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i-Refill | 全国防震减灾日,了解最新抗震及预警措施

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科学

#i-Refill

今天是汶川大地震十四周年,也是全国防震减灾日。


14年前的今天,青藏高原和四川盆地交界处的山崩地裂让大半个中国感受到了大地的颤抖。这是新中国成立以来破坏最大的地震,其释放出的惊人能量在我们的回忆里留下巨大的伤痕。


为了让我们永远铭记汶川大地震和所有的极端自然灾害带来的伤害,国家设立了全国防灾减灾日。也许我们需要再次认识到:在地球面前,人类是渺小的,我们须敬畏自然,尊重自然。科学,是探索自然、研究自然的动力,也是建立防灾减灾体系和守护生命的不可或缺的因素。


今天,IDG君想和大家分享近两年来最先进的建筑抗震技术以及地震预警技术——感谢科技让我们多了一分对生命负责、保持时刻警醒的主动。


走进今天的文章。


全文共2411字 

阅读时间约4min



1

最先进的住宅/办公建筑的抗震技术

隔震加固+高延性材料加固法


眼下,国际通用的住宅/办公建筑物常用的传统抗震方法主要有抗震加固、减震加固和隔震加固3种,其中以隔震加固技术最为先进


抗震加固

利用提高结构构件的承载能力以及变形能力来抵御地震作用,吸收地震能量。


减震加固

指在结构抗侧力构件中增设消能部件,通过这些部件的局部变形提供附加阻尼,从而吸收或耗散地震输入结构中的能量,减少主体结构地震反应。


隔震加⭐⭐⭐

隔震加固是最先进的建筑抗震技术。虽然不同国家、不同建筑物使用的隔震加固方法和标准各有不同,但是所有隔震加固方法的共同点是把隔震层放在原结构基础上,这样,在强震作用下,隔震装置率先进入非弹性状态,大量吸收或隔离地震能量,使建筑的上层结构保持弹性或不进入明显塑性状态。


下图是未使用隔震加固技术建筑与隔震加固建筑的震后对比:

 

除了以上3种相对传统的建筑抗震方法外,近3-5年,以下4种新型建筑抗震方式也越来越多地被应用在建筑中:


高延性材料加固法

这是地震频发的日本较为流行的新型抗震加固方法指通过外贴加固材料的方法来提高建筑物的抗震效果,这种抗震加固方法的施工工艺和传统的抗震加固方法相比有了质的进步。


斜撑加固法

根据不同建筑物的抗震要求,斜撑加固法可分为内部斜撑法和外部斜撑法两种方式。常用的斜撑材料有钢、铝合金等。这种加固方法常见于大型加固工程中。


剪力墙加固法 

指通过提高建筑物内部结构的刚度来增加建筑物的抗震效果剪力墙结构中,墙承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外,还承担竖向压力。


在地震作用或风载下,剪力墙除需满足刚度强度要求外,还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求:墙肢必须能防止墙体发生脆性剪切破坏,因此注意尽量将剪力墙设计成延性弯曲型。


DFS双框架系统

在建筑物的中心放一个刚性心轴,在它的外围放一个由很多柱子和横梁搭建的软结构建筑物。然后用减振装置(油阻尼器)连接这两个建筑物。地震时,这两个建筑物的硬度不同,晃动的频率也不同。所以变形的趋向也不同。心轴比较硬,晃动会比较厉害,而建筑物通过油阻尼器的减振作用,大大降低了晃动的幅度。

 


2

同样重要的地震预警技术


AI或将实现地震预测


除了拥有更坚固的房屋,想要最大程度减少地震对我们带来的损失,我们还需要知道:地震什么时候发生、地震会有多强烈、地震会在哪里发生。

目前,地震学界已经有充足的经验来解释、判断地震发生的时间和规模,但预报地震的准确发生位置仍是一大挑战,因为地震学中看到数据中的关联性非常困难。

地震事件涉及太多变量,从不同区域的地面构成到地震板块之间的相互作用类型,以及能量在地震波中穿过地球传播的方式——理解这些数据之间的关联非常不容易。而AI在这一领域完美发挥了它的核心优势:发现复杂数据集中以前被忽视的模式。

《自然》(Nature)杂志发表的一篇论文中(点击文末阅读原文查看英文原文),研究人员展示了如何用AI深度学习预测余震位置,结果发现,AI深度学习网络比最有用的库仑破裂应力变化模型更可靠:在从0到1的精度范围内(1是完全准确的模型,0.5是一半准确的模型),库仑模型得分为0.583,而新的AI系统达到0.849。

“主震-余震”事件的一个样本
 

尽管这项研究取得了成功,但目前还未在现实地震灾害中实现应用;不过,AI也已经在地震预警方面立下了功劳,小编用一个实例为大家呈现AI在地震预警方面起到的作用。


在刚刚过去的4月6日7时50分,四川省宜宾市兴文县发生5.1级地震,成都高新减灾研究所与中国地震局联合建设的中国地震预警网成功预警该地震,给宜宾市提前18秒预警,给泸州市提前21秒预警,给重庆市提前54秒预警。


震中附近应用了地震预警并达到触发条件的学校、社区“大喇叭”提前发出预警,开通了地震预警功能的手机、电视用户也都同步收到了预警信息。



地震预警到底有多重要?根据央视新闻报道数字:预警时间10秒,伤亡减少39%;预警时间20秒,伤亡减少63%。


这次成功的地震预警得益于成都高新减灾研究所和与应急管理部门联合建设的大陆地震预警网。自汶川地震以来,我国地震预警系统飞速发展,目前已处于全球领先水平。


地震预警系统利用电波比地震波传播速度快的原理,在地震造成破坏前几秒到几十秒,发出地震预警警报,提醒民众及时避险。为了实现地震预警,需要在可能发生地震的区域安装地震预警的传感器。通过回传数据,AI系统会在几秒内快速做出地震发生的位置以及大概震级的判断。


成都高新减灾研究所自2010年与应急部门、地震部门联合建成的大陆地震预警网已覆盖240万平方公里,占我国人口密集的多震区面积的90%,已成功预警67次破坏性地震,包括2013年四川芦山7级地震、2014年云南鲁甸6.5级地震、2017年九寨沟7.0级地震、2019年6月17日四川长宁6.0级地震。


然而,需要注意的是:地震预警不等于地震预报。临震预报仍然是世界难题,地震预警只能减少人员损伤,而地震预报能大幅减少人员损伤。期待AI地震预报技术早日实际应用,最大程度发挥功效。




随着建筑技术和计算能力的增加和算法的优化,
相信我们的居所和办公空间将越来越稳固,
而机器学习将在地震预测方面具有巨大的潜力。
也许不是每个人都能当科学家,
但每个人都应该是科学爱好者,
有科学认识、应对、防御自然灾害的意识和自觉。
谨以此文缅怀汶川地震中罹难同胞。

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