风险范围分析

在地震作用下,外围护填充墙破坏坠落会产生严重的次生灾害。结构层间变形和墙体面外加速度作用是导致填充墙破坏坠落的主要因素。为了研究这两种因素作用下外围护填充墙的破坏和坠落机制,本文设计了一种填充墙拟静力试验。通过将墙体置于不同倾斜角,用重力加速度分量模拟地震时填充墙受到的不同面外加速度。研究不同面外加速度、不同面内层间位移角下墙体的破坏坠落面积比,并给出拟合计算公式。之后,本文针对不同层数的带砌体填充墙框架结构,分别建立其非线性结构分析模型,计算结构每层的加速度、速度和位移时程响应。根据这些结构最大响应,结合试验得到的拟合公式,计算外围护填充墙体不同宽厚比和地震加速度下破坏造成的坠物数量,并计算坠物经平抛运动落地后的分布情况。最后根据坠物数量和坠物分布,估算出地震作用下外围护填充墙破坏坠落导致的伤害风险范围。     

基于GIS的火灾安全疏散模拟

为综合描述场景的关键要素,加强模拟的真实性,基于GIS技术,针对火灾场景下的人员疏散提出了模拟模型。借助GIS缓冲区分析与拓扑分析等功能,实现了初始化场景解析、实时空间分析等流程,可以对任意模拟时间步火灾、人员、建筑环境等要素的分布特征信息进行提取。为人员模型制定了基于空间信息的疏散策略,模拟人员的环境感知能力与分析判断能力。设计并实现了GIS模型至FDS模型的转换接口,维护了GIS模型与FDS模型的一致性,提高了建模效率。在模型基础上,研制了人员疏散模拟系统。应用实例说明了模型对环境各要素的描述能力及对疏散场景的模拟能力。     

多层钢框架结构的区域震害模拟多自由度模型∗

传统的易损性分析方法难以满足城市区域震害预测的需求。基于非线性多自由度层模型和动力时程分析的城市抗震弹塑性分析方法近年来得到快速发展。为了进一步丰富区域震害模拟的可模拟结构类型,基于城市抗震弹塑性分析方法的流程框架,建立了多层钢框架结构的多自由度剪切模型。通过统计规范中的公式参数和文献中的钢框架推覆结果,对模型的周期、阻尼比、骨架线参数和滞回曲线参数进行了标定,并根据文献和美国 HAZUS 报告给出了多层钢框架结构的损伤判别准则。最后,分别使用文献中的试验结果和文献中设计实例的推覆分析结果对模型进行了验证。结果表明:(1)建立了多层钢框架结构的多自由度剪切模型并进行了参数标定,为区域震害模拟提供了可用模型;(2)对多层钢框架结构的损伤判别准则进行了标定,可以根据区域震害模拟结果评价其破坏状态;(3)在考虑骨架线参数不确定性的情况下,模型精度满足区域震害模拟的要求。     

采用城市动力弹塑性分析方法预测唐山市区建筑震害

城市区域建筑震害预测是城市防震减灾工作的重要决策基础。为实现更加合理、细致、直观的城市区域震害预测,本文采用了城市动力弹塑性时程分析方法预测了唐山市23万多栋建筑的震害。分别采用多自由度剪切模型和弯剪耦合模型快速建立中低层和高层建筑的分析模型,给出了每栋建筑不同楼层的震害结果以及震害过程三维可视化展示,并且对比了3种地震动衰减关系的预测结果,对最为合理的椭圆形衰减关系的结果进行了详细的分析。结果表明唐山市当前建筑抗倒塌能力相比1976年唐山大地震时有了显著提高,但非设防的老旧房屋依然破坏严重,城市抗震"韧性"有待提高。本文研究为大规模的城市区域建筑震害预测提供了重要方法和应用案例。