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基于状态树和图论的城市尺度交通系统抗震韧性评估研究
| 论文题名： | 基于状态树和图论的城市尺度交通系统抗震韧性评估研究 |
| 关键词： | 城市交通网络;抗震韧性;状态树;图论 |
| 摘要： | 城市交通网络的核心是道路和桥梁等基础交通设施，面临地震等重大地质灾害时，交通系统的抗震韧性将直接影响城市灾后救援物资运输效率，是重要的生命线工程之一。本文采用医疗机构或避难场所的可达性作为交通系统的韧性指标，提出了一种城市交通系统震后失效概率的评估方法。以大连市为例，计算各个区域的韧性值，并对比分析其韧性曲线，提出在不同视角下提升各区域韧性值的方法。文中所提出的结合状态树和图论宏观评估复杂交通系统的失效概率方法，可以很便利地应用到其它城市交通系统中，是一种研究交通系统失效概率的有效方法，为城市震后韧性评估提供了合理参考。以下为本文的主要研究内容： （1）将城市交通系统简化为平面二维网络图，对大连市路网进行建模，基于Dijkstra法计算路网中各节点到距其最近的医疗机构或避难场所的最短路径，以作为各节点的成功路径；量化大连市各链路的功能重要度，将其分为20个等级；分析道路、桥梁的易损性计算方法，为计算路网整体失效概率奠定基础。 （2）结合基于概率的状态树方法和图论法，提出了一种交通系统地震失效概率评估方法，该方法明确考虑了各组件之间的相关性。利用状态树构造了一个简化系统模型，结合图论法构建出的各节点成功路径，采用Monte-Carlo方法进行路网随机地震破坏模拟，即可计算出整个交通系统的失效概率。针对大连市主城区的交通系统，研究了震后系统失效概率，并分析了影响大连市各个区域交通系统失效概率最关键的因素。结果表明，在大连市大部分地区，影响交通系统失效概率最主要的因素为主干路损坏；部分地区由于地形原因，医院及避难所距离部分节点过远，从而严重影响其可达性；对于存在桥梁的地区，其中高架桥损坏是影响该地区失效概率的主要原因。 （3）考虑地震次生地质灾害和沿街建筑物破坏产生的废墟，共同分析震后导致交通系统发生阻塞的三方面原因；基于交通系统震后功能恢复时间的计算方法，计算了大连市各区域交通系统的震后修复时间。同时阐述了四种类型的恢复函数及其适用条件，基于水平串联型功能恢复曲线绘制了大连市各区域交通系统的韧性曲线，并计算出对应的韧性值，经过对比分析，提出了不同区域在抵抗能力视角和恢复能力视角下的韧性提升策略。结果表明，提高恢复能力可以作为当前大连市提升交通系统韧性的有效途径之一，但是对于抵抗能力不足的区域，在地震峰值加速度不断增加的过程中修复时间会成倍增长，因此相较于恢复能力，应当更注重于抵抗能力的提升。 |
| 作者： | 焦洋 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 李宏男;付兴 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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