Page 261 - 《振动工程学报》2025年第8期
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第 8 期                   韩俊艳，等： 脉冲型地震动下埋地管道易损性及巨震风险分析                                      1901

                  埋地管道是城市生命线工程的重要组成部分，                          而，专家打分法主要依赖专家工程实践经验；针对埋
              埋地管道的抗震分析对城市安全以及居民生命财产                            地管道易损性分析的经验统计法大多基于美日两国
                            ［1］
              安全有重要意义 。近年来报道了多起埋地管道在                            震后数据，且大多数可用的经验统计数据基于分段
              地震、尤其是极罕遇地震作用下的破坏，如 1995 年                        管道  ［17］ 。因此，亟需进行基于数值分析法的埋地管
                          ［2］
                                                     ［3］
              日本阪神地震 、1999 年中国台湾集集地震 、2008                      道数值易损性分析。在众多数值分析方法中，增量
                          ［4］
              年的汶川地震 等。此外，2023 年 2 月 6 日土耳其发                    动力分析（IDA）方法是应用较为广泛的方法。基于
              生 7.8 级地震，塔哈伊省一条天然气管道发生爆炸。                        IDA 方法，诸多学者对框架结构             ［18］ 、剪力墙结构   ［19］ 、
                                          ［5］
              然而，中国《建筑抗震设计规范》 仍采用“三水准两                          桥梁  ［20］ 、公路 ［21］ 等地上结构开展了易损性分析，而对
              阶段”的抗震设计理念，并未考虑极罕遇地震（也称                           于 地 下 结 构 的 易 损 性 分 析 还 处 在 初 步 研 究 阶
             “巨震”）的影响。如何合理预测巨震震害，以及如何                           段 ［12，22］ ，尤其是埋地管道在脉冲型地震动作用下的
              针对巨震进行抗震设计并降低巨震带来的损失已成                            易损性及巨震作用下的风险分析还鲜有研究。
              为国内外学者关注的热点。                                           本文为研究埋地管道在脉冲型地震作用下的易
                  中 国 对 于 巨 震 作 用 的 研 究 起 步 较 晚 ，姚 攀 峰          损性及巨震风险分析，首先利用连续小波变换理论
                ［6］
              等 正式提出了“巨震不倒”，引入了四水准的理念。                          识别脉冲型和无脉冲型地震动，并对土耳其地震中
              叶列平等 明确给出了巨震的定义，将其定义为地                            实测的地震动加速度时程数据的强度参数进行分
                      ［7］
              震动强度水平超过设计大震水平的地震。2015 年                          析，将本次土耳其地震确定为巨震。然后采用非线
              中 国 颁 布 实 施 了 第 五 代《中 国 地 震 动 参 数 区 划             性动力时程法对简化的弹性地基梁有限元模型进行
                 ［8］
              图》 ，正式提出了第四级设防水准——极罕遇地震                           数值分析，基于计算的结果进行 IDA 分析并绘制出
             （巨震），并将其年超越概率定为 10 。吕大刚等                     ［9］   易损性曲线。最后给出了不同设防等级的失效概率
                                              −4
              深入探讨了巨震的峰值加速度，并与区划图规定值                            与易损性指数，并将易损性分析结果与经验统计得
              以及中国学者的研究结论进行了对比，研究结果表                            出的震害率进行对比。
              明得到的巨震 PGA 值大于最新版地震动参数区划
              图定义的巨震 PGA 值。在此基础上，谭倩等                 ［10］ 对极    1 地震动特性分析
              罕遇地震作用下多层 RC 框架结构的抗震性能进行
              了分析，结果表明在极罕遇地震下，设防等级较低的                           1. 1 地震动速度脉冲的识别
              RC 结构不能满足规范提出的“大震不倒”的抗震性
                                                                     为了研究不同特性的地震动对于埋地管道地震
              能要求。徐铭阳等        ［11］ 针对中国现行建筑抗震设计规
                                                                响应的影响，本文将 24 条土耳其地震动实测数据分
              范体系中抗倒塌能力评估的局限性，提出了四种极
                                                                为有脉冲型地震动和无脉冲型地震动两种。
              罕遇地震作用下建筑结构一致风险抗倒塌设计方
                                                                     对于速度脉冲的识别，国内外学者进行了一系
              法。然而目前对于极罕遇地震下的结构抗震分析主
                                                                列的研究，经历了从定性、半定量到定量分析的发展
              要针对地上结构，对于地下结构、尤其对于埋地管道
                                                                过程  ［23］ 。本文采用 CHEN 等     ［24］ 提出的基于连续小
              在极罕遇地震下的破坏还鲜有研究。
                                                                波变换的识别方法识别速度脉冲，该方法通过加速
                  利用易损性分析方法对建筑可能遭受的不同程
                                                                度时程与单位脉冲的卷积积分的最大绝对值定位潜
              度损伤进行概率风险评估，是韧性城市建设与发展
                                                                在脉冲，并通过是否满足能量比来进一步筛选脉冲。
              的科学问题之一       ［12］ 。易损性分析可以有针对性地提
                                                                其中卷积积分公式如下：
              高结构的抗震性能并为地震损失估计提供依据                       ［13］ 。
                                                                   f ( t )∗g ( t )= f ( t )，g ( t ) = ∫  f ( τ )⋅ g ( t - τ ) dt
              结构的易损性分析主要有三种方法                ［12］ ：专家打分法、
              经验统计法和数值分析法。其中，专家打分法是通                                                                       （1）
              过专家评价和判断得到结构易损性曲线                  ［14］ 。经验统      式中， g ( t ) 表示单位脉冲响应； f ( t ) 表示输入信号；
              计法指通过地震后记录的管道损坏率进而得出管道                            f ( t )∗g ( t )表示输出信号。
              的易损性曲线。ISOYAMA 等            ［15］ 利用 1995 年日本           由式（1）可知， f ( t )∗g ( t ) 为输入信号的“单位”
              神户地震供水管道的损坏报告，给出了埋地管道易                            与单位脉冲响应的乘积的积分，可以反映输入信号
              损性曲线，并且考虑了管道材料和管径以及场地液                           “单位”的两个特征，即幅值和形状。将得到的最大
              化对管道易损性的影响。LANZANO 等                ［2，16］ 基于大    绝对卷积结果作为识别出的具有潜在脉冲的地震动
              量的震后数据以及结构损伤状态和风险状态指标，                            数据。利用上述方法对下载的地震动数据进行识
              对天然气管道以及输液管道进行了易损性分析，并                            别，共筛选得到了 12 条脉冲型地震动以及 12 条无脉
              给出了天然气管道的易损性函数以及破坏概率。然                            冲型地震动。具体的地震动参数如表 1 所示。
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