甘肃积石山 M_(s)6.2级地震的震害特征与启示

2023年12月18日,甘肃省临夏回族自治州积石山保安族东乡族撒拉族自治县(35.70°N,102.79°E)发生了6.2级地震,震中烈度为VIII度。地震发生后,通过实地烈度评估与科学考察,对震区VI~VIII度区不同建(构)筑物与生命线工程的震害特点进行了统计分析;从抗震设计与施工管理、场地放大效应与地震次生灾害对建筑结构抗震性能的影响等角度,提出了此次地震的震害启示。结果表明:1)严重破坏和毁坏的建筑结构主要集中在老旧的土木结构、砖木结构和无设防或设防不规范的砖混结构。2)造成建筑结构破坏的主要原因是少量自建房抗震设计和施工的不规范、场地放大效应和地震次生灾害。3)优化和改良生土砌筑材料,改进纵横墙间的拉结措施,强化结构整体性是提高土木结构抗震的有效方法;普及“上下圈梁与构造柱”等基本抗震设防措施,规范水泥砂浆强度,提升农村工匠的施工水平,可有效提高砌体结构的整体性,避免房屋出现整体性垮塌;室内洗手间的墙体应该与房顶、纵横墙间建立有效联接,提高结构的抗震性能。4)孤突斜坡、河流高阶地与岸边为抗震不利地带。当建造用地极为匮乏,不得不选址在这些场地之上时,应该综合考虑场地的地形地貌特征、岩土体物理力学特性、水文地质条件、抗震设防目标、建筑结构类型等影响因素,做好地震灾害风险评估,根据评估结果进行科学设防。灾后重建过程中,应由政府统一规划选址、统一设计,规范施工。

《世界地震工程》征稿简则

《世界地震工程》主要发表该学科领域的理论研究、实验研究及其应用方面的论文和成果,其内容包括:强震观测与分析;工程结构抗震理论;结构、工程体系的震害调查总结和震害评定;地震危险性分析和地震小区划;岩土地震工程和场地效应;建筑物与生命线系统的抗震性能和设计原理;结构地震模拟实验;结构控制技术和智能材料的应用;结构健康诊断;抗震设计规范、标准;地震社会问题;土木建筑、道桥以及水利等工程方面的抗震问题等。

征稿简则

《世界地震工程》主要发表该学科领域的理论研究、实验研究及其应用方面的论文和成果,内容包括但不限于:强震观测与分析,工程结构抗震理论,结构、工程体系的震害调查总结和震害评定,地震危险性分析和地震小区划,岩土地震工程和场地效应,建筑物与生命线系统的抗震性能和设计原理,结构地震模拟实验,结构控制技术和智能材料的应用,结构健康诊断,抗震设计规范、标准,地震社会问题,土木建筑、道桥以及水利等工程方面的抗震问题等。

《世界地震工程》征稿简则

《世界地震工程》是由中国地震局主管、中国地震局工程力学研究所与中国力学学会共同主办的,地震工程科学领域的建筑工程和其他土木工程结构抗震、防震和减灾的专业科技期刊。1985年正式创刊,季刊,每季初月末出版。科学出版社出版,国内外公开发行。本刊系中国自然科学核心期刊、中国核心期刊(遴选)数据库源刊、中国科技论文统计源刊。该刊既是地球科学类核心期刊(中国科技期刊引证报告(核心版)),同时也是建筑科学类核心期刊(中文核心期刊要目总览)。

基于向量式有限元的网壳结构地震易损性分析

为解决网壳结构地震易损性研究中,增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)所面临的结构非线性分析耗时长且求解困难的问题,提出了一种基于向量式有限元的IDA方法。首先,以一个Kiewitt-8型单层球面网壳为例,验证了向量式有限元方法求解结构地震响应的准确性,其次选取12个不同参数的Kiewitt-8型单层球面网壳为研究对象,并考虑材料不确定性进行IDA分析,以地震峰值加速度与结构最大节点位移比为参数,绘制了结构在地震作用下的IDA曲线和轻微破坏、严重破坏及倒塌这三种性态下的易损性曲线。结果表明:向量式有限元能高效且准确的求解网壳结构的地震响应,屋面质量和矢跨比的增加均会增加三种性态点的超越概率;对于本文的网壳结构算例,求解时间仅为传统有限元方法的1/15,误差在3%以内,屋面质量和矢跨比的改变导致地震危险性最大增加了75%。

SASMEX:墨西哥地震预警系统发展

墨西哥地震预警系统(El Sistema de Alerta Sísmica Mexicano,SASMEX)于1993年开始投入使用,是世界上首个向公众发布预警信息的系统。SASMEX已成功运行了30年,目前拥有96个监测台站,覆盖范围从巴亚尔塔港(哈利斯科州)到萨利纳克鲁斯(瓦哈卡州)的太平洋海岸以及格雷罗州和普埃布拉新火山轴南部地区。近年来,SASMEX结合震级阈值和震中距生成警报,并利用专用接收器、公共扬声器、多灾种无线电以及电视和广播电台发布预警信息。系统可以在强震动到达后1分钟内向公众发布墨西哥城的峰值地面加速度图。代表性案例是2017年9月7日特万特佩克大地震(M w 8.2)中,SASMEX为墨西哥城提供了近2分钟的预警时间。

基于LSTM神经网络的现地烈度实时估算模型——以JMA烈度为例

如何快速并且准确估计目标场点烈度是地震预警中的关键问题。常用基于衰减关系的场点烈度估计和基于P波信息的现地烈度估计往往存在大震烈度低估的问题。本文提出了一种基于长短时记忆神经网络(logn short-term memery,LSTM)的现地JMA烈度持续估计模型。该模型以现地观测地震动的能量、能量增长率、地震动卓越周期和震源距作为输入,以该点的最大仪器地震烈度为预测目标。选取了日本K-NET台网记录101次地震数据作为训练集,94次地震数据作为测试集,训练了现地烈度估算LSTM神经网络模型。结果表明:在采用3 s时窗长度的序列进行预测时,高估的比例为1.51%,低估的比例为4.00%;并且,随着时窗长度的增加,高估和低估的比例也在不断降低。模型对高烈度(大于等于4.5度)样本的预测时效性随震源距的增加而增加,对大震远场高烈度区域能提供20 s以上的预警时间。

基于环境激励的厦门财富中心动力参数实测分析

为揭示环境激励下不同测点反映的模态信息情况,在厦门财富中心布置结构台阵获取环境激励下的结构振动响应。采用Welch平均周期图法获得功率谱密度(power spectral density,PSD)曲线,并在此基础上识别结构模态参数。比较不同测点的PSD曲线和模态识别结果,并与有限元结果进行对比。结果表明:1)结构基底、自由场地和基岩场地三个测点PSD曲线在0.1~1.0 Hz频段高度相似,该频段是由场地次级微地震引起的;不同之处在于结构基底测点PSD曲线Z向峰值是结构竖向基频,而自由场地峰值是场地基本频率。2)结构低楼层测点主要反映其测试方向上的模态频率,而高楼层测点能够反映多方向的模态频率。高楼层测点反映的模态信息更丰富,但易受到密集模态的影响。3)有限元结果与实测结果接近,表明有限元模型可以较好地反映结构的真实动力特性。

双向振动下高聚物胶凝戈壁土的动力特性试验研究

地震灾害是我国岩土工程中经常遇到的问题之一,为研究戈壁土受地震作用时的动力特性变化规律,采用大型动静三轴试验系模拟土体在受到地震纵横波共同作用时的激振应力,研究掺入一定量的高聚物胶凝材料后的高聚物戈壁土受双向振动作用下各因素对戈壁土动剪切模量、阻尼比及残余变形的影响。研究结果表明:双向振动下,动剪切模量随动剪切应变的增长逐渐减小,随径向动应力比增加,动剪切模量呈现出先增后减的趋势;围压和固结比与动剪切模量呈现出正相关;相位在0°~180°内增长时,双向振动作用下的试样动剪应力增大,动剪切模量随之增加,而阻尼比受各因素的影响较小。高聚物胶凝戈壁土的残余变形随高聚物质量比的增大而迅速减小;在相位差为180°时的动残余体应变和残余剪应变均增大。研究结果初步探明了高聚物胶凝戈壁土在双向振动下的动力变形特性,可为高聚物胶凝戈壁土的应用及工程抗震设计提供参考。

分立式开关电源系统抗震性能的振动台试验研究

开关电源是通信机楼和通信基站中最重要的设备之一,相当于机楼和基站内供电系统的“心脏”,若在地震作用下发生功能失效将导致通信机楼和基站完全停止工作。开关电源的抗震性能研究是通信系统抗震韧性评估研究的基础。本文以通信机楼内常用的分立式开关电源系统为研究对象,通过振动台试验研究其在地震下的特征损伤模式、损伤发展过程以及其供电功能在地震作用下的变化等。试验过程中为了模拟开关电源在通信机楼中的实际使用状态,为开关电源连接了380 V电压输入和一台模拟负载,组成了一个完整的用电系统。试验中台面激励采用了1条人工地震动、1条天然地震动和1条正弦拍波,逐步增大台面PGA直至振动台位移超限停止试验。从试验结果看:当PGA达到1.0 g时电源柜开始损伤,表现为柜门与主框架磨损掉漆,PGA在1.2~1.5 g时,电源柜顶部连接松动,面板连接螺丝松动,螺栓孔发生冲切破坏,PGA达到2.0 g时,试验结束,电源柜的主体未发生严重破坏,交流柜与直流柜前门轴变形;另外即使在较大PGA下,正弦拍波也无法对电源柜激起较大位移而造成破坏。试验过程中电气信号始终稳定,该开关电源柜抗震性能良好。

基于自动分层分区的通信网络拓扑建模方法

通信系统抗震韧性评估对提升系统整体抗震能力和减轻灾害损失具有重要意义,基于通信系统组网规则快速建立合理的通信网络拓扑能够为抗震韧性评估提供网络拓扑数据,同时为建设经济且稳定的城市通信网络提供指导。针对这一问题提出了一种建立合理通信网络拓扑的方法:在获得通信节点基础信息的前提下,基于通信网络组网规则采用优化算法自动建立给出通信网络拓扑。该方法首先采用聚类算法实现通信节点的自动分区;然后,基于通信线路的拓扑规则,以线路长度最短为优化目标,采用蚁群算法和Dijkstra算法优化建立同一分区内节点间线路拓扑。为了验证该方法的可用性,以两座不同规模城市为例,建立了两座城市通信网络拓扑模型。建模结果显示:针对不同规模城市该方法能够结合具体情况快速建立合理的城市通信网络拓扑模型。

废弃玻璃粉风积沙混凝土柱抗震性能试验研究

为研究玻璃粉等质量取代20%水泥与风积沙等质量取代30%天然砂对混凝土柱抗震性能的影响,本文设计和制作4根混凝土柱试件。第1根是普通混凝土柱,第2根是玻璃粉等质量取代20%水泥的混凝土柱,第3根是风积沙等质量取代30%河砂的混凝土柱,第4根是同时用玻璃粉和风积沙分别等质量取代20%水泥和30%河砂的混凝土柱。通过低周往复荷载试验,对比分析各个试件的破坏形态、承载力、滞回性能、骨架曲线、耗能能力、延性系数、刚度退化规律和变形特点。结果表明:20%取代率的玻璃粉取代水泥和30%取代率的风积沙取代天然河砂均能提高混凝土柱的抗震性能,降低构件破坏程度;基于试验结果、Fajfar和Park-Ang提出的地震损伤模型,对其耗能因子β进行修正,得到了修正后的Park-Ang损伤模型,并与废弃玻璃粉风积沙混凝土柱的试验过程吻合较好。

基于特斯拉阀的黏滞阻尼器减震性能研究

针对一种基于特斯拉阀单向流通性的新型黏滞阻尼器,利用MTS landmark电液伺服试验系统对单双阀两种工况的阻尼器进行多振幅多频率循环加载;基于流体在特斯拉阀内的沿程损失建立理论模型,用MATLAB软件对新型阻尼器及传统孔隙式黏滞阻尼器进行仿真分析,分组讨论新型阻尼器的耗能减震性能。试验及仿真结果表明:新型阻尼器是一种无刚度的速度相关型阻尼器,试验值与仿真值基本吻合,较传统阻尼器减震性能突出;单阀阻尼器其性能受流体速度影响存在适用局限性,可通过调整阀门组数以调节阻尼器耗能性能。

适用于区域建筑群实时震害模拟的LSTM-FC组合深度网络模型研究

建筑物破坏在地震灾害中往往会导致巨大损失,对城市建筑群进行灾前灾时的震害预测具有重要意义。传统BP(back propagation)网络和CNN(convolutional neural networks)网络等人工智能方法在进行震害预测时多集中于提取建筑物信息。然而,这些方法在处理地震波的时序数据方面有所不足,导致其在整合和分析对地震灾害预测至关重要的时序相关因素时效果有限。因此,本文提出一种耦合LSTM(long short-term memory)和FC(fully connected)神经网络的震害预测方法。LSTM网络擅长处理具有时间序列特性的地震波信息,能够捕捉和分析随时间变化的地震波动模式。同时,全连接网络可用于综合分析所有相关的震害因子。通过对云浮地区265栋典型钢混建筑进行指标量化并确定输入指标(震害影响因子)和输出指标(震害指数),利用LSTM-FC组合深度网络、CNN网络和BP网络模型对数据进行训练并优化。通过将LSTM-FC网络模型的预测结果与弹塑性时程分析比较,发现该模型在拟合效果和精度方面优于传统的BP和CNN模型。拟合效果提升了36.8%和10.6%,精度分别提升了77.6%和91.7%,表明LSTM-FC网络在地震损害预测上更为有效。同时,将该方法应用于广东省云浮市钢混结构群震害预测,构建的易损性矩阵与华南地区的易损性矩阵均值进行了对比,显示误差相对较小,说明该模型不仅理论上可行,在实际应用中也能表现出较高的准确性和有效性。

基于K-means算法的建筑群震害分析模型缩减方法

基于建筑群模型和弹塑性时程分析的精细化城市震害模拟技术能够为防震减灾及应急救援决策提供必要的依据和参考。为了减小城市建筑群震害模拟的计算量和计算时间,本文提出一种基于聚类算法的建筑群模型缩减方法。该方法采用K-means聚类算法,首先基于建筑结构属性向量对建筑群进行聚类,将相似的建筑结构聚为一组;然后从每组选取一个代表建筑组成建筑群缩减模型,通过减少需要分析的建筑结构数量来减少建筑群震害模拟的计算量。本文对传统的K-means算法进行改进,通过设定组内建筑结构的差异上限自动调整聚类分组数量;提出将具体地震动作用下结构地震损伤指数作为结构属性向量进行聚类,并通过算例对比分别采用两种缩减模型,即基于损伤指数聚类的缩减模型与基于结构力学模型参数聚类的缩减模型,计算结构损伤状态准确程度。对比结果表明:在聚类分组数量相同的情况下,基于损伤指数的分组明显优于基于模型参数的分组,采用模型缩减方法能够在保证足够计算精度前提下显著减少建筑群震害模拟计算量和计算时间。

基于机器学习和迁移学习的地震预警震级估计

震级估计是地震预警的重要环节之一。快速且可靠的震级估计可以为地震预警系统提供有效的地震预警信息。传统的地震预警震级估计方法主要利用从P波信号中提取单一的特征建立震级估计经验预测方程,且震级估计误差较大。为了提高地震预警震级估计的可靠性以及探索机器学习方法在中国川滇地区地震预警震级估计的可行性,基于日本K-NET台网记录的强震动数据建立用于震级估计的机器学习预训练模型(CRnet-M),CRnet-M模型结合了卷积神经网络和循环神经网络;结合迁移学习和中国川滇地区的强震动数据,对预训练的CRnet-M模型进行微调和训练,进而建立了用于中国川滇地区的震级估计模型(TLCRnet-M)。研究结果表明:对于日本的测试数据集,在P波触发后3 s,和传统的地震预警震级估计方法相比,预训练的CRnet-M模型有更小的震级估计误差,且绝对误差在0~0.5震级单位范围内的百分比达到了86.89%;对于川滇地区的测试数据集,在P波触发后3 s,和传统的地震预警震级估计方法以及未使用迁移学习的CRnet-M模型相比,使用迁移学习的TLCRnet-M模型提高了震级估计的可靠性,且绝对误差在0~0.5震级单位范围内的百分比为76.25%。方法在一定程度上提高了地震预警震级估计的可靠性,且对于地震预警系统有一定意义。

底部填芯多节段预制拼装空心桥墩抗震性能试验研究

为提高预应力连接预制节段拼装桥墩的抗震性能及施工便捷性,设计了一种底部填芯多节段预制拼装空心桥墩并进行了抗震试验研究。提出了该新型预制节段拼装桥墩填芯高度设计方法,设计了底部填芯预制节段拼装桥墩缩尺模型并开展了拟静力试验测试。基于试验结果分析了该新型桥墩在水平循环往复作用下的裂缝发展过程、失效模式、滞回性能、延性性能、耗能能力及桥墩接缝的开口大小等抗震性能。研究结果表明:所发展的底部填芯多节段预制拼装空心桥墩的失效模式为底部节段混凝土局部压溃,但范围较小,所提填芯高度的设计方法可行,可以使桥墩实现预期失效模式。该新型桥墩具有较小的残余位移、优异的耗能能力与延性性能,这表明此桥墩具有优异的抗震性能。

自复位浮置物隔震系统的动力试验与数值分析

提出了一种自复位浮置物隔震系统,该系统采用双层正交导轨隔离水平地震,并通过预拉弹簧绳实现自复位。考虑系统摩擦与弹簧绳刚度,建立了自复位浮置物隔震系统的理论模型,完成了不同工况下的隔震系统振动台试验,结果表明输入地震波的加速度峰值越高,隔震系统的隔震率也会相应提升。在输入地震波加速度峰值为0.15、0.2、0.4、0.62 g时,隔震系统平均隔震率分别为50%、58%、75%、82%。在相同峰值的地震波及楼面波地震动输入下,隔震系统均具有良好的隔震效果且能够实现系统自复位。最后建立了浮置物隔震支座-浮置物体系的有限元模型,验证了隔震系统理论模型的有效性。

城市地震次生火灾蔓延模型研究

地震次生火灾是震后发生最为频繁和造成灾害损失最为严重的次生灾害。随着城市化进程的加快,原本城乡结合处的老旧建筑成片区大量存在,一旦地震发生,建筑破坏尤为严重,区域建筑密集等因素为次生火灾的发生和蔓延提供了基础条件,因此对城市地震次生火灾研究显得尤为重要。从工程应用出发,通过确定火灾蔓延的经验参数,建立了基于建筑的城市地震次生火灾蔓延模型,模型主要包括建筑内火灾蔓延和相邻建筑之间的火灾蔓延两个过程,模型中考虑了建筑结构类型、地震对建筑破坏、风速和风向和相邻建筑蔓延的极限距离等影响因素对蔓延的影响。利用1995年日本阪神大地震中水笠公园周边建筑火灾蔓延实际数据,与本文建立的模型模拟结果进行对比分析,说明该模型具有较好的可信度。

基于黑龙江经验场地模型的地震动放大效应研究

局部场地效应是抗震设计规范中的重要内容,以场地类别为基础的场地效应划分结果较为粗略。为解决这一问题,以黑龙江地区土层分布及其剪切波速、土动力特性和密度等资料为基础,统计出场地土参数随深度的变化特征,利用统计结果建立深度从10~80 m不等的15个经验场地模型。以黑龙江地区典型基岩加速度反应谱为目标谱,人工合成地震动作为输入,为了消除随机相位的影响,每一目标谱合成400条地震动加速度时程。分别计算这15个经验场地模型的地震反应,得到不同超越概率水准下地表峰值加速度统计值以及加速度反应谱标定谱的动力放大系数统计值。计算结果表明:随着场地厚度的增加,场地周期在逐渐增加,场地峰值地面加速度(peak ground acceleration,PGA)放大倍数呈现减小的趋势;随输入地震动强度的增加,场地PGA放大倍数减小的趋势呈现出非线性,动力放大系数随场地覆盖层变厚呈现先减小后增大的趋势;随着地震动强度的增加,动力放大系数逐渐减小且随土层厚度的变化趋势趋于平缓。动力放大系数结果不是定值2.5,场地较薄并且地震动较小的情况下,动力放大系数远超2.5;场地较厚并且地震动较强时,动力放大系数大多趋于2.5。