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研究生:謝孟勳
研究生(外文):Meng-Hsun Hsieh
論文名稱:以網格集群最大概似法建立建築物易損性曲線及其應用於震災緊急運送路徑之選擇
論文名稱(外文):Using Grid-based Clustering Maximum Likelihood Estimate in Establishing Building Fragility Curves and Their Application in Selection of Emergency Earthquake Routes
指導教授:李秉乾李秉乾引用關係
指導教授(外文):Bing-Jean Lee
口試委員:田永銘施邦築單信瑜林哲彥林正紋雷祖強李秉乾
口試委員(外文):Yong-Ming TienBan-Jwu ShihHsin-Yu ShanJer-Yan LinJeng-Wen LinTsu-Chiang LeiBing-Jean Lee
口試日期:2013-07-22
學位類別:博士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:土木及水利工程博士學位學程
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:258
中文關鍵詞:網格集群最大概似法建築物易損性曲線道路震害脆弱曲線路段阻斷風險路網失效震災緊急運送路徑經驗分析法921地震
外文關鍵詞:Grid-based clustering maximum likelihood estimateBuilding fragility curveSeismic road vulnerability curveRoad-section block riskNetwork disruptionEmergency earthquake routesEmpirical procedureChi-Chi Earthquake
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本研究以921地震後所調查之完整建築物損害紀錄發展16類建築物之易損性曲線,並將建築物易損性曲線應用於都市震災緊急運送路徑選擇及路網規劃。在建築物易損性曲線方面,提出網格集群最大概似法(簡稱網格集群法)建立結合網格化集群分析程序與最大概似估計法之建築物易損性曲線分析理論。這個新方法能夠提供低偏差之致災資料以降低傳統行政單元法的資料分散性。網格集群法具有三種分析模式,包括二項分布型、多項分布型(方法一)及共對數標準差多項分布型(方法二)。研究結果顯示:(1)網格集群法較行政單元法具有更良好的穩定、不敏感及收斂性質;(2)可合理地表達建築物之易損性特徵,適於廣域的建築物損害資料發展建築物易損性曲線;(3)方法二相較其它模式對於易損性特徵具有較佳的描述能力,不同損害分級間共對數標準差假定是建立經驗易損性曲線較佳的選擇;(4)即使僅有二種損害分級的921地震損害紀錄,易損性曲線仍有可接受的預測結果。上述結果證明本研究發展之易損性曲線能夠合理地應用於建築物災損評估及地震風險評估。
在震災緊急運送路網方面,本研究提出以特定震度對於某路段阻斷的超越機率表達道路震害脆弱曲線之分析方法;並基於災害風險三要素之定量風險分析,建立以路段阻斷風險結合路網分析之震災低失效風險緊急運送路徑分析方法。在道路震害脆弱曲線方面之研究結果顯示:(1)不同建築物組成之路段具有不同之路段阻斷脆弱性,與其組成之建築物類別及數量相關;(2)建築物數量越多其路段阻斷脆弱性越高,且其脆弱曲線快速增加。在震災低失效風險緊急運送路徑方面,本研究提出之路徑累積風險值方法,可適切描述單一路段可能因地震引致建築物倒塌導致路段阻斷所產生的受阻風險,進而導致整個路徑之失效風險。研究結果顯示在區域內存在某個震災低失效風險緊急運送主要路徑,其路徑累積風險值最低且能夠連通至各聯外路口。最後,以臺中市舊都會區為例,本研究對於震災緊急運送路網提出一個兩階段選擇方法。對於未來都會區震災緊急運送路網,此方法可以作為震災緊急運送主要路徑之選擇,亦可應用於各類防救災設施點之適宜性評估。
In this study, the typological building fragility curves are developed base on the complete building damage records collected after the 1999 Chi-Chi Earthquake in Taiwan. These fragility curves are further applied in selecting routes and planning network of urban emergency earthquake. An aspect of the building fragility curves, a grid-based clustering maximum likelihood estimate (grid-based method), in combination with a grid-based cluster analysis procedure and with a novel maximum likelihood estimate, is proposed to derive fragility curves for 16 building typologies in Taiwan. This new grid-based method generates lower-deviation vulnerability data for reducing the dispersion of datasets than does the traditional district-based method. The proposed grid-based method has three analysis models, including binomial distribution, multinomial distribution (Method 1), and multinomial distribution with a common log-standard deviation (Method 2). The results of the grid-based method show that: (1) the fragility curves are more stable, unsusceptible, and convergent than those from the district-based method; (2) the fragility curves can reasonably expressed vulnerability of buildings thus applicable to the development of building fragility curves for wide-regional damage records; (3) Method 2 provides a more reasonable vulnerability of building thus the common log-standard deviation is a better choice to derive the empirical fragility curves; (4) the fragility curves have acceptable prediction performance even though only two levels of damage in the 1999 Chi-Chi Earthquake. Above results demonstrate that the developed fragility curves can reasonably be implemented for estimating earthquake loss and assessing seismic risk in the future.
An aspect of the emergency earthquake routes, a road seismic vulnerability curves analysis is proposed to express the exceeding probability of the road-section block as a function of a specific earthquake intensity measure. The road seismic vulnerability curves are further using in analysis of low disruption risk for emergency earthquake routes (Low-DREER), in combination with road-section block risk analysis and with network analysis. The results of the road seismic vulnerability curves show that: (1) the road-sections with different buildings have different vulnerabilities of road-section block which related the composition of the number of buildings and its typologies; (2) the more number of buildings induced higher and rapidly increasing vulnerabilities of road-section block. An aspect of Low-DREER, the proposed accumulative route risk values can appropriately describe routes disruption risk, which caused by probable road-section block risk induced from the earthquake-induced building collapse. The results of Low-DREER show that a disaster prevention region should have a Primary Low-DREER which has a lowest accumulative route risk values and is able to communicate outside the access road intersections. Finally, the former metropolitan area in Taichung as a case study, the study proposes a method of bi-stage selection for earthquake emergency network. For urban earthquake emergency network in future, the method can be used in selecting primary earthquake emergency routes and applied in suitability assessment of the various types of disaster prevention facility.
摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
表目錄 vii
圖目錄 ix

第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的 4
1.3 研究方法 4
1.4 研究內容 5

第二章 文獻探討 7
2.1 建築物震損調查及分類 7
2.1.1 921地震建築物損害調查 7
2.1.2 建築物損害分級 11
2.2 建築物易損性曲線的求取方法 17
2.2.1 專家判斷法 18
2.2.2 理論分析法 19
2.2.3 經驗分析法 22
2.2.4 混合法 25
2.3 易損性曲線的機率分布函數 25
2.4 經驗易損性曲線之分析程序 27
2.4.1 最小行政單元法 28
2.4.2 等震度-等暴露量法 29
2.4.3 完全調查樣本法 30
2.5 震災緊急運送路網風險分析方法 33
2.5.1 災害風險分析 33
2.5.2 震災緊急運送路網 36
2.5.3 震災道路評估方法 39

第三章 建築物類型與建築物損害分級 45
3.1 建築物類型 46
3.2 921地震建築物棟數資料庫建置 47
3.2.1 房屋稅籍資料庫 47
3.2.2 建築物損害分級與全、半倒評定 48
3.2.3 震災資料庫建置流程 49
3.3 921地震建築物震災資料 53
3.3.1 九縣市損害建築物統計 53
3.3.2 研究區建築物統計 54
3.3.3 研究區建築物震災統計 56

第四章 921地震強地動因子空間推估 61
4.1 中央氣象局強地動測站資料蒐集 61
4.2 空間統計理論 63
4.3 地表震度衰減率 65
4.4 空間結構分析 68
4.5 克利金空間內插方法 72
4.6 強地動因子空間推估 73
4.6.1 以Wu衰減率為定率函數之全域推估 74
4.6.2 以Campell衰減率為定率函數之全域推估 76
4.7 研究區強地動因子分布 78

第五章 建築物地震易損性分析理論 81
5.1 傳統經驗易損性分析-行政單元法 81
5.2 網格化集群分析 84
5.3 最大概似估計法 85
5.3.1 二項分布型 86
5.3.2 多項分布型 87
5.3.3 數值計算程序 90
5.4 易損性曲線之對數標準差 92

第六章 建築物易損性分析結果與討論 93
6.1 行政單元法 93
6.2 網格集群法-二項分布型 110
6.2.1 各類建築物易損性曲線 110
6.2.2 不同集群數量 之影響 112
6.3 網格集群法-方法一 122
6.3.1 各類建築物易損性曲線 122
6.3.2 不同集群數量 之影響 124
6.4 網格集群法-方法二 134
6.4.1 各類建築物易損性曲線 134
6.4.2 不同集群數量 之影響 137
6.5 網格集群法之討論 148
6.5.1 二項分布型與多項分布型 148
6.5.2 方法一與方法二 151
6.6 不同衰減率對易損性曲線之影響 155
6.7 誤差分析與預測 157

第七章 建築物易損性曲線應用於震災緊急路網規劃 165
7.1 風險問題描述與研究假設 165
7.2 道路震害脆弱曲線 167
7.3 路網失效風險分析 170
7.3.1 路段阻斷風險 170
7.3.2 路徑累積風險值 172
7.4 都市震災緊急運送路徑選擇-以臺中市舊都會區為例 173
7.4.1 示範區概述與道路建築物組成 174
7.4.2 道路震害脆弱曲線分析 179
7.4.3 路段阻斷風險值計算 183
7.4.4 震災緊急運送路網規劃 186

第八章 結論與建議 195
8.1 結論 195
8.2 建議 198

參考文獻 199

附錄A 本研究採用之921地震各強地動測站紀錄
附錄B 網格集群最大概似法Kg=50之各類建築物致災資料
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