历史砌体建筑立面的地震脆弱性评估：整合微CT材料表征与大规模易损性建模

《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》：Seismic fragility assessment of historic masonry fa?ades: integrating micro-CT material characterization and large-scale vulnerability modeling

　　

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  评估了一个历史城镇中 577 个历史砖石立面的抗震脆弱性。
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  板间和板内地震对历史建筑抗震脆弱性的影响。
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  Jenks 自然断点优化增强了脆弱性指数的分类和制图。
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  异常地震事件可能引发严重的结构损坏或高倒塌概率。

引言

保护联合国教科文组织指定的世界遗产在国家和全球范围内都具有重要意义。对于地震带中的历史建筑，量化地震脆弱性对于减轻地震风险尤为关键。莫雷利亚是墨西哥中部的一个城市，于 1541 年作为瓦莱亚多利德建立，1828 年更名。其历史中心包含 1000 多座被列为历史纪念碑的建筑，其中大部分建于 16 和 17 世纪。

由于多种原因，历史建筑往往抗震脆弱，包括立面墙与垂直墙之间的连接薄弱、屋顶推力以及环境暴露造成的材料退化。研究人员使用各种方法分析了单个建筑 [1]，而其他研究则考察了立面墙开裂，这会使建筑容易受地震活动影响。[2]，[3]。过去的地震证明了这些结构的抗震脆弱性 [4]，[5]，[6]。其他作者也确定了增加脆弱性的参数，例如墙面开口 [7]。

Elyamani 等人 [8] 研究了温度梯度如何影响历史建筑的动态特性。作者得出结论，温度对几乎所有已识别振动模式的影响都超过湿度或风。从抗震角度来看，几位作者指出，立面是历史建筑中最脆弱的元素之一，因为它们在地面运动期间可能会失去稳定性 [9]，[10]，[11]，[12]，[13]，[14]，[15]。

为了评估城市尺度的抗震脆弱性，简化方法使用类别和参数。这些参数根据其对结构行为的影响进行加权，从而得出脆弱性指数 [16]，[17]，[18]，[19]。在实施简化方法后，可以选择具有代表性的建筑样本，使用包括先前动态特性量化的细化方法进行研究发现 [20]，[21]。

莫雷利亚的地理位置和墨西哥共和国的地震性使该城市暴露于中到高地震烈度之下。历史中心的社会文化和经济重要性要求量化其建筑的物理脆弱性。它们的年龄、施工方法和材料使其在地震期间容易发生结构损坏。本研究的主要目标是确定城市历史中心建筑的脆弱性水平，假设立面是最脆弱的元素。本研究评估了莫雷利亚历史中心 577 座建筑的抗震脆弱性。与其他发表的研究使用基于所有参数一般评估的简化方法不同，本研究提出了一种方法，能够更精确地确定与材料质量、建筑高度和保护状况相关的参数。为了表征材料，一台运行在 60 kV 的 510 Xradia Zeiss 纳米断层扫描仪采集了 1600 张 X 光片，跨度约为 360°，产生 3D 图像。此外，提出的方法使用 Jenks 自然断点优化方法 [22] 对脆弱性指数进行分类，该方法最小化类内方差并改善结果空间分布的可视化。使用脆弱性指数，估计了不同地震情景下的预期损坏，并使用地理信息系统 (GIS) 对结果进行制图 [23]，以识别地震期间损坏可能性较高的地点。此外，提出了基于与当地地震需求相关的预期损坏状态的易损性函数。结果可用于实施保护、预防和减轻地震风险的行动，以保护被设计为世界遗产的遗址的遗产。

章节摘要

研究区域

莫雷利亚市位于北纬 19°27′06″ 至 19°50′12″，西经 101°01′43″ 至 101°30′32″ 之间，位于米却肯州东北部地区 [24]。莫雷利亚历史中心于 1991 年被列入联合国教科文组织世界遗产名录 [25]。它以建筑的巴洛克风格、使用地区粉色坎特拉石（浮岩）以及立面装饰和装饰元素而著称。此外，历史中心包含 249 座建筑

脆弱性指数

评估结构抗震脆弱性的方法选择取决于信息和分析建筑的数量等因素。在本研究中，分析方法论基于确定描述结构特征的参数，其中大多数可以通过快速目视检查获得。图 4 展示了多座建筑目前的状况。

引言中讨论的许多研究报告指出，立面是

脆弱性指数

公式 (2) 定义了脆弱性指数 ($I_v$)。分析立面后，平均值为 $\mu \left(I_v\right)$ = 20.02，最大值为 $I_{v_{\mathit{max}}}$ = 71.88，最小值为 $I_{v_{\mathit{min}}}$ = 8.04。图 8 显示了脆弱性指数的频率直方图，显示 85.44% (493) 的立面 $I_v$ < 27.19，11.61% (67) 具有 27.19 ≤ $I_v$ < 33.57，2.95% (17) 具有 $I_v$ > 33.57。

图 9 显示了每个评估参数的脆弱性类别 ($C_v)$) 的相对频率。参数 P1 和 P5，它们

结论

本研究开发并实施了一种全面、多尺度、数据驱动的方法，以评估墨西哥莫雷利亚联合国教科文组织世界遗产的历史住宅立面的抗震脆弱性和易损性。通过将精确的微观表征技术和先进的空间分类与传统经验方法相结合，该框架大幅减少了城市尺度脆弱性评估中的认知不确定性。基于对 577 个代表性

CRediT 作者贡献声明

Juan L. Calderón-Fuentes： 写作 - 审阅与编辑，写作 - 原稿，方法论，正式分析，数据整理，概念化。Diana M. Torres-Arreola： 验证，方法论，正式分析，数据整理。Jose M. Jara： 写作 - 审阅与编辑，写作 - 原稿，验证，监督，方法论，概念化。Luis Olmos： 写作 - 审阅与编辑，方法论，正式分析，概念化。Bertha A. Olmos： 写作 - 审阅与编辑，监督，

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能被认为影响了本报告中报告的工作。

Juan L. Calderón-Fuentes|Diana M. Torres-Arreola|Jose M. Jara|Luis Olmos|Bertha A. Olmos