清华大学博士学位论文

题目：基于时程分析和三维场景可视化的区域建筑震害模拟研究

姓名：熊琛
指导教师：叶列平，陆新征
2016年

摘要：我国城市面临严峻的地震灾害威胁，建筑震害模拟对城市防震减灾具有重要意义。针对城市区域建筑震害模拟的结构分析方法和可视化方法，主要研究工作如下：
（1）根据多样的建筑震害模拟需求，提出了多详细度（LOD）的区域建筑震害模拟框架。用户可以根据数据详细程度、计算能力和计算时限要求选择合适的LOD层级方法开展震害预测，具有更大的灵活性。
（2）基于多LOD模拟框架，提出了适用于我国多层RC框架结构LOD2层级区域震害模拟的MDOF剪切模型、模型参数标定方法和损伤判别方法。通过与两栋RC框架结构试验结果，以及16栋RC框架结构精细有限元模拟结果进行对比，验证了所提出方法的可靠性和合理性。
（3）针对我国未设防砌体结构以及设防砌体结构，提出了相应的LOD2层级MDOF剪切模型、模型参数标定方法和损伤判别方法。通过与一栋足尺砌体结构拟静力试验结果，以及鲁甸地震龙头山镇的实际震害结果进行对比，验证了所提出方法的可靠性和合理性。
（4）针对城市区域中的RC高层结构，提出了相应的LOD2层级MDOF弯剪模型、模型参数标定方法和损伤判别方法。通过与5栋RC高层结构的精细有限元模拟结果进行对比，验证了方法的合理性；针对LOD3层级精细有限元模型在区域建筑震害模拟中面临的建模问题，提出了一套自动建模方法，并将其应用于了多栋RC高层结构。
（5）针对区域震害模拟产生的地震响应结果，提出了基于城市3D多边形模型的LOD2层级可视化模拟方法以及基于精细有限元模型的LOD3层级可视化模拟方法。与以往方法相比，提出的可视化方法可以更直观的展示区域中各栋建筑楼层层次以及构件层次的地震响应与损伤等级，更好地服务于城市地震灾害场景仿真。
（6）对两个真实城市开展了区域建筑震害模拟研究。结果显示，提出的结构模拟方法能有效服务于区域震前加固规划的效益分析；提出的可视化方法相比以往方法，能更为真实、直观、动态的展现城市三维震害场景。

关键词：区域建筑震害模拟；非线性时程分析；可视化模拟；多自由度集中质量剪切层模型；多自由度集中质量弯剪耦合模型