基于LSTM神经网络的现地烈度实时估算模型——以JMA烈度为例

如何快速并且准确估计目标场点烈度是地震预警中的关键问题。常用基于衰减关系的场点烈度估计和基于P波信息的现地烈度估计往往存在大震烈度低估的问题。本文提出了一种基于长短时记忆神经网络(logn short-term memery,LSTM)的现地JMA烈度持续估计模型。该模型以现地观测地震动的能量、能量增长率、地震动卓越周期和震源距作为输入,以该点的最大仪器地震烈度为预测目标。选取了日本K-NET台网记录101次地震数据作为训练集,94次地震数据作为测试集,训练了现地烈度估算LSTM神经网络模型。结果表明:在采用3 s时窗长度的序列进行预测时,高估的比例为1.51%,低估的比例为4.00%;并且,随着时窗长度的增加,高估和低估的比例也在不断降低。模型对高烈度(大于等于4.5度)样本的预测时效性随震源距的增加而增加,对大震远场高烈度区域能提供20 s以上的预警时间。

基于机器学习和迁移学习的地震预警震级估计

震级估计是地震预警的重要环节之一。快速且可靠的震级估计可以为地震预警系统提供有效的地震预警信息。传统的地震预警震级估计方法主要利用从P波信号中提取单一的特征建立震级估计经验预测方程,且震级估计误差较大。为了提高地震预警震级估计的可靠性以及探索机器学习方法在中国川滇地区地震预警震级估计的可行性,基于日本K-NET台网记录的强震动数据建立用于震级估计的机器学习预训练模型(CRnet-M),CRnet-M模型结合了卷积神经网络和循环神经网络;结合迁移学习和中国川滇地区的强震动数据,对预训练的CRnet-M模型进行微调和训练,进而建立了用于中国川滇地区的震级估计模型(TLCRnet-M)。研究结果表明:对于日本的测试数据集,在P波触发后3 s,和传统的地震预警震级估计方法相比,预训练的CRnet-M模型有更小的震级估计误差,且绝对误差在0~0.5震级单位范围内的百分比达到了86.89%;对于川滇地区的测试数据集,在P波触发后3 s,和传统的地震预警震级估计方法以及未使用迁移学习的CRnet-M模型相比,使用迁移学习的TLCRnet-M模型提高了震级估计的可靠性,且绝对误差在0~0.5震级单位范围内的百分比为76.25%。方法在一定程度上提高了地震预警震级估计的可靠性,且对于地震预警系统有一定意义。

常见干字型输电塔地震易损性分析

为了研究输电塔-线体系中输电塔破坏的问题,根据某实际输电塔进行有限元建模,基于分析结果确定并定义损伤状态极限,选择20条地震动记录进行调幅,使用增量动力分析方法,以输电塔主材和斜材的杆件节间相对位移角为地震需求参数,地震动峰值加速度为强度参数,通过IDA分析方法得到输电塔的易损性曲线,对输电塔进行震害分析。通过体系中输电塔的易损性曲线可以与输电塔单塔的易损性曲线进行对比,得到塔-线体系耦连对输电塔的影响。

钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土梁节点抗震性能

为研究钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土(RC)梁节点的抗震性能,以某地铁车站钢管混凝土柱为原型,基于等效刚度方法,将钢管混凝土叠合柱与钢管混凝土柱进行刚度等效计算,通过pushover得到其抗弯刚度,探究钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱的力学性能;采用ABAQUS建立钢管混凝土柱-RC梁节点和钢管混凝土叠合柱-RC梁节点模型,通过既有文献试验数据验证节点模型的准确性,对两种节点的滞回特性、骨架曲线退化、刚度以及延性进行对比分析。结果表明:小轴压比作用下,钢管混凝土柱节点的耗能能力、滞回性能以及极限荷载都要优于钢管混凝土叠合柱节点;随着轴压比的增大,两者差别较小,在0.9轴压比时,钢管混凝土叠合柱节点的抗震性能优于钢管混凝土柱节点,采用钢管混凝土叠合柱-RC梁节点替换钢管混凝土柱-RC梁节点不会造成结构抗震性能的明显下降。

基于残差神经网络的天然地震与非天然地震信号分类

以准确区分天然地震与非天然地震为目标,构建了一种基于一维卷积和残差结构的神经网络模型:ResNet-1D。该模型利用不同长度卷积核的卷积层、最大池化构成的池化层和残差结构自动提取三分量地震记录特征,采用适应性矩估计方法(Adams)作为优化参数,利用线性判别函数(Linear)实现天然地震与非天然地震区分。以2008—2020年中国地震台网中心统一编目报告的天然地震和非天然地震共40000条速度记录,随机划分为6∶2∶2的比例构建训练数据集、验证数据集和测试数据集。研究结果表明:天然地震和非天然地震的分类准确率分别为92.65%和94.30%,与传统机器学习方法比较,ResNet-1D模型在准确率、精确率、召回率和F1分数的测试结果均有明显提升,有效地提高了天然地震和非天然地震识别的准确性。同时,震级和震中距的变化对模型分类准确率都有影响,具体表现为震级越高,准确率越低;震中距越大,准确率越低。文中提出的模型具有更高的准确性,可为地震监测中的天然地震与非天然地震准确区分提供技术支撑。

碎石桩加固软土地基条形基础的承载力

为了快速得出碎石桩加固软土地基条形基础的极限承载力,基于Morgenstern-Price切片法建立了碎石桩改良软粘土承载力的分析模型,以此进行参数研究,并进行Gauss和线性拟合。研究结果表明所建立的分析模型取得了较好的结果,当间距/直径比(S/D)等于1.4时可以取得最好的改良效果,改良率(IR)随着置换率的增加而显著增加,并且参数与改良率(IR)的拟合结果具有较高的精度,为碎石桩加固软土地基条形基础的应用提供科学依据。

浅埋地铁车站结构变阻尼比反应谱影响因素

以单层双跨结构为研究对象,建立变阻尼比条件下的平均化反应谱,并对其进行回归分析,对该平均反应谱即水平地震影响系数曲线进行了特性分析。结果显示,该平均化反应谱与地铁车站结构所在的围岩性质、地震波频率特性、场地设防烈度以及车站埋深有关:在不同设防烈度条件下的变阻尼比相对反应谱形状是不同的,而且设防烈度越高,反应谱峰值越低,图形形状越矮;在围岩参数发生改变时,泊松比对反应谱的变化影响最大,峰值影响与反应谱曲线形状差异性最大;随着埋深的增加,各类场地土的影响系数峰值逐渐减小;地震波频谱特性引起的结构动力反应得到的地震影响系数随地震波傅里叶谱的峰值增大而增大。

SMA-LRB隔震连续梁桥地震易损性及寿命周期成本损失评估

为研究采用LRB和SMA-LRB隔震连续梁桥的地震易损性和寿命周期成本损失,对比了采用两种不同隔震支座的桥梁在4种损伤状态下的损伤概率,并采用寿命周期成本损失评估方法计算了桥梁寿命周期内的各种地震损失成本。结果表明:在LRB隔震桥梁的基础上设置SMA既可以降低支座损伤概率,又可以有效降低桥墩在严重损伤和完全损伤状态下的损伤概率;地震动强度较小时,SMA-LRB隔震桥梁在减少桥梁寿命周期成本损失方面的效果更为显著。

福建省既有石砌体房屋整毛石墙体抗震加固研究综述

福建沿海地区现存大量既有石砌体房屋,其石砌体墙多数为整毛石干砌甩浆砌筑,砂浆强度低且灰缝饱满度差,结构未设置抗震构造措施,整体性及抗震性能差,对此类房屋进行抗震加固是城乡建设工作的重点。分析既有石砌体房屋的构造组成特点及抗震薄弱环节,综述了整毛石墙体抗震加固技术研究进展与应用情况,总结了目前整毛石墙体抗震加固研究方面存在的不足。最后根据新材料、新技术的发展,提出采用与石材材性相匹配的超高性能混凝土进行整毛石墙体加固的研究展望。

S2型电缆桥架地震应力快速预估方法

为了给出能够快速、即时地预估S2型电缆桥架的应力方法,根据电缆桥架的结构特点将S2型支架振动问题简化为端部带质点的悬臂梁振动模型,以质量点的大小和在悬臂梁的位置,研究其对悬臂梁的参与系数、振型等影响。研究结果表明,端部点质量点的悬臂梁适用于预估电缆桥架的自振频率、弯曲应力等,并与反应谱分析方法和抗震鉴定试验结果进行了比较,结果相吻合;端部带质点的悬臂梁模型能够表征S2型支架振动情况,其能够满足S2型电缆桥架的即时预估,为项目现场设计人员提供经验支持,快速给出设计意见,亦可作为初步设计依据。

基于IDA的高墩大跨桥梁地震易损性分析

针对目前我国桥梁抗震设计规范仅适用于墩高40m以下规则桥梁的现状,以一常见山区高墩大跨连续刚构桥为研究对象,采用IDA方法分析了桥梁结构在15条地震动下的动态响应,得到桥墩各截面在所有地震动作用下的曲率包络图。以高墩最不利截面的材料损伤应变所对应的截面曲率为损伤指标,结合能力需求比对数回归分析,计算了高墩在不同损伤状态下的破坏概率,建立了墩柱易损性曲线,同时还建立了梁端支座的易损性曲线。基于联合失效概率分析方法,形成了桥梁系统易损性曲线。分析结果表明:薄壁空心墩连续刚构桥在强地震作用下高墩发生破坏的部位主要集中在墩顶和墩底区域;墩柱发生完全破坏的概率极小,但桥台处梁端活动支座的地震损伤概率较高;桥梁系统损伤概率能够更加准确地反映高墩大跨桥梁的真实抗震性能。

芦山7.0级强烈地震建筑结构震害调查

继2008年汶川8.0级特大地震后,2013年4月20日8点02分在四川省雅安市芦山县又发生了7.0级强烈地震,震源深度13公里,造成大量房屋严重破坏或倒塌。根据不同的结构类型、不同烈度区,文中对应急调查评估的603栋各类房屋结构进行了详细的统计归纳总结,得到了各类结构在不同烈度下的破坏比。在此基础上,主要对钢筋混凝土结构、砌体结构、砖木结构和木结构的震害特征进行了深入剖析,此外还对一栋大跨空间结构和一栋隔震结构的破坏特征进行了分析,最后针对各类结构在地震中尚存在的主要问题,提出了一些改进建议。

装配式预应力混凝土双柱桥墩抗震性能研究进展

装配式预应力混凝土双柱桥墩是一种在上世纪铁路桥梁中广泛应用的一种桥墩形式。随着城市高架、跨海大桥、高速铁路等工程的不断新建,需要继续采用这种具有突出优点的桥墩方案。但是对于装配式双柱墩的设计及其抗震性能,目前仍然缺乏系统的研究。这已成为困扰桥梁设计工程师和业主的技术难题,从而限制了装配式双柱墩在我国桥梁建设中的应用。为了解决此技术难题,本文对目前的研究现状进行了剖析,并对进一步的研究思路和研究内容进行了详细分析。在此基础上进行的研究将为装配式双柱墩在我国的推广应用提供可靠的基础研究资料。

无伸缩缝梁桥抗震性能与设计计算方法研究

无缝桥整体性好、行车舒适、后期养护维修少,地震作用下不易落梁,"小震不坏、大震不倒",具有可持续、高耐久与较强的防灾减灾能力。不过,桥台桩基是此类型桥梁的最不利部位。国外无缝桥的桥台桩基多采用H型钢,然而,我国主要以混凝土桩为主,两者在"中震可修与易损性"上存在一定差异。目前,对混凝土桩基的无缝桥抗震性能尚缺乏深入系统的研究,抗震规范也未给出相应的设计计算方法,影响了其应用与发展。为此,本文综述了无缝桥抗震性能特点与设计计算方法的研究现状,提出了无缝桥抗震性能的主要研究方向与简化抗震设计计算方法,可为此类型桥梁抗震规范的制定提供参考。

再生混凝土结构抗震性能研究进展与评述

已有再生混凝土结构研究,一是低、中强再生混凝土为主,二是缩尺模型试验为主,三是复杂受力研究很少,基于此提出的设计理论和方法亟待完善与发展。本文分析了国内外有关再生混凝土结构研究的文献,包括再生混凝土结构受力性能基础研究,再生混凝土梁、柱、节点、剪力墙构件抗震性能研究,再生混凝土框架、框架-剪力墙结构抗震性能研究,对研究现状进行了简要评述,介绍了工程实例,指出了需深化研究的若干关键技术问题,提出了研究建议。研究表明,再生混凝土结构发展,是建筑材料循环利用和建筑垃圾资源化的重大需求,再生混凝土结构可用于建筑结构抗震设计。

T型钢半刚性连接梁柱节点抗震性能试验研究

通过对两组T型钢连接梁柱节点的单向与循环加载试验,了解该类型节点的抗震性能以及翼缘厚度对节点抗震性能的影响,并通过IDARC程序模拟节点的受荷过程,讨论T型钢连接梁柱节点理论建模的方法。试验研究表明:T型钢梁柱连接滞回曲线饱满,连接表现出了良好的延性,极限转角均超过了欧洲规范规定的极限转角0.03rad,具有较为理想的抗震性能;T型钢翼缘越厚,节点初始刚度、承载力以及耗能能力越大;对于半刚性连接中螺栓刚度大于T型钢翼缘刚度的试件应按T型钢的极限承载力设计。程序分析表明:利用刚度均匀变化的节点板模拟T型钢的半刚性连接具有较高的模拟精度,通过调整节点板底部刚度以及屈服弯矩可以模拟不同翼缘厚的T型钢半刚性连接。

双向地震动输入对高层隔震结构的响应影响研究

我国现行建筑抗震设计规范中对于隔震结构分析时地震动的单双向输入问题并无明确说明。鉴于高层隔震结构及隔震支座体系的特殊性,本文对西昌(9度区)某高层隔震结构进行分析,选取了7组地震动,比较了双向地震动输入与单向地震动输入相比后该高层隔震结构的加速度、位移、支座应力等响应的差别。研究发现高层隔震结构的四个角部支座在单向地震动输入下拉、压应力未超过规范规定限值,而在双向地震动输入下均超过规范规定限值。针对双向输入时隔震支座出现的应力超限问题,提出了解决方案。建议在对隔震结构尤其是高层隔震结构进行计算分析时,采用双向地震动输入并加强抗拉支座的研发工作。

芦山7.0级地震古建筑震害调查分析

芦山地震对灾区内的古建筑带来了一定程度的破坏,本文对灾区内的古建筑进行了大量的调查,分别对木结构及石结构古建筑的典型震害情况进行了分析,通过分类统计的方法,得到了木结构和砖石结构古建筑不同破坏程度所占的比例,并对其原因进行了分析。结果表明:芦山地震中,木结构古建筑主要为中度破坏,表明木结构古建筑高烈度地震抗倒塌能力较好。砖石结构古建筑主要为重度破坏,表明砖石结构古建筑对地震扰动十分敏感,抗震性能较弱。最后,根据震害调查及分析结果,对古建筑抗震保护提出了一些建议。

芦山地震古建筑震害调查与分析

根据芦山地震极震区和重灾区古建筑的震害现场调查资料,进行震害特征与破坏原因分析。古建筑结构形式主要包括木结构、石结构、砖木结构和砖石结构。通过分类和归纳的方法,得到古建筑的典型震害特征包括基础剪断、墙体开裂、抹灰掉落和顶部局部塌落等。古建筑遭到破坏的成因机制包括:鞭鞘效应、竖向地震作用、传力机理变化等。分析了不同结构形式古建筑的地震破坏作用差异性等,同种结构形式的古建筑比普通房屋建筑的抗震性能要好。同时,讨论了不同结构类型古建筑的抗震维护与加固措施、抗震传力机理以及隔震和减震等,为古建筑抗震设防和抗震加固、减轻灾害等提供参考。

隔震设计中橡胶隔震支座拉压刚度取值的研究

目前隔震支座拉压刚度比的不同取值是否影响隔震结构性能,实际工程隔震设计时选取多大的拉压刚度比才能不影响隔震设计结果,这些问题还没有完全搞清楚.为此,本文选取一RC框架高层隔震结构作为分析对象,考虑隔震支座拉压刚度比的不同取值,对其动力特性、地震反应特性及拉压应力情况进行了对比分析.结果表明,拉压刚度比的不同取值对结构自振周期、顶层加速度及极大压应力的影响幅度较小,但对隔震结构上部楼层剪力、层间位移角及拉应力验算的影响较大,进而可能造成过高或过低地估计上部结构减震系数,给结构造成安全隐患.综合考虑各项参数后,建议在实际开展隔震设计时采用拉压刚度比1/8 ～1/10.