深厚覆盖层上沥青混凝土心墙坝非平稳随机地震动响应分析

由于良好的环境适应能力沥青混凝土心墙坝是我国西南强震区深厚覆盖层场地的优选坝型,然而对于沥青混凝土心墙坝非平稳随机地震作用下的抗震安全评价研究尚有不足。采用改进的Clough-Penzien功率谱结合随机函数,充分考虑地震动频率与强度的非平稳特征,生成了一系列与反应谱拟合的非平稳随机地震动集合,以某深厚覆盖层上沥青混凝土心墙坝为例,对其坝顶水平加速度及竖向永久变形等响应的均值及变化范围等进行了统计分析及分布检验,揭示了覆盖层与坝体响应均值及变异性沿高程变化规律,并通过概率密度演化方法,展示了坝顶水平加速度概率密度沿时间的演化过程,同时对生成的55条非平稳随机地震动进行调幅,结合多条带分析法易损性分析方法开展了深厚覆盖层上沥青混凝土心墙坝非平稳随机地震动易损性分析,给出了以震陷率为破坏等级控制指标的坝体易损性曲线,为深厚覆盖层上沥青混凝土心墙坝的抗震安全评价提供了新的方法和思路。

随机地震动作用下结构-TMDI系统参数设计与概率密度演化分析

针对随机地震动作用下结构-调谐质量惯容阻尼器(TMDI)系统参数设计与概率密度演化分析开展研究。首先采用定点理论公式和基于遗传算法的数值优化方法,结合规范选波进行低惯质比、中惯质比和高惯质比TMDI参数优化。在此基础上,结合概率密度演化理论与物理随机地震动模型,进行随机地震动作用下结构-TMDI系统概率密度演化分析,并比较具有相同质量比的常规调谐质量阻尼器(TMD)的减震性能。算例分析表明:定点理论公式不能合理设计结构-TMDI系统,基于遗传算法的数值优化方法能高效、可靠地获得最优阻尼器参数;相同等效质量比的TMDI比TMD的减震性能更优越,结构可靠度显著提升,达到安全性设计要求;同时,TMDI仅采用了TMD设计1/50的物理质量,且仅需40%的冲程设计要求。文章研究在概率意义上揭示了TMDI增效、减质、限程的技术优势。

基于非平稳随机地震动场的拱坝随机地震反应分析方法

本文基于空间非均匀地震动输入和拱坝三维动力有限元法，建立了拱坝在非平稳空间随机地震动场激励下的随机振动分析方法．以一实际拱坝为例，计算了非平稳随机地震动场作用下的拱坝随机地震反应，并与平稳随机地震动场的结果进行了比较．

随机地震动场多点激励下大跨度桥梁地震反应分析方法

地震输入问题一直是工程结构抗震研究关注的焦点。对大跨度桥梁结构,考虑随机地震动场的多点激励而进行地震反应分析较为合理。本文结合大跨度桥梁抗震设计,系统地介绍了随机地震动场的模型以及随机地震动场多点激励下大跨度桥梁地震反应分析的方法。

随机地震动场多点激励下大跨度连续刚构桥的地震反应分析

本文基于随机地震动场的功率谱模型和多点地震激励,建立了大跨度桥梁在随机地震动场多点激励的地震反应分析方法,并数值模拟了某四跨预应力混凝土连续刚构桥的地震反应,考虑了行波效应、部分相干效应和局部场地效应等因素的影响,并与确定性地震一致激励下的计算结果进行了比较,对工程建设具有参考意义。

新型随机地震动模型

在研究结构的随机地震反应时,要用大量的符合场地条件的地震记录作为输入数据。但强震历史记录却不是每个地区都有的,因此根据符合场地条件的现有地震记录建立随机地震动模型具有重要意义。本文利用中国抗震规范2001版修正选取的样本波作为目标波,考虑了幅值和频率的双重非平稳性,建立了新型随机地震动模型———改进的时变ARMA模型随机地震动模型。通过使用残差的卡方检验法,对多种非平稳ARMA模型生成的模拟波进行检验;同时又比较了模拟波与目标波的功率谱密度图和反应谱图。结果证明:此法能够更精确地反映不同场地条件地震动的频谱和幅值的真实内容,从而建立符合目标场地条件的更为有效的模拟地震动,为相关研究与工程设计架起一座桥梁。

随机地震动的概率密度演化

利用广义概率密度演化方程,研究了随机地震动加速度时程的时变概率密度分布。利用集集地震实测地震动记录建模,识别给出了Ⅱ类场地随机地震动物理模型的基本参数及其分布。引入空间伸缩变换和Voronoi准则,发展了多维概率空间剖分的实用算法,对比分析了随机地震动模型与真实地震动的概率密度函数。结果表明:随机地震动物理模型可以客观反映真实地震动加速度时程的精细概率结构。

基于强度和能量控制的随机地震动模型

考虑地震动的随机性和频率与强度非平稳性,通过理论分析,提出了一般随机地震动模型,并给出了确定模型参数的原则和方法。该模型以地震动强度、地震动能量以及地震动持时等宏观指标作为控制随机地震动模型参数的指标,而对其内在的频谱组成等指标只要求满足一般地震动的特征。该模型可以用于描述平稳随机过程、强度非平稳随机过程以及强度和频率完全非平稳随机过程。通过与常用功率谱模型的比较,验证了该模型的合理性。

平稳随机地震动模型及其在土石坝随机地震反应分析中的应用

考虑地震动的随机性,根据随机过程理论,提出一种简单的模拟平稳随机过程的地震动模型,并给出了确定模型参数的原则和方法。继而,将其应用于一均质土坝,并与K ana i谱和M arkov谱进行了比较,验证了该模型的合理性。同时,探讨了该土石坝在随机地震动激励下的地震反应。

基于改进随机地震动模型的概率反应谱

结合我国现行抗震规范(GB 50011—2010),给出一种改进随机地震动模型的相关参数。推导单自由度体系(SDOFS)弹性加速度需求的条件概率模型,进而建立弹性SDOFS的概率加速度需求谱以及概率位移需求谱。在此基础上,据强度折减系数R与延性系数μ之间的关系,确定SDOFS非弹性位移需求的条件概率分布函数,进而运用随机振动理论和概率方法,建立非弹性SDOFS在给定强度地震作用下及50 a设计基准期内的概率位移需求谱。从美国太平洋地震工程研究中心收集大量实测地震记录,基于大量SDOFS动力时程分析的统计结果,对本文方法所得的理论结果进行Monte Carlo数值验证。研究结果表明:该理论方法准确、合理,且计算效率高。

随机地震动场激励下拱坝多点输入的抗震可靠度分析

本文首次将空间随机地震动场输入用于拱坝随机振动分析之中,与拱坝三维动力有限元法结合,完成了三维拱坝在空间随机地震动场作用下的随机振动分析方法及算法的研究;另外考虑动力和静力的叠加,提出了三维空间随机地震动场的拱坝抗震可靠度分析方法,最后编制了相应的程序,对小湾拱坝进行了抗震可靠度分析,并与随机变量的结果进行了比较。

设计用随机地震动模型与参数的改进

在地震动平稳过滤有色噪声模型基础上，基于“二态Ｍａｒｋｏｖ，，跨越假定完善了模型参数的确定方法，建立了地震动随机模型与抗震设计规范ＧＢＪ１１－８９的联系。具体确定了模型参数（平稳持时Ｔｄ，谱强度因子Ｓ０和非平稳强度函数ｆ（ｔ）与三水准烈度（小震、中震和大震）、场地类别、近远震的定量关系，为工程结构的概率抗震设计提供了初步可用的输入地震动模型与荷载标准。

随机地震动态模型参数修正

我国新版《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010对场地土动力参数做出了调整。参考国内学者已有的研究和随机振动理论对随机地震动模型参数进行修正。给出了我国东部地区随机地震动模型中的地震动持时,谱强度因子。并以框架结构的随机地震响应分析为例对比了不同场地条件下结构随机地震响应的最大均方根。参考概率统计中"3σ"准则给出了该框架结构随机地震响应的概率分布,并计算了结构在随机地震作用下的动力可靠度。

基于随机地震动模型的双洞平行地铁隧道净距影响研究

为了研究隧道净距对双洞平行地铁隧道抗震性能的影响,以常州地铁1号线为工程背景,建立有限元分析模型,基于随机地震动模型合成随机地震动,对双洞平行隧道进行随机地震动作用下的地震动力反应分析。结果表明,随机地震动作用下,双洞平行隧道之间存在相互作用,相互靠近一侧各点动力响应均比外侧各点强烈;隧道间净距过小会造成衬砌结构明显水平位移偏移,且在隧道内下侧出现应力集中现象。在实际工程运用中,应提前对小净距隧道结构采取预加固等措施,预防地震对隧道造成大面积破坏。

平稳随机地震动模型及其激励下土石坝地震反应特性研究

考虑地震荷载的随机性,根据随机过程理论,提出一种简单的模拟平稳随机过程的地震动模型,并给出了确定模型参数的原则和方法。继而,将其应用于一实际均质土坝,并与Kanai谱和马尔柯夫谱进行了比较,验证了该模型的合理性。同时,探讨了该土石坝在随机荷载激励下的地震反应特性。

功率谱二次正交化法在随机地震动响应的应用

针对平稳激励下线性结构随机地震动响应方差和谱矩时频域法无解析解或时域法解析解复杂的问题,提出了结构响应功率谱的二次正交化法,并成功获得线性结构基于李鸿晶随机地震谱的系列响应(结构层位移和层间位移)的0~2阶谱矩和方差的简明封闭解。综合虚拟激励法和复模态方法,提出了线性结构频率响应特征值函数的二次正交法,即将频率响应特征值函数表示为振动复特征值和频域变量二次方和的线性组合;以李鸿晶随机地震动谱为例,基于留数定律获得该谱的二次正交式,进而获得结构地震动系列响应功率谱的二次正交式;获得了建筑结构随机地震动系列响应方差及0~2阶谱矩的统一简明封闭解。利用本文方法对一单自由度结构和一多自由度TMD耗能结构地震动响应进行分析,并与虚拟激励法进行了对比研究,结果表明本文所提方法为封闭解且可用于验证虚拟激励法谱矩分析时的精度。此外,本文方法可适用于各种线性结构基于各类平稳随机地震谱的随机响应封闭解的分析。

高架简支梁桥柱式墩横桥向随机地震动响应

为研究高架桥多跨简支梁桥柱式墩基于随机地震动激励下横桥向的动力响应,以广西柳州某高架桥为工程背景,给出了基于Kanai-Tajimi地震动随机激励下的桥墩各质点位移和质点间剪力的0-2阶谱矩解析解。广西柳州某城市高架桥采用跨度20 m的多跨简支小箱梁,桥墩采用双柱式墩,墩高20 m。首先将桥墩按照框架形式离散成2质点结构;桥墩两侧梁体与各自支座组成质点振动体系,从而建立全桥墩4质点地震动方程。地震随机激励采用Kanai-Tajimi谱,并利用其基于二阶白噪声的滤波微分方程,与桥墩地震动方程联立组成基于白噪声激励的非经典阻尼结构动力方程。基于随机振动理论并利用复模态法获得桥墩质点处的位移、速度和质点间剪力及其变化率的协方差的解析解;最后基于谱矩的定义给出了桥墩各质点位移及质点间剪力的0-2阶谱矩解析解,为桥墩的设计及动力可靠度分析提供了新思路。

随机地震动作用下的结构振动控制试验设计

研究了随机地震动作用下基于MR阻尼器的结构振动控制振动台试验设计的若干问题。首先,由原型结构按动力相似关系进行了模型结构的设计,基于ANSYS模态分析的结果识别出了其结构参数;其次,基于物理随机地震动模型生成了试验地震动样本,根据试验要求调整了各地震动样本的加速度峰值;然后,基于MATLAB对试验模型进行了随机地震动作用下无控与主动控制数值仿真分析;最后,结合ANSYS弹塑性动力时程分析,研究了试验模型的动力稳定性。介绍的振动控制试验设计方法可供进行类似试验设计的研究人员参考。

基于有限断层随机地震动合成的高速路网地震危险性分析

针对传统概率地震危险性分析和点源模型的不足,利用表达震源-传播途径-场地条件一体化的有限断层随机地震动合成方法,对覆盖多个不同烈度区的西南地区某高速路网进行了地震动合成,利用统计方法拟合了峰值加速度和反应谱值的预测公式,进而得到路网桥梁节点的地震风险曲线,并在不同设防水准下与传统地震风险曲线进行了对比。结果表明:多遇地震水准下,基于本文方法的地震风险曲线可以提供更为保守的地震动设计参数;偶遇、罕遇和极罕遇三种水准下,基于传统方法的地震风险曲线给出的地震动设计参数则更为保守;两种方法给出的地震动参数值差异存在显著方向性,说明基于有限断层震源模型是对传统地震风险分析方法的重要补充,从发震物理机制上对路网风险分析提供了更多的科学性依据。

非平稳随机地震动作用下MSCSS动力可靠性分析

采用正交展开方法模拟的地震动随机过程作为动力激励,基于极值概率密度演化方法,对一种新型复杂建筑结构——巨子型有控结构体系,进行了基于随机地震过程作用下的动力可靠性分析,求得MSCSS在单一失效准则及复杂失效准则下的可靠度。结果表明非平稳地震作用下巨子型有控结构体系可靠度高于巨型框架的动力可靠度,在多遇地震情况下比传统的巨型框架结构更为安全。