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考慮差異地震動輸入的城市建筑群震害情景快速匹配方法

發布時間： 2022-07-18 點擊數量：8467

在經歷快速的城市化進程之后，城市的建筑環境變得越來越密集和復雜，因此對于可能發生的大地震，城市面臨的震害風險較高且難以準確估計。震前的防震規劃和震后快速合理的應急響應都能有效減少城市的地震損失。而在合理的時間內準確的模擬建筑群以及關鍵基礎設施的地震災害情景對于震后的應急決策十分重要。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。在該方法中可以對較大的城市區域使用差異性地震動輸入。該方法的主要步驟如下：首先將大的城市區域分割為若干小區域，以使各區域可以使用相同的地震動輸入，然后從提前建立的地震反應數據庫中采用一定的匹配算法抽取并組合得出各小區域最接近實際情況的震害情景，最后將各小區域的震害情景組合，得到大區域的建筑群震害情景。

本文對前期提出的三種匹配算法進行了深入的對比研究，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算法。該方法的損傷指數匹配誤差平均值在15.0%以內，且損傷指數誤差小于20%的結構占比平均值大于80%。

采用基于多波拼接法的建筑群地震災害情景快速匹配方法對位于我國西部設防烈度8度區的某城市進行了建筑群震害的快速構建。該城市模型包含76794棟建筑。選擇PGA為341cm/s2的El-centro波，并考慮區域內的地震衰減關系。區域內地震動輸入的PGA分布如圖1。分別采用時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構地震損傷指數，分別如圖2和圖3所示。可以看出，結構損傷程度的分布相近。損傷指數平均匹配誤差為15.7%，匹配誤差小于30%的結構占比為91.4%。損傷狀態的混淆矩陣如圖4，損傷狀態匹配一致的概率為77.7%。相比時程分析，本文方法所需的時間減少約90%。

該成果發表在國際權威期刊《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PGA的分布

圖2 采用時程分析方法得到的結構損傷指數分布

圖3 采用情景匹配方法得到的結構損傷指數分布

圖4 損傷狀態的混淆矩陣

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