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考虑城市复杂桥梁节点的交通系统抗震韧性功能损失分析

王凯华  
【摘要】:在现代社会中,交通系统连同能源、水和电信网络是提供当代社会关键支柱的主要民用基础设施系统,是城市功能中最重要的环节之一。另外在地震等极端事件发生后,交通系统还为伤员以及幸存者提供逃生救援路线,并为救援人员、建筑修复和救灾提供紧急运输网络。交通系统的抗震韧性是指其在遭遇地震后自身的抵抗能力以及快速恢复的能力。在交通网络中桥梁是最容易遭受地震影响的基础设施,因此桥梁的地震反应也与交通系统的抗震韧性息息相关。本文以唐山市交通路网作为研究对象,意在研究在震后各桥梁结构发生破坏后,城市交通系统的抗震韧性与功能损失评价。主要研究内容如下:(1)对唐山市交通路网进行结构拓扑化处理,并对网络内各路网数据进行搜集整理。因无法直接获取交通流量信息,故提出一种以行车速度推算交通流量的方法。具体做法是以现有商业地图软件开放平台提供的交通态势信息为基础,非线性拟合得到道路通行速度的基本公式,并通路阻函数模型转换为所需的交通流量,用于后续OD反推。形成的交通需求获取框架可用于解决无历史OD矩阵和缺乏交通信息区域的交通流分析问题。(2)进行城市内桥梁震后破坏状态分析及不同破坏程度对应的交通网络功能损失分析。采用桥梁易损性分析对城市普通路桥进行破坏状态判断并对应交通功能损失。提出简化计算方法用桥墩判断高架桥的地震破坏状态,结合立交桥节点的空间复杂性考虑了匝道在震后的功能贡献及空间耦合联系对立交桥节点进行功能损失分析。(3)对地震后交通系统进行功能损失分析与韧性评价。结合交通流数据采用OD反推法,获取唐山市交通路网的OD需求矩阵。将震后的桥梁破坏状态对应的局部交通功能损失输入网络,评判整个交通网路功能损失。提出基于服务水平的饱和指数作为功能函数判断道路服务水平,保证交通需求不变改变桥梁功能损失判断系统总出行时间的变化与道路饱和度信息。使用对应的功能函数进行系统韧性评价,以系统总通行时间为基础对桥梁重要性进行判别,用于震前加固改造与震后紧急救援。


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