基于设定地震的交通生命线系统抗震性能研究文献综述

 2021-09-30 10:09

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文 献 综 述

一、研究背景和意义

地震是人类面临的最为严重的自然灾害之一,我国是一个地震多发的国家,20 世纪全球35%的 7 级以上陆地大地震在此发生。20 世纪全球因地震死亡人数达 120 万,其中我国占了 49%。仅 2008 年我国境内共发生 5 级以上地震 99 次(大陆地区发生了 87 次,海域和台湾地区发生了 12 次),举世震惊的汶川 8.0 级大地震,就使 69 226 名同胞遇难、17 923 名同胞失踪,2 314.3 万间房屋损坏,造成直接经济损失 8 451 亿[1]。地震发生时,会造成巨大的经济损失和惨重的人员伤亡,更严重的是对城市的供水供电系统、供气系统、通信系统和道路网络系统等生命线系统[2]造成破坏,尤其是道路网络的破坏,导致救援人员无法及时运送伤员和抢险维修,从而间接造成更大的人员伤亡和经济损失。以上这些都说明道路系统在地震灾害中的脆弱性和应急救援中的重要性,某个道路单体结构的破坏都会造成城市功能的瘫痪或丧失,所以确保道路网络系统在震时及灾后的可靠性是一个重大课题。世界各国对道路网络系统中单体结构的抗震可靠性研究已经比较完善,但以道路网络为对象,研究其抗震可靠性还有待深入。目前,我国城市交通系统规划大部分都是基于城市正常运行的情况下进行研究与规划,忽略对各种灾害发生的非正常情况下的交通系统的应急反应的研究与规划[3],针对基于设定地震的城市交通生命线系统的研究仍然是一个薄弱环节。但是提高整个网络的抗震水平不仅工程量巨大,也不经济,所以我们可以从现有城市道路网络中选择具有重要作用的应急道路,根据城市交通网络震害特点及连通可靠性,找出网络系统存在的薄弱环节,对关键点进行加固和改善,确保灾时城市道路生命线的畅通。

本文主要以基于设定地震情况下的道路网络为对象,运用串联系统、并联系统的可靠性理论以及单体结构可靠度分析,研究其抗震可靠性,这将为城市道路网络规划提供重要参考。灾情发生时,完善的应急道路网络能及时有效地开展救援抢险及运输的功能,为地震应急救灾提供可靠保障,为城市抗震减灾工作提供基础。总之,开展该方面的研究,对于指导城市道路抗震设计、灾时路网管理和降低震害损失至关重要,既有科学价值又有广阔的应用前景。

二、国内外研究现状

1、国外研究

抗震设防研究起源于单体建筑结构抗震设计的需求,以单体结构为对象的抗震可靠性研究日趋成熟,在公路、桥梁、隧道等方面各国也都有了完整的抗震设计规范。但是公路、桥梁、隧道等单体结构不是单独存在的,是属于道路网络系统中的一部分,在地震发生后,往往是道路网络的破坏导致城市功能的瘫痪,并严重阻碍应急救援工作的展开,所以将抗震可靠性的研究深入到整个道路网络系统中是必要的。

20 世纪 70 年代中期,把交通系统看作网络研究其抗震可靠度进入抗震研究者的视野,代表性的研究者有 M. Shinozuka,R.Y. Tan.以及 S.J.Fenves ,K.H.Law.日本学者 Mine H. 和 Kawai H.在 1982 年最早提出连通可靠度,最初是研究路网中路段或节点的 0、1 两种状态,0 表示路段中断,1 表示路段连通[4]。后来饭田恭敬等人对交通系统的连通可靠性做了进一步研究[5],同时 Iida 等人将连通可靠度扩展到网络评价中[6]。Stuart D.Werner 等在 1995 年用地理信息系统技术建立了公路系统地震易损性评估系统[7]。美国学者 Stephanie E.Chang 和日本学者 Nobuoto Nojima 在1999 年针对神户地震提出了灾后交通系统整体功能的评估方法,用交通运输的可达性指标来评估系统功能[8]。随后 Nobuoto Nojima 和 Masata 在 2000 年利用一个简单模型模拟评估地震发生后公路运输网络的功能[9]。Hideji Kawakami 在 2000 年采用 Monte Carlo 方法模拟评估公路系统在地震中的结构破坏,用信息流分析方法结合震后道路容量的降低来检验每条道路的功能破坏,并将这些方法用来评价日本东京公路系统[10]。Satoshi Tanaka 等人 2000 年建立了公路运输系统地震易损性模型,该模型可以用来指导灾后公路运输系统在空间和时间方面的应急管理[11]。Bell 和 Schmocker 在 2002 年研究了环型、放射型等不同路网结构的连通可靠性,同时还能判别关键节点[12]。在将交通系统看成网络对其可靠性进行评价的研究日益成熟时,研究者还将研究范围扩展到网络抗震可靠性优化领域,Bertero、S.W.Han、Siddhartha Ghosh等国外学者先后运用模糊理论、可靠度理论等分析方法建立了相关的优化决策模型或经验分析模型。

2、国内研究现状

早期我国学者主要集中研究道路、桥梁等单体结构的抗震能力,我国也有了较为成熟、完善的《公路工程抗震设计规范》,近年来地震工程专家开始关注道路网络系统的抗震问题,将一般网络系统可靠性的研究应用在道路网络系统中,并与防灾减灾领域更好地结合。

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