基于LM-BP神经网络的钢筋混凝土框架结构震害快速预测模型

为了快速对建筑群进行震害预测,构建城乡地震易损性模型,为防灾减灾工程提供依据并助力韧性城乡建设,本文选取位于抗震设防烈度为7度区的某市,把该市已完成的震害预测项目的基础数据和结果作为数据库的样本来源,以框架结构作为研究对象,将层数、层高、楼高、柱面积率等12个易获取且关联度较高的关键数据作为震害影响因子,充分利用了Matlab可视性良好的建模特性及LM算法能够快速拟合的优势,训练了一个基于LM算法的BP神经网络震害预测模型。采用多组数据测试,对单次模拟结果数据进行对比,并通过多次随机选取数据样本建立模型,验证该模型的精度和稳定性。测试结果表明,本文所选取的震害影响因子能够对框架结构的震害预测结果进行准确映射,该方法准确快速高效,可以应用于建筑群的快速震害预测实际工作中。     

"5·12"汶川大地震人员伤亡的时空分布特点

根据现场调查、新闻发布会和政府部门报表等相关数据,分析了"5·12"汶川大地震人员伤亡的空间分布和时间变化特点,阐述了总人口、总面积、设防烈度和地震实际烈度等因素对死亡人数的影响,定量描述了报道死亡人数随时间的变化情况,给出了部分地区因不同原因造成的人员死亡比例.     

中国抗震规范强震记录选取的初选条件研究

合理的强震记录选取对于结构时程分析具有重要意义,而其地震动特性是否符合要求是判断选取结果是否合理的先决条件。我国建筑抗震设计规范中设计地震分组与设防烈度的概念并无清晰对应的地震动参数指标,故工程及研究人员在实际选波过程中往往模糊了上述要求。利用地震烈度和峰值加速度的衰减关系,首先给出了各设防烈度下震级的初选范围,进而针对远场的高烈度设防地区给出了距离初选范围,最后结合目前常用的国内外强震记录数据现状给出了场地类别筛选的建议。结论可为工程建筑依据抗震规范进行强震记录选取提供参考。     

汶川8.0级地震非承重墙体震害调查分析

通过对汶川8.0级地震发生后西安、成都地区(地震烈度为Ⅵ～Ⅶ度区)的高层建筑震害调查,以某小区震后建筑物非承重墙体裂缝为实例,给出了高层建筑震害易发生的部位和楼层,分析了非承重墙体裂缝产生的原因。震害调查表明:汶川地震中,在抗震设防烈度为Ⅵ～Ⅷ度区,当地震烈度为Ⅵ～Ⅶ度时,非承重墙抗震性能的表现不尽如人意。提出了应对非承重墙体制定设防目标,且非承重结构构件的抗震设防目标应与主体结构设防目标相适应,使建筑结构设计,对非承重墙的抗震设防有据可依,使灾后有可能对设计与施工的质量进行评估,通过有区别地加强非承重墙的抗震构造措施,减小建筑物的震害损失。     

钢管混凝土桥墩动力时程分析及累积损伤评估

为了研究钢管混凝土桥墩的抗震性能并评估桥墩在地震作用下的累积损伤,对比分析了不同累积损伤模型的差异性,提出了一种基于损伤指标的钢管混凝土桥墩地震累积损伤评估方法。基于纤维截面模型,对某钢管混凝土桥墩在不同地震动强度下进行了横桥向动力时程分析,并从概率角度对桥墩的累积损伤进行评估。结果表明:对于抗震设防烈度为7度的桥墩,在相当于7度E1地震作用下处于基本完好状态,在相当于7度E2地震作用下没有发生严重破坏或失效破坏,在两种超罕遇地震作用下的失效概率分别为15.7%和27.14%,满足抗震设防要求。研究结果可为实际工程中钢管混凝土桥墩的抗震性能评估提供参考。     

上海及邻近地区地震烈度衰减规律研究

上海市是国际性大都市,确定合理的抗震设防标准,对于城市防震减灾、经济建设和社会可持续发展具有重要意义。地震动衰减关系是地震区划和重大工程场地地震安全性评价的重要内容。在已有的上海及邻近地区地震烈度衰减关系中,统计结果所依据的烈度资料包括历史地震资料,而历史地震资料因震中位置精度不高原则上不宜作为地震烈度衰减关系的统计资料。在借用法工作中,地震动衰减关系所用的距离参数一般采用实际距离,与烈度等震线距离的含义有所不同。基于上述原因,本文仅选用了有近代仪器测定震级的地震,并对等震线的距离参数进行了修正,利用联合衰减统计方法,统计得到上海及邻近地区地震烈度衰减关系。 与以往的类似工作不同之处是:(1)仅选用了有近代仪器测定震级的地震,这样统计结果比较可靠。(2)对距离参数进行了修正,使地震动衰减和烈度衰减关系中的距离参数的定义尽可能保持一致。     

震中烈度与震级和震源深度经验关系的统计回归分析

震中烈度是震源附近宏观破坏最为严重区域的地震烈度,快速判定其大小对指导抗震救灾具有重要意义。搜集整理了我国大陆地区1966-2014年期间的175次震级在5.0级以上的地震事件,回归得到了震中烈度与震级和震源深度的统计经验关系。与以前的研究结果相比,所选取的基础数据数量更大,而且均是近50 a来的地震事件,地震参数信息更为准确和统一。研究结果可用来快速判定震中烈度的大小。     

抗震设计中应用地震危险性分析结果的探讨

文中针对地震危险性分析结果给出不同概率水准地震动参数的特点,提出最优设防标准的定义,并以此选取合理的地震动参数。根据考虑同等烈度震中距的概率分布建立其与常规抗震设计的联系,最后以一具体算例加以说明。     

灾后重建的公共建筑抗震效果的R型因子分析

应用R型因子分析模型和SPSS19.0软件对四川省芦山县670座公共建筑进行了实证研究。通过2013年芦山7.0级地震中2008年以前建造的公共建筑和2008年以后建造的公共建筑的受损结果进行了对比分析。研究认为芦山7.0级地震中受损严重的公共建筑以2008年以前的为主,汶川8.0级地震以后建造的公共建筑的抗震效果明显;2008年以后的公共建筑全部达到了Ⅶ度设防的目标要求;同一种建筑结构抗震性能的差异性也较大;框架结构表现出比其他结构更好的抗震性,按照Ⅶ度设防标准建筑的框架结构,基本可以抵御Ⅸ度烈度的强震。     

烈度当量—预测地震灾害的一种新途径

本文给出了预测地震灾害的一种新途径,即:M→Г→Z(M为震级,Г为烈度当量,Z为地震灾害)。烈度当量为一新概念,在震害预测中,它较之于烈度和震级更为有效。其具体方法是:首先利用一些经验公式将震级M换算成震中烈度I_0;其次再计算一次地震造成的总烈度当量(它包括对某一地震造成的不同烈度区进行烈度当量换算和计算不同烈度区的面积);最后在考虑到地震震级、发震时刻、震前地震预报的程度、受灾面积、受灾区人口与经济密度、固定资产及建筑物设防等因素的前提下,预测地震灾害。     

淮安市砂土地震液化势的综合评估

建立了BP神经网络模型LM算法的砂土地震液化判别方法,采用LVQ模式分类网络对数据进行分类,选取唐山地震时76个场地、320组现场液化勘察资料为研究对象,训练和检验网络模型的数据各160组,结果表明,该方法的砂土液化预测准确度为96.8%。根据淮安市典型场地土的钻孔资料,采用《建筑抗震设计规范法》液化判别法(规范法)、美国国家地震研究中心建议的液化判别简化方法(NCEER法)和谢君斐-陈国兴液化判别方法(谢-陈法)等3种液化判别方法及本文提出的BP神经网络模型液化判别方法对22个钻孔、120标贯点进行了液化判别,结果表明:14种地震液化判别方法的计算结果基本一致;2NCEER法比谢-陈法的计算结果要保守;3谢-陈法与规范法的计算结果很吻合,预测正确率相差不大;4规范法相对BP神经网络模型法的计算结果要保守;5BP神经网络模型法比其他3种方法的预测结果更符合实际的液化规律。最后,综合4种方法的液化判别结果给出了该地区地震液化势的评估结果,并给出了部分典型地质剖面土层地震液化势分布图。     

中国大陆城镇供水管网区域差异及抗震性能评估

为了研究中国大陆城镇供水管网抗震性能的区域差异特征,基于供水统计年鉴提取了各城镇供水管网基础数据,从管网规模、管道类别构成等方面分区域进行了差异性分析。采用与可获取数据相匹配的供水管网地震破坏评估模型,分析了18个城市供水管网的抗震性能,分区域统计分析了造成区域供水管网抗震性能差异的原因,同时,初步探讨了当地设防烈度对供水管网抗震性能的影响,最后,给出了提升供水管网抗震能力的建议。     

1970—2019年全球陆地破坏性地震人员伤亡时空特征及其贡献率分析

基于区域灾害系统理论,梳理了1970—2019年全球陆地破坏性地震灾害数据,运用地理探测器模型量化了地震致灾因子(震中烈度)、承灾体(人口密度、人均GDP)、孕灾环境(海拔、相对高程、坡度)以及房屋损毁对地震人口伤亡的贡献率。结果显示:(1)1970—2019年全球陆地破坏性地震灾害频次呈现波动上升趋势,地震造成的人员伤亡呈现增加趋势,近20 a来7.0级以下地震造成的伤亡人数有下降趋势。(2)全球陆地破坏性地震灾害约60%分布于地中海-喜马拉雅地震带,约35%分布在环太平洋地震带。(3)房屋损毁对地震造成的人口伤亡贡献率最大,其次是震中烈度和人口密度。海拔、相对高程和坡度三者中相对高程对地震造成的伤亡人数贡献率最大。(4)环太平洋地震带和地中海-喜马拉雅地震带上各个影响因子对地震人口伤亡的贡献率存在差异。     

基于BP神经网络的饱和砂土液化判别方法

基于唐山地震中大量的砂土液化现场实测资料,选取描述地震动特性的烈度、震中距、地面峰值加速度和描述砂土层埋藏环境条件的地下水位、标贯点深度(土层深度)、上覆非液化覆盖土层厚度、有效覆盖压力,以及表示砂土自身属性的标准贯入锤击数、平均粒径、不均匀系数、修正标贯击数共11个指标的不同组合作为输入变量,采用快速BP算法和LM算法构造了饱和砂土液化判别的BP神经网络预测模型.通过所建网络模型的训练、验证和应用,结果表明:(1)所建14个BP神经网络模型都是有效的,液化判别的准确度与模型输入变量的不同组合有关;(2)增加网络模型的节点(考虑因素较多)并不一定能够提高BP神经网络模型的液化判别准确度,反而增加了BP神经网络模型的复杂性和学习时间;(3)两种算法的BP神经网络模型都有很高的液化判别准确度,LM算法的计算速率要比快速BP算法快得多,但在计算过程中需要更多的内存,建议采用LM算法;(4)采用所提BP神经网络模型的权值与阈值进行其它预测样本的液化判别时,判别结果可能偏于保守;(5)从影响砂土液化的主要因素、获取指标难易程度考虑,在与<建筑抗震设计规范>砂土液化判别公式考虑指标一致的情况下,建议采用BP神经网络模型M4或M5a,该模型简单、方便,且其预测准确度远高于<建筑抗震设计规范>的砂土液化判别准确度.     

芦山7.0级地震震后道路损毁风险评估方法研究

芦山7.0级地震发生后,地震及其次生地质灾害严重损毁了灾区的道路交通系统,中断了灾区救援的交通生命线。为了满足震后灾区道路损毁风险评估的需要,有必要建立将次生地质灾害考虑在内的灾后道路损毁评估模型。在震后数据资源有限的情况下,以震前道路基础地理信息、次生地质灾害危险性评价数据为主要数据源,建立道路损毁风险评估模型,模型综合考虑了道路震害因子(如地震烈度、设防烈度)以及次生地质灾害对道路损毁的影响。将该模型应用于雅安地区芦山县、宝兴县、雨城区以及天全县四个区县的道路损毁风险评估中,评估结果与报告第一时间报送民政部国家减灾中心。评估结果与四川省测绘地理信息中心和天地图联合开发的芦山7.0级地震地理信息发布平台发布的地震灾区道路损毁数据进行对比分析,评估结果与实际情况基本一致。可以为震后长期恢复及次生地质灾害防治提供参考。     

历史大震烈度推算新方法研究

历史大地震的烈度对烈度区划编制、建筑设防、城市规划、震灾情景模拟和历史灾害研究等具有重要的参考作用。该文提出了一种利用地震烈度衰减模型和余震数据推断历史大地震烈度的新方法。以1668年郯城■级地震为例讨论了不同模型和数据组合的效果,并使用1556年陕西华县■级地震和2008年汶川8.0级地震进行了验证。结果显示：最短断层距模型和主震、强余震数据组合计算的结果最佳;计算的烈度值接近权威机构发布的烈度值,能较准确反映烈度的分布范围;该方法考虑了场地的影响,计算结果可以展示区域内烈度分布差异。在综合考虑史料和地质调查资料的基础上,可以用于校正精度差的历史大地震等震线,为区域地震灾害防御提供科学依据。     

我国地震人员损失评估经验概率模型

对地震人员伤亡的准确预测是震后救灾资源调度和救援人员分配的重要依据。基于PAGER系统中的双参数累积对数正态分布模型，分别讨论了3种建立我国地震人员损失预测模型的方法，并通过历史地震的受灾情况对其预测效果进行验证。其中，直接采用PAGER系统中提供的我国参数和以极震区烈度为变量建立的预测模型的准确性均不理想。考虑到多数震害调查资料中各烈度区受灾数据的缺失，选取数据较为详实的2008年四川汶川8.0级地震，根据已知受地震影响的25个市县的人员损失总数，综合考虑烈度区面积、人口数和烈度对地震人员损失数的影响，将每个市县的人员损失总数进行分配，最终得到不同烈度区的人员死亡率和受灾人数，回归得到模型参数后，建立我国地震人员损失评估经验概率模型。经验证分析，该模型预测结果与震例结果十分接近，远好于前2种方法得到的预测模型。同时，该模型的残差频率的正态性较好，根据预测结果建议的地震应急响应级别均与震例的实际情况相符。     

新型可恢复功能组合柱设计及其抗震性能研究

为实现框架结构震后性能的快速恢复，提出了一种有良好自复位能力且易于修复的新型可恢复功能组合柱。考虑钢绞线滑移及无粘结钢绞线的受力特征，采用OpenSees对柱抗震性能进行验证及参数分析。对不同设防烈度普通钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)框架、钢绞线混凝土框架及应用可恢复柱的可恢复框架进行静力推覆及地震荷载下的残余位移及最大位移响应分析，得出各框架层间最大位移与残余位移的关系，并对比分析各框架在不同地震强度下的可恢复性能。结果表明：钢绞线配置率对可恢复柱的抗震性能有重要影响；7度设防RC框架应用可恢复柱后，底层梁柱塑性铰发展大幅减轻，延迟了框架的破坏，且其承载能力与自复位能力均高于8度设防RC框架；在地震作用下可恢复框架的失效概率最低，可恢复性最高，且地震作用越大，其相对于普通RC框架可恢复性的提升越为明显。     

基于情景分析的地震人员死亡快速评估

震后人员死亡快速评估对地震应急响应启动十分重要。基于震级、烈度和发震时间三个影响地震人员死亡的主要因素,构建三级地震应急基础情景;考虑地震人员死亡评估过程的不确定性,以我国1970-2015年183次破坏性地震为样本,运用信息扩散理论估算各地震应急基础情景下人员死亡率期望值及死亡率区间概率值,基于地震烈度分布图与人口密度数据评估受灾人口,进而建立基于情景分析的地震人员死亡快速评估模型;在此基础之上,利用该模型对近几年发生的地震进行死亡人数及区间评估,验证模型的精度,并选取两个较为典型的模型进行精度对比,结果表明基于情景分析的地震人员死亡快速评估模型精度更高,且死亡人数区间评估形式使模型适用性更强,能够为震后应急响应启动提供理论依据。     

我国建筑物地震保险制度及保险费率厘定研究

在简单阐述各国成熟保险制度的基础上,从政府角色、普及方式、出售方式、保险金额、免赔率及保单涵盖范围等方面对适应我国国情的地震保险制度进行研究。采用基于地震危险性、建筑结构易损性及结构损失的地震工程学方法进行地震保险费率厘定,并对如何恰当考虑地震危险性与选择结构易损性计算方法进行论述。最后,选取课题组计算获得的576条解析地震易损性曲线,分析后得到考虑了建筑高度、抗震设防烈度、龄期及抗震设计规范差异的RC框架主体结构、建筑装修及室内财产地震保险费率,并与各国已有的地震保险费率进行对比,结果表明本文地震费率计算方法合理可行。