基于建筑群震害仿真的应急疏散路径规划方法研究∗

地震中沿街建筑的破坏通常会造成邻近道路大面积瓦砾堆积导致道路不畅,对应急救援产生不利影响。传统区域瓦砾堆积分析通常由单体结构分析并推演至区域层面,其过程需要大量数据支持且计算过程繁重。为突破这一瓶颈,使用弹塑性时程分析工具对研究区域内建筑地震损伤情况进行计算,并将精确到每一时刻的建筑动力响应和损伤指标结果进一步用于区域瓦砾堆积仿真计算,其计算速度和精确性可进一步匹配应急救援的时间和精度需求。所采用的震害仿真工具能考虑建筑结构类型差异,并且可充分考虑结构动力特性与地震动破坏力特征。 最后,以龙头山镇建筑群为例,基于区域瓦砾堆积仿真结果,采用 Frank-Wolfe 算法为各受灾点进行疏散路径规划,研究方法可为震后应急疏散提供参考。     

考虑典型密集建筑群影响的爆炸超压空间分布规律分析

爆炸已逐渐成为影响人们生活的典型灾害,一旦在建筑密集的城市环境中发生爆炸事故,相应灾后评估工作是十分重要的,而爆炸灾害评估与爆炸超压空间分布密切相关。提出了一种与空间分布相关的爆炸灾害评估方法,明确考虑建筑群影响的爆炸波传播机制及其影响因素分析,研究爆炸波能量衰减规律以及具有时变特点的超压空间分布规律,确定与破坏程度密切相关的3种典型超压影响范围。根据超压影响范围对单体建筑物以及密集建筑群中同一建筑物进行分区,确定3种区域的等压线位置,界定爆炸的影响范围。利用LS-DYNA软件进行模拟分析,分别建立炸药在刚性地面上单体建筑物及密集建筑群爆炸响应有限元分析模型,绘制建筑物上的等压曲线,得出影响建筑物上超压分布的主要因素主要为比例距离和建筑群密集程度。     

基于IDA砌体结构地震易损性影响因素研究

对于建筑物或其他结构在地震发生时发生破坏的概率或可能性,并没有准确的数理函数表示。基于增量动力弹塑性时程分析方法(IDA),针对地震发生时更易发生破坏的砌体结构,从场地条件、横墙面积比、高宽比3个因素入手。选取数个典型结构,对震害发生时,针对不同类型的砌体结构抗震能力进行易损性分析,并给出合理建议。     

地震地表破裂与发震断层的性状

本文在总结地震地面破坏实地考察和统计的基础上,发现地震地面破坏的类型与发震断层的性状关系密切。以走滑为主的发震断层,可产生大规模的地震地表破裂;以倾滑为主的高角度发震断层有时可产生一定规模的地震地表破裂;以倾滑为主的低角度发震断层或连通不好的发震断层,地震地表破裂不发育,而次生的地面破坏普遍发育。倾滑型发震断层产生的地面破坏在多方面具有类似的特征,但逆断层性质的发震断层产生的地面破坏分布在断层下盘,而正断层性质的发震断层产生的地面破坏分布在断层的上盘。并进行了有限元模拟,表明,地震地面破坏分布受断层能量释放区域的控制。     

框架结构房屋地震灾害风险评估

如何预测地震作用下建筑物的损伤风险,一直是地震工程和生命线工程领域的一个关键而不易解决的问题.利用大型有限元分析软件对上海浦东某医院框架结构进行了多地震非线性动力时程分析;针对延性破坏指标和强度破坏指标,计算了不同地震烈度下建筑物震害的严重程度,及5种破坏状态的发生概率,给出了震害率曲线.通过曲线,预测了类似建筑的震害,为城市抗震防灾政策的制定提供了依据.     

城市建筑物抗震能力评估方法

由于建筑物震害预测方法只能估计建筑物的破坏而不能评定建筑物的抗震能力,基于对城市建筑物潜在破坏的估计,提出了城市建筑物抗震能力的评估方法。影响城市建筑物抗震能力的因素包括城市所处的地震危险性环境和城市建筑物的易损性。为了考虑地震危险性因素,进行了以地面峰值加速度(PGA)为参数的地震危险性分析,提出了我国不同地震危险性特征分区的PGA概率密度函数;为了考虑建筑物的易损性因素,采用HAZUS-MH中的静力弹塑性分析(push-over anal-ysis)方法研究群体建筑物易损性。通过对这两个因素的研究,建立了城市建筑物抗震能力评估方法,提出的相对全概率抗震能力指数可以反映城市建筑物在其所在的地震危险性环境下所具有的抗震能力,而采用绝对全概率抗震能力指数能够比较不同建筑抗震能力的差异,再结合建筑物抗震能力评估标准,可确定抗震能力水平。以晋江市抽样建筑物抗震能力评估为例,结合震害经验,论证了该方法的有效性。     

爆破模拟等价地震的方法

本文在研究了建筑物爆破地震和天然地震作用下动力反应特征的基础上,提出按建筑物在爆破地震作用下的动力反应等效于预测地震烈度的动力反应,设计等价于预测地震烈度的不同频谱、幅值和持续时间的爆破地震的地面运动,探索建筑物、场地土和地形等在地震作用下的动力反应。     

基于GIS数据与地域性特征的城乡建筑群信息智能获取与抗震性能评估方法研究∗

我国城乡区域建筑群分布广、体量大，强震作用下结构破坏和倒塌风险高，既有的研究方法无法兼顾县区级别大范围建筑信息获取速度与地震模拟精度。为实现快速准确的城乡建筑群抗震性能评估，提出了结合区域建筑地域性特征与 GIS 数据的建筑信息智能获取与抗震能力评估方法。通过 GIS 数据和高分卫星等遥感手段获取县区范围建筑群的屋盖信息、建筑外部尺寸等信息。基于上述信息和具体区域城乡人均 GDP、建造风俗等实际特点， 建立了基于模糊理论和专家系统的模糊推断模型，确定了建筑结构类型、材料属性、开洞情况等内部信息，并通过数值模拟实现区域建筑群的震害分析。将该方法应用于我国西南地区某县城建筑群的参数获取与震害分析，同时以鲁甸地震某村镇验证了本方法的适用性，结果表明本方法对城乡建筑群的抗震性能评估具有较好的适用性。     

超高层建筑风致振动的现场实测与数值模拟

通过采用现场实测和数值模拟方法,对某超高层建筑的风致振动特性进行研究。在建筑物顶部布置结构振动监测系统,对常态风和台风作用下的结构振动响应进行测量,分析加速度、位移幅值和结构的自振特性。以实测动力特性为基础,建立超高层建筑的等效气动弹性模型,采用平均风剖面入口,联合ANSYS和CFX对风场与建筑物的流固耦合振动进行数值模拟,得到不同顶部风速下,建筑物不同高度处的位移时程、气动力系数时程及频谱分析、尾流旋涡脱落模式。将数值模拟结果与现有的实测结果进行对比分析,表明该方法模拟流固耦合振动是可行的,并可为实际超高层建筑的抗风设计和舒适性计算提供技术依据。     

黄土高陡边坡建筑动力临坡安全距离试验研究

针对黄土高陡边坡独特的动力易损性以及黄土地区典型的建筑分布特点,以黄土高陡边坡坡顶建筑物的动力临坡安全距离为研究目标,采用大型振动台模型试验的方法,通过输入振幅逐级增大的地震波,对比分析了坡顶、坡脚处建筑物的动力响应与破坏过程,揭示了强震作用下临坡建筑的失稳特征与动力临坡安全距离。结果表明:坡顶建筑物的破坏程度与动力响应比坡底建筑强烈,随着边坡的破坏,坡顶建筑物有发生向坡面一侧倾覆的风险,滑坡土体最高堆积至坡下建筑物4层高度处;坡顶建筑地基基础呈“不对称式拉剪破坏”,加速度沿楼体高度有放大效应,且随着地震荷载幅值的增大,放大效应更加明显;土与建筑结构相互作用下,坡顶裂缝竖向发展可达50 cm,对照原型,黄土高陡边坡的竖向裂缝深度可达25 m,试验结果与1989年塔吉克斯坦5.5级地震震害相符。坡高为35 m,坡脚角度为70°的黄土高陡边坡,在强震荷载作用下,坡顶多层建筑的临坡安全距离最小值为20 m。     

软土地下建筑物的地震响应及动力可靠性分析

在软土室内动力试验和有限元有效应力动力反应分析方法的基础上,引进可靠度理论,提出软土地下建筑物抗震稳定可靠性分析方法,对上海地铁一号线位于砂性土层及粘性土层这两种典型地质条件下的地铁车站及区间隧道的抗震稳定性进行了计算分析。计算中选用国内外6条强震地震记录曲线作为地震输入,计算分析内容包括:隧道、地铁车站、周围土体及注浆材料的动应力、孔隙水压力和震陷;地铁车站和周围土体的动力可靠度。所得结论可为软土地下建筑物抗震设计提供参考依据。     

地基液化导致沉箱码头破坏及地基加固方法的非线性数值分析

地震作用引发的地基液化,往往导致沉箱基础的破坏。本文基于Biot两相饱和多孔介质动力耦合理论,采用FE-FD耦合数值分析方法,对液化海床沉箱基础的地震反应进行非线性有效应力分析。在数值分析过程中,建立了以土骨架位移和超静孔隙水压力表达的us-pw动力固结方程和循环弹塑性本构模型,该方法能够很好地模拟地震作用下沉箱码头的动力特性及液化破坏的影响。通过数值模拟计算,分析了采用碎石桩进行置换砂区域的防液化加固方法,并就碎石桩处理区域的选择提出了建议。     

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。     

大型钢筋混凝土结构相似性准则及试验方案研究

目前对于大型钢筋混凝土结构的动力分析研究中,结构动力模型试验与破坏试验仍然是了解结构非线形动力响应与地震破坏形态的一种重要手段。原型结构与模型结构之间各种力学和物理量的相似关系至关重要。本文结合三峡升船机抗震试验,首先介绍了原型基本概况,基于原型对模型进行了设计,给出相似性关系。根据需要研究的内容,给出了可实施的具体方案,包括准备阶段、弹性小震阶段、设计地震阶段和超设计地震阶段,并对加载的地震时程进行了设计。期望研究成果对今后开展大型钢筋混凝土结构的破坏试验工作有一定的指导和借鉴作用。     

耐震时程法在高墩刚构桥抗震分析中的应用

耐震时程法是一种新的基于时域的动力弹塑性抗震分析方法,与其他抗震方法相比,耐震时程法在大型复杂结构非线性分析时极具优势。以一座典型高墩刚构桥为例,介绍了耐震时程法的概念、基于桥梁抗震规范反应谱的耐震时程波生成方法及其在桥梁抗震分析中的应用,并且提出了符合高墩桥梁实际的计算Park-Ang损伤指数加权系数的方法。结果表明:耐震时程法预测柔性桥梁结构地震响应是合理的,宏观上表现为传统非线性分析响应的均值;耐震时程法分析时输入结构的能量与中等持时的天然波能量相比偏大,评估桥梁地震损伤时较为保守;耐震时程法用于设计初期桥梁方案比选时,只需1次非线性分析即可高效评估不同桥型抗震性能。     

基于WEBGIS的城市建筑物震害评估方法研究

城市是人口高度密集且财富集中的地区,一旦发生地震,城市遭受的破坏和打击是巨大的。由于地震造成损失的主要原因是建筑物的倒塌及破坏,因此通过开发基于WEBGIS的城市建筑物震害预测信息系统,对城市建筑物震害的损失估计有着十分重大的意义。利用WEBGIS网络化空间分析技术,结合城市区域特征分区易损性模型,同时采用综合系数评价方法,对震时城市内的钢混、砖混、砖木、石砌、土木等五类结构进行了易损性计算,最后得出了各类建筑物破坏的严重程度以及由此造成的损失,为震后应急指挥管理提供了指导意见。最后结合在福建省地震局地震灾情快速评估系统中的实际应用,说明该方法的实用性和有效性。     

泥石流作用下夯土建筑灾变响应特征研究∗

探究泥石流对夯土房屋的破坏模式及其动力致灾特征,有利于推进研究山区房屋承灾体对泥石流的灾变机制,对提高灾害风险管理水平、指导山区防灾减灾工作具有重要意义。通过实地调研凉山喜德县基恩德沟火后泥石流,总结了泥石流对夯土房屋的破坏模式,分析了泥石流动力学特征,根据现场受损房屋实测数据进行三维建模,利用有限元分析方法,获取了夯土建筑的位移时程响应和应力时程响应,反演了夯土建筑承灾破坏过程,探讨了泥石流作用下夯土建筑灾变响应特征。结果表明：(1)泥石流对夯土房屋的破坏模式表现为：通过墙体干缩裂缝渗入室内淤埋房屋;冲刷墙体基础导致墙体倒塌;携带大石块冲毁建筑;(2)墙体受泥石流冲击破坏表现为冲击点压碎破坏、墙体内侧受拉破坏和墙角剪切破坏;纵墙损伤为泥石流冲毁山墙后进入室内沿门洞冲出时导致的第二次破坏;(3)夯土房屋整体性较差,裂缝的发展切断了应力的传递路径,有效保护了其他墙体;(4)夯土房屋在泥石流作用下率先破坏的区域为大石块撞击点、墙基和墙角等形状突变位置。为此,夯土房屋防护,可首先考虑加固墙基和墙体转角等应力突变位置。     

估计近场地震动的统计—经验格林函数法

本文提出统计-经验格林函数法,用以估计缺乏小震记录场点在大震时的地震动时程。统计-经验格林函数的富里哀幅值谱从其它类似场地获得的小震记录的富里哀谱的衰减关系中得到,其相位谱则直接取自小震记录的相位谱。本文分别用经验格林函数法和统计-经验格林函数法,用迁安台记录到的1976年唐山地震的三次余震(M_L 5.8、M_L 5.7和M_L 5.4)的加速度记录,合成唐山地震的最大余震滦县地震(M_s 7.1)时迁安台的加速度时程曲线,合成结果说明了所提方法的可行性。     

基于刚度退化的钢筋混凝土结构抗震性能指标对比分析

地震作用下,钢筋混凝土结构的损伤程度可由刚度退化参数量化。基于纤维模型建立了3层钢筋混凝土框架结构有限元模型,分别进行了3种水平侧向加载模式的静力弹塑性分析和弹塑性动力时程分析。依据结构耗能分析,对比了作者提出的刚度退化性能指标D_(performance)与Kunnath和Jenne指标D_(KJ)评价结果的差异,并采用D_(performance)性能指标对结构楼层在不同地震水准下的破坏程度进行了定量评价。研究表明,D_(performance)性能指标对结构水平侧向加载模式不敏感,并能判别结构各楼层的损伤情况,从而确定结构薄弱层的位置,能合理、可靠地评估结构在地震作用下的性能水平。     

Rayleigh波入射下建筑群-隧道群相互作用特性研究∗

采用一种高精度间接边界元方法(IBEM),研究了 Rayleigh 波入射下地上建筑群?地铁隧道群的动力响应。研究发现：地上建筑群与邻近地铁隧道群之间存在显著的相互作用,系统响应规律与入射波的频率、建筑物的数量与高度、隧道数量和位置等因素密切相关。参数分析表明：考虑不同因素影响后,地面运动幅值最大可放大约 25%。 当入射波频率较低时,地上建筑群结构顶部位移幅值会较单一建筑顶部位移幅值显著降低,这尤其体现在位于建筑群中部的建筑响应中,最大可降低约 88%;当入射波频率较大时,这一现象变得不再明显。高频入射波作用下, 地上建筑群与地铁隧道群的相互作用会使隧道衬砌产生较大环向应力,其峰值可较单一地上建筑的情况放大约 60%。