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研究亮點(diǎn)

考慮差異地震動(dòng)輸入的城市建筑群震害情景快速匹配方法

發(fā)布時(shí)間： 2022-07-18 點(diǎn)擊數(shù)量：4765

在經(jīng)歷快速的城市化進(jìn)程之后，城市的建筑環(huán)境變得越來越密集和復(fù)雜，因此對(duì)于可能發(fā)生的大地震，城市面臨的震害風(fēng)險(xiǎn)較高且難以準(zhǔn)確估計(jì)。震前的防震規(guī)劃和震后快速合理的應(yīng)急響應(yīng)都能有效減少城市的地震損失。而在合理的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確的模擬建筑群以及關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的地震災(zāi)害情景對(duì)于震后的應(yīng)急決策十分重要。本文提出了一種可以快速生成城市建筑群地震損傷分布的方法。在該方法中可以對(duì)較大的城市區(qū)域使用差異性地震動(dòng)輸入。該方法的主要步驟如下：首先將大的城市區(qū)域分割為若干小區(qū)域，以使各區(qū)域可以使用相同的地震動(dòng)輸入，然后從提前建立的地震反應(yīng)數(shù)據(jù)庫中采用一定的匹配算法抽取并組合得出各小區(qū)域最接近實(shí)際情況的震害情景，最后將各小區(qū)域的震害情景組合，得到大區(qū)域的建筑群震害情景。

本文對(duì)前期提出的三種匹配算法進(jìn)行了深入的對(duì)比研究，并選擇多波拼接法作為該震害情景快速匹配方法的匹配算法。多波拼接法在精確性、魯棒性和高效性方面均為三種匹配算法中最優(yōu)算法。該方法的損傷指數(shù)匹配誤差平均值在15.0%以內(nèi)，且損傷指數(shù)誤差小于20%的結(jié)構(gòu)占比平均值大于80%。

采用基于多波拼接法的建筑群地震災(zāi)害情景快速匹配方法對(duì)位于我國西部設(shè)防烈度8度區(qū)的某城市進(jìn)行了建筑群震害的快速構(gòu)建。該城市模型包含76794棟建筑。選擇PGA為341cm/s2的El-centro波，并考慮區(qū)域內(nèi)的地震衰減關(guān)系。區(qū)域內(nèi)地震動(dòng)輸入的PGA分布如圖1。分別采用時(shí)程分析和基于多波拼接法的震害情景快速匹配方法獲取結(jié)構(gòu)地震損傷指數(shù)，分別如圖2和圖3所示。可以看出，結(jié)構(gòu)損傷程度的分布相近。損傷指數(shù)平均匹配誤差為15.7%，匹配誤差小于30%的結(jié)構(gòu)占比為91.4%。損傷狀態(tài)的混淆矩陣如圖4，損傷狀態(tài)匹配一致的概率為77.7%。相比時(shí)程分析，本文方法所需的時(shí)間減少約90%。

該成果發(fā)表在國際權(quán)威期刊《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》（Xianan Chen, Xuchuan Lin *, Lingxin Zhang, Konstantinos A. Skalomenos. Method for rapidly generating urban damage scenarios under non-uniform ground motion input based on matching algorithms and time history analyses, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2022, 152: 107055）（IF：3.718，*通訊作者）。

圖1 地震動(dòng)PGA的分布

圖2 采用時(shí)程分析方法得到的結(jié)構(gòu)損傷指數(shù)分布

圖3 采用情景匹配方法得到的結(jié)構(gòu)損傷指數(shù)分布

圖4 損傷狀態(tài)的混淆矩陣

基于網(wǎng)絡(luò)連通性的抗震韌性定量評(píng)估與提升——城市燃?xì)夤芫W(wǎng)為例

《強(qiáng)地震動(dòng)按破壞強(qiáng)度的排序研究》專著出版