地震灾害现场救援行动中的安全评估策略及步骤

地震灾害紧急救援是一项危险性极高的工作,从倒塌废墟中快速、有效营救幸存者是专业救援队的使命,确保救援队伍自身安全是国际救援界普遍倡导和认可的救援理念,如何确保队伍行动安全是衡量救援队伍自身能力和水平的重要指标,救援现场安全评估就是这一切的前提条件。因此,本文将较为系统地介绍和分析地震救援中的安全问题,重点介绍救援中最重要的倒塌建筑和危险物质评估,主要是讨论评估的基本策略及步骤。     

地震灾场模拟及救援虚拟仿真训练系统研究

实践证明,开展地震紧急救援工作是防震减灾的关键举措之一,是震后最大程度减少人员伤亡的必要政府行为。"科学救援"是现代救援的重要理念,如何确保"双安全",即幸存者和救援人员本身的安全是救援行动中最为重要的问题。救援技能和水平的提高依靠科学的培训,现实的情况往往无法不断提供大震巨灾的模拟训练环境,而虚拟仿真技术可以构建出逼真的虚拟震灾场景和救援废墟环境。不同规模的虚拟地震灾场,能让救援队员了解严酷的真实救援环境,并可根据具体虚拟废墟开展救援策略和方法的研讨。由此可见,开展灾场模拟和虚拟仿真训练系统对救援训练来说,具有极其重要的现实意义。本文对地震灾害场景仿真模拟技术与方法、地震救援虚拟仿真训练系统等开展初步的探索性研究。主要研究内容摘要如下:     

国家地震紧急救援训练基地废墟训练场训练功能设计

本文简要介绍了国家地震紧急救援训练基地废墟训练场废墟构筑物A的背景和工程概况,主要从搜索功能训练和救援功能训练两个方面对废墟进行了功能设计：针对废墟构筑物A在训练功能实现过程中存在的问题进行了讨论,并提出了解决方法,为废墟A能更好的满足训练功能的要求提出了建议。     

基于Web的地震废墟救援数据库管理平台

以"全数据"作为设计理念,提出建立地震废墟救援数据库群组,并基于Web搭建地震废墟救援数据库管理平台,实现地震废墟救援数据的收集、遴选、整理及共享。基于此数据库群组,积累地震现场数据,作为地震废墟救援领域研究的科学依据,并且通过数据库管理平台为地震救援队员的日常学习与训练提供专业性救援知识、技术服务和科学指导,进一步提升我国地震救援队伍的整体能力及综合素质。     

地震动作用下单层砌体结构倒塌模拟

地震发生时建筑物的倒塌是造成人员伤亡的最直接原因。在地震救援时,救援人员对废墟形式的准确了解能够有效地提高救援效率。倒塌废墟形成规律的研究方法多种多样,利用数值方法模拟建筑物倒塌也是一种值得尝试的方法。利用数值方法进行结构倒塌模拟时可以通过程序开发分析,也可以直接使用显示动力分析软件分析。不管使用何种数值方法,结构构件的材料特性和断裂处理都直接影响着计算结果的准确度。本文基于显式动力分析软件LS-DYNA,使用winfrith材料模型和基于裂缝宽度相关的失效准则,进行了单层砌体振动台试验模型的倒塌模拟分析,并与试验结果进行了对比。结果表明,此方法较为可靠,可进行砌体结构的倒塌模拟。     

汶川8.0级地震青川县乡镇砖混结构民房震害调查及原因浅析

对位于汶川8.0级地震烈度区度区的青川县乡镇砖混结构民房破坏现象进行了调查和整理,分析了灾区砖混结构民房震害原因.参照现行《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）、《建筑抗震鉴定标准》（GB 50023-2009）中对砖混结构房屋一般要求条款,探讨了居民自建砖混结构民房采用一般抗震措施的安全限度.     

建筑结构地震倒塌及存活空间分布规律研究

国内外历次大地震表明,建筑物的破坏倒塌是造成人员伤亡的主要原因,提高结构的抗倒塌能力、震时采取有效的避难策略和震后安全快速的救援则是减少人员伤亡的重要途径。本文通过地震废墟现场调查、地震模拟倒塌试验、结构倒塌的有限元数值模拟和理论分析相结合的手段,研究了3类典型建筑结构在地震中的倒塌机理与倒塌规律,并对废墟结构特点及其内部存活空间的类型和分布规律做出总结,结合实际地震情况,对震时人员的应急避难方法和搜索救援策略提出了建议。本论文主要完成了以下6个方面的工作:(1)基于实际震害分析,初步给出了3类典型建筑结构地震倒塌模式及建筑废墟类型划分原则、存活空间分布规律。收集查阅了大量实际震害资料,并在汶川特大地震造成的北川地震遗址详细调查的基础上,从北川老县城大量建筑废墟中筛选出28个典型案例,对其体型尺寸、格局布置、倒塌方向、支撑构件及可能的存活空间分布规律进行了详细研究,总结给出了建筑废墟类型的划分原则,初步揭示了废墟中存活空间的分布规律。(2)设计完成了RC框架结构、底框砌体结构、砖混砌体结构3类8个代表性结构缩尺模型的地震模拟倒塌试验,获得了上述3类结构地震作用下动力特性变化、破坏性裂缝产生、发展及最终倒塌全过程的系统认识,在与实际震害交互验证对比分析的基础上,进一步总结了3类房屋结构的倒塌机制及其废墟中可能的存活空间分布规律。(3)以RC框架结构振动台倒塌试验结果为基准,总结建议了一套利用显式动力有限元软件对结构地震倒塌进行数值模拟的高效分析方法。采用ANSYS软件中的非线性显式有限元动力分析模块,通过对RC框架结构进行大量的倒塌模拟分析并与试验结果进行对比,给出了倒塌数值模拟过程中需要注意的"重力预应力化"、"沙漏控制"、"应变率效应"、"侵蚀接触"、"材料选择"等关键问题的处理方法,指出了采用不同模拟方法之间的优缺点,建议了一套高效模拟方法。(4)通过10组不同频谱特性、不同输入方向的地震动作用下典型RC框架结构的倒塌数值模拟分析对比,总结给出了地震动输入对典型RC框架结构倒塌模式的影响规律;通过对典型砌体结构、底框砌体结构两类不同形式建筑的倒塌数值模拟分析,进一步验证了由RC框架结构倒塌分析得到的地震动对倒塌模式的影响规律;通过对内廊式RC框架结构、多跨外廊式RC框架结构两类不同布置形式结构的倒塌数值模拟,分析了这两类结构与双跨外廊式RC框架结构在倒塌特点上的异同;对倒塌模拟过程中发现的RC框架结构的"扭转异常"和"小跨倒塌"及多跨RC框架结构的"上部楼层扭转"和"上部倾斜方向改变"4类特殊倒塌模式进行了深入分析,并揭示了其产生机制。(5)基于本研究大量的倒塌试验与倒塌模拟分析结果,提出了"地震动致塌方向"的概念,并建立了用于判别结构倒塌模式的新方法——"M值"法。通过分析8个模型倒塌试验以及倒塌数值模拟过程中地震动作用方向与倒塌模式之间的关系,证明了水平地震动分量在对结构倒塌的方向影响上具有定向性,由此提出了"地震动致塌方向"的概念,深入探讨了其产生机理及影响因素;以此为基础,结合对结构倒塌全过程的理论分析,提出了结构倒塌模式的"M值"判别法,并通过倒塌试验及倒塌数值模拟结果验证了方法的合理性及可行性。(6)结合实际震害、典型结构地震模拟试验以及数值模拟分析结果,对3类典型建筑废墟的结构特征进行了深入剖析,进一步给出了地震致塌的建筑废墟中存活空间的分布规律。基于建筑倒塌模式及存活空间分布规律研究结果,对实际地震中人员逃生路径、应急避难位置以及震后应急搜索、救援中的安全应对措施提出了原则性建议。     

柔性救援机器人的开发和混合力/位置控制

灾难发生后,在废墟中执行搜救任务需要具有细长和柔韧结构的救援机器人,以适应废墟下的复杂结构。本文介绍了一种具有细长和灵活体型的新型腱鞘驱动的柔性救援机器人的结构设计和系统组成。本文提出的机器人可以钻入救援人员和传统的刚性机器人无法进入的狭窄空间或有毒环境。本文分析讨论了带有集成定位和施力监视能力的柔性夹持器的自传感校准、动态建模和混合力/位置控制轨迹。为了在运行过程中调节夹持器的位移和夹紧力,本文提出了一种基于级联比例—积分—微分(PID)控制器和模糊滑模控制器(FSMC)的混合力/位置控制策略。建立了主要由伺服电机、腱鞘传动部件、柔性夹持器和实时控制系统组成的实验装置,用于校准应变式传感器并识别动态模型参数。开展了涉及力跟踪实验、位置跟踪实验和目标抓取实验的进一步实验研究。实验结果证明了所开发的自传感方法和控制策略在救援行动中的有效性。     

重大地震灾害应急救援的基本方式—自救、互救与公救

应急救援是重大地震灾害的重要救援阶段。救援方式包括自救、互救与公救(简称"三救")。在应急救援阶段,"三救"的基本功能是为灾区创造基本生活条件、医疗条件、防灾条件和生存条件。自救与互救对扒救埋圧在废墟中的灾民起决定性作用。在救援时间上,自救、互救和公救依次有接续性与融合性,三者形成救援的综合强势。公救是举全灾区之力甚至全国之力救援灾区的组织保障,公救的提前接续与融合是有效救援的重要因素。扒救埋圧在废墟中的灾民,"三救"共存,相辅相成,相得益彰。     

基于窗上带与窗间墙关系评估芮城县砖混结构房屋抗震性能

为摸清芮城县房屋的抗震性能,开展房屋建筑抽样详查工作。分别从房屋建筑类别、数量占比和分布情况等方面展开调查,并对砖混结构房屋的抗震性能进行评估。主要对有震害统计的无圈梁、有圈梁构造柱砖混砌体结构房屋的窗间墙宽与窗上带高、窗上带跨高比和窗间墙高宽比、窗间墙与窗上带刚度比的相互关系进行研究。同时基于地震中窗上带优先出现损伤,可最大程度保护房屋抗震柱或承重墙,保持建筑物大震不倒的判断规则,对芮城县30栋砖混房屋的抗震性能做出评判。研究结果表明,芮城县城区砖混结构房屋抗震性能为一般—较差,乡镇的为较差—差。     

微波成像生命探测仪地震模拟环境测试方法研究

破坏性地震发生后,埋压人员的快速搜索是地震救援工作成功的重要因素。微波成像生命探测仪作为当前废墟搜索的装备之一,近年来得到了广泛应用。但救援队利用现有综合训练场地进行该类装备的测试方法,在装备针对性测试和深度功能认知方面存在着一定局限性,影响了微波成像生命探测仪的现场使用效率和技术发展。为此,本文在充分调研国内外主流地震模拟废墟训练场地的基础上,提出了相关的改进意见,结合汶川地震废墟三维采集数据和队伍实战经验,给出微波搜索装备综合测试方法,并在国家地震紧急救援训练基地完成了测试平台的搭建,取得较好的装备测试效果,为应急救援装备电子化和标准化测试提供参考。     

某空旷砖混结构地震反应分析与抗震加固

某单层空旷砖混结构礼堂已使用多年,为保证安全,适应功能变化,对该建筑进行了抗震鉴定,并提出了抗震加固措施。通过建立有限元分析模型,计算结构4种不同工况的振型和自振频率,结果表明:(1)空旷砖混结构的纵墙变形不协调,不能共同工作;(2)耳房的存在能增加房屋的刚度和整体工作性能;(3)增设壁柱能显著提高空旷砖混结构的刚度,在很大程度上改善结构的整体性能;(4)在外纵墙上开设洞口,引起刚度降低,但降低的幅度较小。为验证有限元分析模型的有效性,对改造后的结构进行了动力特性测试,测试结构与模拟结果吻合较好。本文的研究成果,可为在役空旷砖混结构的地震反应分析与抗震加固提供科学依据,为此类房屋的建造和改造提供技术参考。     

强震下钢筋混凝土框架和砖混结构的动力响应分析——以云南漾濞6.4级地震为例

以2021年5月21日云南漾濞6.4级地震所获取的漾濞台强震动记录作为输入,对不同高度(低层、多层和高层)钢筋混凝土框架结构以及一低层砖混结构进行动力时程分析,探讨不同高度钢筋混凝土框架结构动力响应特点,对比砖混结构与低层框架结构地震响应的不同,并对结构进行性能评定.主要分析结果表明,所有结构的楼层加速度响应中,竖向加速度放大效应显著,尤其是低层框架;框架结构Y方向楼层傅里叶幅值谱峰值主要在1~2.5 Hz频率范围;多层框架的层间位移角响应更大;所有框架结构以及设防的砖混结构层间位移角均未超过中等破坏限值;与低层框架结构相比,基本周期更短的砖混结构水平向楼层加速度放大效应更为显著;设防的砖混结构具有良好的抗震性能.分析结果可为灾区震害评估和震后修复提供指导,同时为建筑结构抗震设计提供一定参考.     

川南地区砖混结构房屋典型震害及地震易损性研究

以川南地区为研究区,并以在建造方式上具有明显当地地域特征的砖混结构房屋为研究对象,结合砖混结构房屋建造特点及川南历史地震(如长宁6.0级地震)震害调查结果等,分析砖混结构房屋典型震害特征,统计其在不同烈度下不同破坏等级的比例,采用经验分析法得到初步的易损性矩阵。在此基础上,针对因样本局限性造成的结构在高烈度下破坏比例不全,使实际易损性矩阵缺失的问题,通过插值法,推算高烈度下的破坏比例,补全经验易损性矩阵,拟合出易损性曲线,建立以震害统计为主、数值模拟为辅的砖混结构易损性分析模型;并基于平均震害指数对比分析,对易损性分析的可靠性进行检验。结果表明,构建的易损性矩阵能客观反映川南地区砖混结构房屋的抗震能力,对开展震害预测、灾害损失评估及震害风险评估等工作具有实际应用价值。     

基于遥感影像技术对普兰店农居建筑物的普查分析

房屋结构特征是评估地震灾害损失的重要影响因素之一,其中城市和农村房屋结构类型和抗震性能也有较大差异,城市建筑以砖混和框架结构为主,抗震性能较好,农村房屋主要以石木、砖木及砖混三种结构形式为主,抗震性能较差.对大连普兰店农居建筑物进行调研,通过无人机的航摄影像对建筑物结构的目视判读,并采用计算房屋误差矩阵和Kappa系数...     

无人机遥感技术在新疆皮山地震灾情获取中的应用

2015年07月03日,新疆维吾尔自治区和田地区皮山县（37.6°N,78.2°E）发生M_S6.5级地震,震源深度10km。本文利用高性能无人机数据采集平台获取灾区高分辨率影像数据,结合地震现场震害调查建立建筑物震害遥感解译特征,采用人工目视解译完成了灾区6个0.01°×0.01°格网评估区房屋类型及损毁程度应急遥感调查,获取测区地震灾情信息。结果表明:测区内房屋结构类型主要包括土木、砖木、砖混结构;倒塌房屋主要为土木结构及个别老旧砖木结构房屋,倒塌和局部倒塌的土木结构房屋占评估区土木结构房屋总数的68%,倒塌和局部倒塌的砖木结构房屋占评估区砖木结构房屋总数的12%;测区砖混结构房屋局部倒塌1间,未倒塌228间,砖混结构显示出良好的抗震性能,对避免人员伤亡和减少经济损失起到重要作用。     

建筑物抗震安全性评估专家系统

本文从振动测量角度识别建筑物的模态参数，利用模态参数结合抗震规范对现存莪抗震安全进行评估。用ＬＩＰＳ语言完成专家系统的实现，据此可进行多类建筑物的抗震安全性评估，最后用一个房屋结构的数值模拟例子说明评估过程。     

基于FAHP和中心点三角白化权函数的区域砖混结构农居抗震性能评价

本文在引入模糊层次分析法(FAHP)和中心点三角白化权函数灰色评估模型的基础上,结合项目(国家地震社会服务工程-农居震害评价系统)建立区域砖混结构农居抗震性能评价指标体系,其中指标权重用FAHP法来确定,各指标的实际值根据项目实地调查数据确定,再结合FAHP和中心点三角白化权函数进行综合评价,确定所属灰类。最后将方法运用于区域A(西南地区)和区域B(东北地区)的砖混结构农居抗震性能评价,验证了该方法的可行性。又结合区域A、B实际震害结果,验证了方法的有效性。此法为以后农居抗震防灾工作的开展提供一定的参考。     

芦山M_S7.0与九寨沟M_S7.0地震灾区房屋震害特征对比研究

通过实地调研“4.20”芦山7.0级地震灾区和“8.8”九寨沟7.0级地震灾区建筑物破坏情况,对灾区内框架结构、砖混结构和简易结构三种类型的建筑物震害特征进行了对比。结果表明:两次地震中相同结构类型的建筑物在同级别地震作用下其破坏程度不同,其中砖混结构和简易结构震害特征差异性较大,分析认为除地震本身作用外,灾区房屋的抗震性能不同也是造成两次地震建筑物震害特征差异较大的原因。最后提出了建议以供灾区恢复重建、农村民居安全建设等借鉴和参考。     

克拉玛依市多层砖混住宅阳台的结构可靠度计算

介绍了克拉玛依市多层砖混结构住宅两种阳台的结构特点与计算模型，在此基础上对阳台的可靠度进行验算，认为虽然阳台的强度储备尚在安全范围之内，但应按照“概念设计”的思想对阳台进行可靠性分析及确定维修加固方案。