专题简介
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“十四五”国家防震减灾规划指出,提升地震灾害风险预测、防治和管理能力是当前地球物理、地震学、土木工程、计算力学等学科的重点研究领域之一。天津市位于河北省平原地震带和张家口—渤海地震带交会部位,90%以上区域为深厚软土场地,其特点是低承载力、高压缩性、高地下水位、土性沿竖向变化大。此类场地地震动非线性放大效应明显,且极易造成砂土液化、软土震陷等地震地质灾害。针对滨海复杂环境大型城市抗震安全,如何提高工程结构抗震设防水平、推进韧性城市建设、提升城市防灾减灾救灾能力等问题越发引起政府、学术界和工程界的广泛关注。滨海复杂环境工程结构震害防御关键技术已成为地震工程和防灾减灾领域关注的热点,并已取得大量重要研究成果。
大量震害调查和理论研究表明,深厚软土沉积层对长周期地震波具有显著放大效应,局部场地效应也将导致地震动放大和非一致效应,对于单体结构地震响应、城市地震灾害风险和震后救援产生不利影响。例如,1995年日本神户大阪7.2级地震,由于临海盆地场地效应和直下型地震双重作用,大量高房屋、架桥、隧道、管线等遭受严重破坏;滨海海陆交互沉积软土条件下高层建筑、长大桥梁以及地下工程结构等均易出现严重震害,而天津市,尤其是滨海新区地基土即属于此类。局部场地条件是空间变化地震动的主要来源之一,大量研究表明地震动空间差动效应将放大大跨/长大型工程结构地震响应。
天津市滨海地区交通发达、资源丰富,有广阔的发展前景。然而,本地区具有典型的滨海软土特征,软土的分布情况十分复杂,在较强烈的地震作用下极易出现软土震陷。例如,1985年唐山大地震不仅对唐山市造成了严重破坏,天津市塘沽地区同样由于复杂场地条件的影响出现了喷砂冒水、地裂和海河岸坡滑移等震害,造成了大量建筑物、公路和铁路轨道的破坏。受复杂场地影响,滨海复杂环境工程结构震害防御的研究主要针对如何提高建筑结构对地震动的抵抗力,降低地震引发的结构损伤和功能失效风险。针对软土的动力特性开展研究,对土壤动力特性深入分析和评估,准确预测土壤和结构在地震作用下的响应,使得天津滨海地区能够有效地提升其工程结构的安全性和可靠性,为该地区的持续发展提供坚实的基础。
灾害预测可以规避风险,但无法完全避免灾害的发生,因此,有效的防御技术是减轻地震灾害的有效途径。自1972年美国学者Yao首次在土木工程领域提出结构振动控制的概念后,国内外学者对结构振动控制进行了深入研究,新型主动控制、半主动控制、被动控制以及混合控制得到飞速发展。然而,天津地区大多属于海积软土,设防烈度高(8度),地质环境复杂,深厚软土地区结构防震减灾效果受地震动和地基基础影响显著,以全球范围内使用最广泛的隔震技术为例,传统隔震无法同时满足隔震效率和支座变形的要求,我国现行规范、美国规范以及日本规范都不建议在四类场地使用隔震技术。同时,我国滨海地区经济发达,人口财富高度密集,减震需求强烈,因此研发适应于滨海复杂环境的地震灾害防御技术意义重大。
在此背景下,本期专题依托天津市第二届地震灾害风险管理与防御技术学术研讨会通过广泛征集和严格审稿,收录了与复杂环境工程结构震害防御与风险管理关键技术相关的5篇研究性论文。地震动方面,张彦等利用ABAQUS软件及二次开发平台,编写了基于Davidenkov骨架曲线的VUMAT子程序,对饱和沉积盆地进行了近断层非线性反应模拟。建立了不同基岩面坡度的二维T型沉积盆地,选择4条不同频谱特性及幅值的近断层地震波,研究不同盆地基岩面坡度、饱和介质特性、地震波强度等参数影响下场地的非线性反应规律。单体结构方面,程喜等建立了适用于饱和复杂场地大跨桥梁抗震分析的多点地震动模拟方法。通过求解饱和复杂场地地震动传递函数,采用谱表示法生成了空间变化人工地震动加速度时程,并以五跨连续梁桥为例开展大跨桥梁地震响应分析,研究了局部场地效应、动水压力效应对大跨连续梁桥地震响应的影响规律。徐笠畅等提出一种新型竖缝互锁灌孔复合砌块墙体,分别对6片、2片墙体进行了轴压试验与拟静力试验,分析了灌孔方式与构造柱类型对该墙体抗压承载力、荷载分配与变形协调等方面的影响,以及不同构造柱类型对墙体抗震性能的影响。城市地震灾害风险方面,丛鹏里等基于已收集整理的全球自然灾害对产业链冲击影响资料,梳理分析地震灾害与其他自然灾害对行业及产业链的影响,尤其是针对地震巨灾对产业链影响的特征及要素进行研究。基于全球地震巨灾对产业链的冲击影响研究,通过量化方式给出产业链地震灾害风险评估水平,以及不同产业链震后恢复能力,并提出产业链地震安全保障的举措建议。曹颖等提出了一种以高精度数据开展震后人员埋压分布估计的方法。根据实验目的进行数据采集和整理;将单体建筑物进行结构类型和使用类型的划分,在此基础上进行精细尺度人口空间化。依据典型建筑物易损性曲线和设定PGA计算建筑物破坏情况,进而实现对人员埋压位置的快速估计,为地震应急救援工作提供决策参考。
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