结构-土相互作用体系的地震作用取值——基于规范地震动模型的复模态时域法

对多自由度结构-土相互作用体系基于规范地震动模型的复模态时域法的地震响应问题进行了系统研究。首先建立了结构运动方程,针对所得运动方程为非对称质量与非经典阻尼矩阵的情况,用复模态法解耦,然后采用与新抗震规范地震动参数一致的Clough-Penzien非平稳随机地震动模型进行随机地震响应分析,获得了体系相对位移方差的时域解,从而可得等效平稳化方差及其峰值,由此便可以得到结构的地震作用取值。最后,通过一个例子来说明结构-土相互作用体系的地震响应和地震作用取值的计算方法,同时给出了由规范的反应谱法得到的基础固定结构的各质点位移和地震作用取值。

基于物理的随机地震动模型研究

基于物理联系研究地震动随机性,建立了随机地震动与基底输入傅氏谱、场地固有圆频率和场地等价阻尼比之间的物理关系,从随机傅氏谱函数角度描述了地震动随机过程的随机性本质。结合Ⅳ类工程场地的实测地震动记录资料,由数值方法识别了给出基本随机变量的概率分布参数。与实测记录对比表明,本文建立的随机地震动模型具有明确的物理概念,可充分反映地震动的变异性特征。

主震与余震的震级统计关系及其地震动模型参数

本文从文献[1,2,3]中按一定的筛选原则,挑选出49组主、余震震级资料,通过回归分析,统计出了主震震级与余震震级之间的经验公式。然后,从结构在主、余震作用下的反应分析和抗震设计的需要出发,给出了确定主余震地震动时程曲线的方法,并以文献[4]为基础,确定了主震与余震的随机地震动模型及其参数。

基于修正的Clough-Penzien地震动模型时MTMD的动力特性

研究了由许多刚度和阻尼保持常量而频率呈线性分布的TMD形成的MTMD的地震特性 ,基于虚拟激励法和本文提出的平稳过滤有色噪声地震动模型 (修正的Clough Penzien地震动模型) ,建立了结构 MTMD系统的传递函数 ,进而导出了设置MTMD时结构的动力放大系数(DMF)明确表达式。MTMD的优化准则可选为最大动力放大系数的最小值的最小化 (Min .Min .Max.DMF)。通过最优搜寻可得MTMD的最优频率间隔、平均阻尼比、调谐频率比和相应的无量纲控制有效性指标。考虑结构受控频率与场地土卓越频率比的不同取值和不同场地类型 ,研究了场地土卓越频率和场地类型对MTMD最优参数及有效性的影响。而且 ,为比较 ,基于Clough Pe

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。

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。

基于随机地震动模型的结构随机地震反应谱及其应用

本文考虑给定地震烈度下地震地面运动的随机过程性,利用强震记录统计确定的地震持时和我国抗震规范采用的地震地面最大加速度平均值,确定了平稳过滤有色噪声地震动模型的参数;通过大量计算和回归分析,得到了单质点振子均方地震位移的实用计算公式,提出了随机地震反应谱、等效随机地震静荷载及结构地震随机反应和可靠性分析的实用方法,把结构在随机地震动作用下的动力可靠性分析转化成了结构在等效随机地震静荷载作用下的静力可靠性分析。

工程地震动模型化研究综述及展望(Ⅱ)──平稳模型及均匀调制过程

综述了几十年来地震动工程学模型化研究的发展过程，较全面地分析了目前常用的平稳模型及均匀调制过程。

工程地震动模型化研究综述及展望(Ⅲ)──其它工程学模型与展望

综述了地震动的演变模型及其它工程学模型，指出了目前工程地震动模型化研究的主要任务．对其发展方向及前景进行了展望。

基于随机地震动模型的黄土隧道动力响应研究

汶川地震震损表明,隧道结构在强震作用下会出现结构损伤和破坏.地震动的发生具有很强的随机性,而目前大多采用经典地震动记录对进行隧道地震动力时程分析,无法保证与震源机制和场地特性相匹配,采用确定性地震动记录,对地震动随机特性考虑尚不够完善.因此,基于杜修力地震动模型,采用脉冲函数法求解动力方程,对某黄土隧道进行了随机响应分析分析,研究了随机地震动作用下黄土隧道随机地震响应特征.计算结果表明:隧道拱顶的主应力功率谱密度函数呈单峰,其响应主要发生在低频,而拱腰、边墙、墙脚、轨道板主应力功率谱密度函数呈双峰,主要发生在低频和中频;隧道位移响应主要在发生在地震方向,其响应均方差在2.1cm以上,轨道板位移响应很小;隧道拱腰和墙脚的主应力响应很强烈,其均方差在3.1MPa以上;拱腰和墙脚为黄土隧道地震响应最不利的位置.该研究可以为黄土隧道抗震理论提供支撑.

众值烈度作用下基于抗震结构响应等效的地震动模型研究

运用结构响应等效的思想，对地震动模型进行了研究。在用Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ法求取大量结构在众值烈度作用下弹性时程分析的响应统计特性的基础上，将地震地面运动等效成了形式简单的简谐激励模型，同时在频域上为随机地震模型———Ｋａｎａｉ模型确定了有明确意义的模型参数。

基于时变ARMA序列的随机地震动模型

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波作为输入。但强震历史记录却不是每个地区都有的,因此根据现有地震波建立符合场地条件的地震动模型具有重要意义。地震动具有很强的随机性和非平稳性,本文使用时变ARMA模型来建立地震动模型。为了使结果更具有普遍性,选用ElCentro波、Northridge波作为原波,分别利用作者编制的WINSIM程序建立了时变ARMA模型,并通过所建模型生成的模拟波与原波的比较,对模型的有效性进行了检验。

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。

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。

结构-土相互作用体系的地震作用取值——基于规范-非平稳地震动模型的复模态频域法

为了求解结构-土相互作用体系的地震作用,对基于规范-非平稳地震动模型的复模态频域法进行了系统研究.首先,建立了结构-土相互作用体系的运动方程,根据上部结构的地震响应以第一阶振型为主的特点,将其按第一振型展开;然后,针对所得运动方程为非对称质量与非经典阻尼矩阵的情况,用复模态法解耦;最后,采用与抗震规范设计反应谱的地震动参数一致的Clough-Penzien-三段式非平稳地震动随机模型在频域内进行了体系的随机地震响应分析,进而得到了结构的地震作用取值.通过一个例子来说明本文方法在结构-土相互作用体系地震作用取值的应用,同时分别给出了基础固定结构基于地震动模型和规范设计反应谱的地震作用取值来进行比较.

地震动脉冲分量表征模型研究综述

通过回顾地震工程研究领域的文献,对研究中采用的地震动脉冲分量表征模型进行了收集与整理。针对各类模型的特点进行了比较与讨论,并对其研究意义以及在结构抗震研究中所发挥的作用进行梳理总结,提炼出了研究框架。根据现有的研究结果指出:考虑地震动脉冲效应的地震危险性分析是研究框架中的核心环节;对于反映相同脉冲特征的不同脉冲表征模型,尽管它们采用的数学表达形式存在差异,但是在动力学上的表现是接近的;具有滑冲效应特征的脉冲表征模型和具有前方向性效应特征的脉冲表征模型之间存在相似性。最后,对结构地震反应计算分析中地震动选取的相关考虑因素进行了讨论。

基于GP14.3运动学混合震源模型和SPECFEM 3D谱元法的宽频地震动模拟

基于确定性物理模型的全过程地震动模拟是现代地震工程的重要发展方向.然而受限于合理震源模型和计算资源需求,目前模拟的有效频率还多处于低频范围,难以满足工程结构敏感频带(5~10 Hz或更高)需求.本文即借助运动学混合震源模型能激发宽频地震波和谱元法空间高精度及计算收敛快的优势,首先将确定性的凹凸体震源模型与GP14.3随机震源模型结合得到有限断层运动学混合震源模型,进而将上述混合震源模型开发到SPECFEM 3D谱元法开源代码中,实现了基于谱元法和运动学混合震源模型的全过程宽频带地震动模拟.将方法首先应用于一维波速结构模型0~10 Hz地震动模拟,通过与频率波数域(FK)方法结果进行比较,验证了方法的精度;进而应用于2021年5月21日云南漾濞6.4级地震0.1~5 Hz地震动模拟,通过与4个台站的时程记录和相应反应谱的比较,以及与NGA-West2地震动衰减方程在频率0.1~5 Hz的反应谱的比较,检验了方法的适用性;最后给出了漾濞地区的地震动峰值加速度(PGA)和峰值速度(PGV)云图,分析了漾濞地震下近场强地面运动的空间分布特征.结果显示,震中PGA接近400 cm·s-2,PGV达到45 cm·s^(-1),烈度达到Ⅸ度,且受局部地形起伏影响,大理以及洱海西侧位置出现高烈度异常区.

NGA-West2地震动预测模型对速度脉冲型地震动各分量的适用性

鉴于传统的地震动预测模型未考虑速度脉冲的影响,可能会低估近断层区域的地震风险,而新一代NGA-West2地震动预测模型对速度脉冲型地震动的适用性有待研究。首先,收集了2013年以来的近断层地震动记录,在充分考虑脉冲方向的不确定性条件下,基于小波方法定量地识别出速度脉冲记录,形成了最新的速度脉冲记录数据库;然后,利用小波提取出速度脉冲记录中的长周期脉冲信号,基于偏差参数分析方法,定量地研究NGA-West2地震动预测模型分别对速度脉冲原始记录和提取长周期脉冲后的残余记录的适用性。研究结果显示,NGA-West2中的四个地震动预测模型均会低估近断层速度脉冲记录,特别是在脉冲周期附近的周期段内速度脉冲观测值远远大于这四个预测模型的预测值,但残余记录观测值与NGA-West2中四个地震动预测模型的预测值较吻合。值得注意的是,CB2014地震动预测模型能更好地预测残余记录。