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考虑水质因素的供水管网抗震韧性评估

地震工程与工程振动 2024年第2期44卷 19-29页

作者：侯本伟黄金美韩朝吴珊北京工业大学城市建设学部北京100124 北京市工程咨询有限公司北京100124 防灾科技学院土木工程学院河北三河065201

城市基础设施系统抗震韧性分析模型是评估城市防震减灾能力并指导震后恢复工作的重要依据。提出了耦合水力与水质模拟的供水管网抗震韧性评估模型。根据管道地震易损性模型和Monte Carlo模拟生成管网地震破坏场景,并采用动态重要度方法... 详细信息

城市基础设施系统抗震韧性分析模型是评估城市防震减灾能力并指导震后恢复工作的重要依据。提出了耦合水力与水质模拟的供水管网抗震韧性评估模型。根据管道地震易损性模型和Monte Carlo模拟生成管网地震破坏场景,并采用动态重要度方法模拟管网震后修复过程。通过管网中余氯浓度的降低表示地震破坏对管网水质的负面影响,震后管网余氯浓度的变化取决于管道破坏引起的供水路径和水量的变化。采用震后余氯浓度未下降的用户节点供水量,作为管网系统水质性能评估指标。所提出的模型应用于2个不同布局的Benchmark案例管网。研究结果表明:管道破损处的水量漏失导致其上游管道的水流量增加、余氯浓度增大,下游管道的供水路径延长、余氯浓度减小。管网的水质韧性值往往低于水力韧性值,水力和水质韧性相对差异程度受到管网布局和运行规则的影响,文中案例管网水质和水力指标计算的抗震韧性损失指标的相对差异在17%~286%之间;运行规则复杂且含有调节水箱的管网,其水力和水质韧性的差异较大。

关键词：供水管网抗震韧性韧性指标水质模型水力模型

基于LightGBM算法的供水管网抗震性能评估

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工程力学 2024年

作者：马天鹤侯本伟缪惠全许成顺杜修力北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室

为考虑管线地震破坏和震后修复的不确定性，多采用蒙特卡罗模拟（MCS）方法进行供水管网震后水力服务性能以及韧性评估。由于MCS产生的样本数量多，且每个样本进行水力模型计算耗时较长，导致采用MCS评估供水管网震后服务性能时存在计... 详细信息

为考虑管线地震破坏和震后修复的不确定性，多采用蒙特卡罗模拟（MCS）方法进行供水管网震后水力服务性能以及韧性评估。由于MCS产生的样本数量多，且每个样本进行水力模型计算耗时较长，导致采用MCS评估供水管网震后服务性能时存在计算量大、效率低的问题。本文采用LightGBM算法构建地震破坏供水管网服务性能的预测模型，代替每个MCS样本中水力分析模型，提升MCS模拟计算效率。代理模型的输入参数为管线水力重要度及其破坏点漏口面积，输出参数为管网中节点和管网整体的供水满足率。通过Benchmark案例管网验证了LightGBM代理模型的有效性；与水力功能分析模型计算结果相比，代理模型评估的管网震后服务性能相对误差为1.09%～1.88%，计算时间降低了73.1%～92.3%；对于管网震后恢复过程模拟和韧性评估问题，代理模型得到的不同恢复策略的韧性指标，与水力分析模型的结果相对误差小于1%。因此，基于LightGBM算法的代理模型可为城市供水管网震后性能评估、恢复过程模拟和韧性评估提供支撑。

关键词：供水管网抗震性能评估韧性评估 LightGBM算法代理模型

考虑多功能状态的地铁车站体系的震后功能评估

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工程力学 2024年

作者：侯本伟武渊博缪惠全许成顺杜修力北京工业大学城市建设学部

地铁车站是城市轨道交通系统的重要组成部分，地震作用下车站内结构构件、非结构构件和设备设施等各类组件不同程度破坏均会导致地铁车站各类功能下降或丧失。现有研究缺乏地铁车站体系震后功能状态的整体评估模型，本文基于真实地铁车... 详细信息

地铁车站是城市轨道交通系统的重要组成部分，地震作用下车站内结构构件、非结构构件和设备设施等各类组件不同程度破坏均会导致地铁车站各类功能下降或丧失。现有研究缺乏地铁车站体系震后功能状态的整体评估模型，本文基于真实地铁车站地震破坏和恢复记录，明确了地铁车站体系的震后功能需求，并据此将地铁车站体系的震后功能状态划分为5个；将车站体系表示为由主体结构、乘降、供电、信号等7类子系统组成的体系，基于故障树模型表示子系统功能所需组件单元、不同子系统之间的关联关系、以及子系统对地铁车站体系震后功能的影响；通过Monte Carlo模拟随机抽样获取组件震后状态，并利用故障树分析子系统和地铁车站体系的震后功能状态。结果表明，随着地铁车站体系震后功能需求的降低，体系功能失效概率曲线中位数随之增大，最高要求的功能状态I对应的中位数是最低要求的功能状态V对应的中位数的20%。同一个组件单元，在不同的体系功能中的重要度差异可达17倍。

关键词：地铁车站震后功能评价地震易损性故障树模型 Monte Carlo模拟

基于状态树模型的给水处理厂体系震后功能评估

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工程力学 2024年

作者：侯本伟元明豪吴珊缪惠全许成顺北京工业大学城市建设学部

给水处理厂体系是城市供水系统的重要组成部分，地震作用下厂区内部的水处理构筑物和建筑物等组件的破坏会导致水厂体系的震后供水能力下降。现有研究缺乏给水处理厂体系震后功能状态分析量化的模型和方法，本文提出了考虑厂内不同组件... 详细信息

给水处理厂体系是城市供水系统的重要组成部分，地震作用下厂区内部的水处理构筑物和建筑物等组件的破坏会导致水厂体系的震后供水能力下降。现有研究缺乏给水处理厂体系震后功能状态分析量化的模型和方法，本文提出了考虑厂内不同组件震后状态的给水处理厂体系震后供水能力评估模型。考虑净水处理工艺流程中的水处理构筑物、建筑物和连接管线的地震易损性，通过状态树模型表达不同组件之间的连接关系及其对水厂体系整体供水量的影响。采用地震易损性模型计算水厂体系中各类组件的不同破坏状态概率，通过Monte Carlo模拟抽样得到组件破坏状态，通过状态树的逻辑门判别各个组件的破坏状态对水厂体系供水量的影响。将状态树模型应用于某实例水厂体系的震后服务能力评估，验证了模型的合理性。结果表明，水厂体系的地震易损性与单个构筑物的地震易损性模型存在较大差异，不能使用构筑物的地震易损性表示水厂体系的震后功能状态，模型评估的水厂体系震后功能状态与实际震害调查报告记录吻合度较高。

关键词：给水处理厂体系震后功能评估状态树模型地震易损性 Monte Carlo模拟

区域高速铁路网络性能的多维度评估指标对比研究

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铁道运输与经济 2024年

作者：陈鹏旭侯本伟缪惠全赵旭东陆军工程大学国防工程学院北京工业大学城市建设学部

针对高速铁路网络性能评估问题，目前研究中存在多种维度和特征的评估指标，缺乏不同指标间的比较分析。选择站点拓扑维度指标(度中心性DC、接近中心性CC、介数B)，站点功能维度指标(关键性SI、重要性SC、强度SS)，以及网络整体维度指标... 详细信息

针对高速铁路网络性能评估问题，目前研究中存在多种维度和特征的评估指标，缺乏不同指标间的比较分析。选择站点拓扑维度指标(度中心性DC、接近中心性CC、介数B)，站点功能维度指标(关键性SI、重要性SC、强度SS)，以及网络整体维度指标(集聚系数、网络密度、平均路径长度)，应用于京津冀、东北、西南3个区域的高速铁路网络性能评估，比较并分析了不同维度指标的特征、相关性和适用性。结果表明：SC指标可以量化不同区域高速铁路网络的差异，B指标对于拓扑简单的网络适用性差；DC,SI,SC,B4个指标之间的相关性较强，而CC,SS 2个指标与其他指标相关性较弱；京津冀地区高速铁路网络的连通性、密集程度均大于其他两地区，网络聚集系数评估区域高速铁路网络性能时会导致不合理的结果。

关键词：高速铁路性能评估网络特性复杂网络拓扑结构

典型交叉连接形式的承插式埋地管线地震响应分析

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岩土工程学报 2024年

作者：侯本伟刘嘉伟张亚波韩俊艳钟紫蓝杜修力北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室

埋地管线的接口类型以及管线交叉连接形式，对管线结构地震响应造成较大影响。由于管线交叉处的受力和变形特征受到各分肢管线结构类型的影响，本文首先建立分肢直线型管线有限元模型，分析了地震波作用下柔性接口球墨铸铁管线（DIP）... 详细信息

埋地管线的接口类型以及管线交叉连接形式，对管线结构地震响应造成较大影响。由于管线交叉处的受力和变形特征受到各分肢管线结构类型的影响，本文首先建立分肢直线型管线有限元模型，分析了地震波作用下柔性接口球墨铸铁管线（DIP）和刚性接口灰口铸铁管线（CIP）的接口张开量以及管土相对变位；然后分析了采用十字型、T型、L型和双T型交叉管件连接的管线地震响应特征，其中交叉管件与各分肢管线分别采用承插式和法兰式两种连接口，并比较了接口类型对各类交叉管件地震响应的影响规律。结果表明：对于地震波作用下不同接口类型的直线型管线，DIP柔性接口峰值张开量大于CIP刚性接口，CIP刚性接口管线轴力远大于DIP柔性接口管线。管线交叉处采用承插式接口时，双T型交叉管件连接的管线接口峰值张开量略小于十字型、T型连接。管线交叉处采用法兰接口时，与法兰口邻接的DIP柔性接口张开量较大、易发生拉伸破坏，与法兰口邻接的CIP刚性接口轴向压力较大、易发生受压破坏；在双T型交叉处，与法兰口邻接的承插接口响应显著大于十字型、T型连接。

关键词：埋地管线交叉管线地震波动承插式接口法兰接口接口变形

基于ReCOVER体系的我国城市韧性演进特征分析

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自然灾害学报 2024年第1期33卷 19-29页

作者：钟紫蓝齐娜娜缪惠全侯本伟许成顺杜修力北京工业大学城建学部北京100124 北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

城市化进程的加速和面临的多样化挑战使得城市韧性成为城市可持续发展的关键策略之一,深入研究我国城市韧性水平的演进特征对于全面了解我国城市发展的整体情况和提高城市防灾减灾能力具有重要意义。探究了2016—2020年我国31个省级行... 详细信息

城市化进程的加速和面临的多样化挑战使得城市韧性成为城市可持续发展的关键策略之一,深入研究我国城市韧性水平的演进特征对于全面了解我国城市发展的整体情况和提高城市防灾减灾能力具有重要意义。探究了2016—2020年我国31个省级行政区城市韧性水平的时空演进特征,基于城市韧性评价体系ReCOVER对5 a间各省级行政区城市韧性水平进行综合测算,从时间维度和空间维度两方面综合分析了各省级行政区城市韧性的演进特征。结果表明:在时间维度方面,我国城市韧性水平整体得到提升,但各省级行政区的演变特征存在多样性。分阶段而言,4个阶段的韧性水平整体均呈现出增长的趋势;分维度而言,除社区与人口维度韧性水平呈现下降趋势外,其余维度韧性水平均得到提升。在空间维度方面,各省级行政区城市韧性之间呈现出显著的空间正相关性,即城市韧性在空间分布上存在显著集聚的现象,且集聚趋势呈现一定的离散性;总体而言,我国城市韧性在空间上呈现出明显的东高西低格局,空间分布差异特征明显。研究结果有助于了解各省级行政区的韧性水平演进趋势以及驱动城市韧性的主要因素,从而可以基于韧性演进特征和区域城市特点,为未来的韧性提升提供科学的理论指导。

关键词：韧性城市城市韧性韧性评价时空演进韧性特征指标

基于网络效率的城市轨道交通网络抗震韧性评估

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第3期64卷 509-519页

作者：侯本伟游丹范世杰许成顺钟紫蓝北京工业大学城市建设学部北京100124

该文基于震后轨道交通网络主体结构的破坏场景,以恢复震后通行能力为目标,分析了地震灾害作用下城市轨道交通网络的韧性。采用Space L方法构建轨道交通网络模型,选用客流加权的网络平均效率表示网络连通性能。采用地震易损性模型计算网... 详细信息

该文基于震后轨道交通网络主体结构的破坏场景,以恢复震后通行能力为目标,分析了地震灾害作用下城市轨道交通网络的韧性。采用Space L方法构建轨道交通网络模型,选用客流加权的网络平均效率表示网络连通性能。采用地震易损性模型计算网络主要结构单元(车站、隧道和桥梁)的破坏概率,采用Monte Carlo方法模拟网络主体结构单元的震后状态;考虑破坏单元修复时间存在不确定性,模拟了破坏单元的震后修复过程;根据震后不同时刻网络性能曲线和韧性三角形,定量化评估轨道交通网络抗震韧性指数和韧性损失。以北京地区城市轨道交通网络为例,分析了地震烈度、恢复策略和修复队伍数量对网络连通性能、恢复过程和韧性指标的影响。结果表明:轨道交通网络在遭受地震破坏、蓄意攻击和随机破坏后的韧性特征存在差异;震前提升少量重要单元的可靠度可提升网络灾前抵抗能力,但对网络灾后恢复能力和韧性指数的提升效果不明显。该研究可为城市轨道交通系统抗震安全性评估提供理论支撑和参考。

关键词：城市轨道交通网络地震灾害网络效率震后恢复韧性评估

球墨铸铁管道新型抗震接口力学性能试验及数值模拟

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哈尔滨工业大学学报 2024年第6期56卷 72-80页

作者：钟紫蓝张亚波罗盼盼韩俊艳侯本伟城市与工程安全减灾教育部重点实验室(北京工业大学) 北京100124

有效的管线接口抗震措施是优化城市供水管网抗震性能和震后功能恢复能力的关键。为此,基于机械自锚设计和自变形补偿等思想,提出一种球墨铸铁管道新型自锚式抗震接口。开展普通承插式接口和新型抗震接口的轴向拉伸拟静力试验及抗震接口... 详细信息

有效的管线接口抗震措施是优化城市供水管网抗震性能和震后功能恢复能力的关键。为此,基于机械自锚设计和自变形补偿等思想,提出一种球墨铸铁管道新型自锚式抗震接口。开展普通承插式接口和新型抗震接口的轴向拉伸拟静力试验及抗震接口精细化三维有限元数值模拟,研究新型管道接口的抗拉承载能力、初始抗拉刚度、抗变形能力和极限破坏状态等力学特性。结果表明:0.2 MPa以内的水压变幅对普通承插式接口的轴向力学性能和破坏方式的影响不大,接口初始漏水至功能失效状态的过渡变形约为2.5 mm;新型自锚式抗震接口具备良好的承载能力和抵抗大变形能力,其抗拉力学性能曲线分为3个阶段,即胶圈受力阶段、卡环受力阶段和卡环失效破坏,其中,在卡环变形量为9 mm左右时,达到峰值承载力330 kN左右。

关键词：球墨铸铁管道新型抗震接口力学性能抗拉强度数值模拟

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