基于新抗震规范的地震动随机模型参数研究

本文依据新颁布的《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001),对随机地震动功率谱模型参数的取值进行了具体研究。提出了与新规范建筑场地类别及设计地震分组相对应的场地土阻尼比和卓越频率,非平稳模型中时间包络函数及地震动持时的取值。采用最大地面加速度等效原则确定了谱强度因子S0,然后进一步根据反应谱等效原则对谱强度因子进行了修正。经与规范中给出的反应谱曲线对比发现,利用本文模型参数按随机方法得到的反应谱与规范反应谱取得了很好的一致性。本文研究中给出的谱强度因子S0较好地反应了结构地震作用的特点,为应用随机理论进行实际工程抗震设计提供了依据。

基于《电力设施抗震设计规范》的地震动随机模型参数研究

依据《电力设施抗震设计规范》(GB50260-96)中的设计反应谱,对随机地震动功率谱参数的取值进行了具体研究。首先,采用时间包络函数考虑地震的非平稳特性,给出了地震动持时的取值;然后,根据加速度峰值等效原则,迭代计算得到地面的加速度功率谱密度曲线;最后,选定Clough-Penzien修正过滤白噪声模型作为拟合函数,通过非线性拟合技术拟合了与《规范》中的地震烈度、场地类别相对应的谱参数。研究结果表明,Clough-Penzien修正过滤白噪声模型能较好地拟合其曲线形状。本文给出了相对于规范中的地面加速度功率谱参数值,可供这种模型作为地震地面运动输入时选用。

现行抗震规范下地震动随机模型参数研究

以《建筑抗震设计规范》(GB50011─2010)为基础,对地震动过滤有色噪声模型参数的取值进行研究。针对平稳模型和非平稳模型,区分多遇地震和罕遇地震两种情况:给出了与规范场地类别和设计地震分组相对应的场地覆盖层阻尼比和卓越频率;采用随机极值理论,建立了谱强度因子与规范最大地面加速度的对应关系。研究成果为工程结构抗震设计提供了可用的随机地震动荷载标准。

基于新《电力设施抗震设计规范》的地震动随机模型参数研究

根据新《电力设施抗震设计规范》(GB50260-2013)对随机地震动功率谱参数的取值进行分析。介绍新《电力设施抗震设计规范》中设计反应谱,推导设计谱到功率谱的转换过程。选取常用的Clough-Penzien修正过滤白噪声模型作为拟合函数,通过功率谱参数拟合,得到不同场地类别、不同抗震设防烈度下的地震动模型参数。该研究成果可为电力工程抗震设计分析提供参考。

基础隔震结构基于新抗震规范地震动随机模型的地震作用取值

对多自由度基础隔震结构的地震作用取值问题进行了系统研究。首先建立了结构运动方程,接着用实模态对上部结构进行解耦,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,再用复模态法解耦,最后采用基于新抗震规范的地震动随机模型,运用复模态时域法获得了体系的相对位移,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多层基础隔震结构的地震作用计算方法,同时给出了由规范的振型分解反应谱法得到的基础固定结构的地震作用取值。

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。

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。

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。

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。

曲面摩擦滑移隔震结构的随机地震可靠度分析

曲面摩擦滑移隔震结构(curved surface sliding isolated structure,CSSIS)是一种具有广泛应用潜力的新技术.但在工程实践中,地震波的选取会显著影响CSSIS的抗震设计和风险评估结果.针对缺乏强震记录的情况,提出一个能够反映特定地区地震特征的随机地震动模型,并通过Monte-Carlo模拟算法,评估CSSIS的抗震可靠指标.通过振动台试验和理论分析确定CSSIS力学模型的关键结构参数,采用随机地震动模型生成地震波,以天津宁河地区为例,基于首次超越概率理论,计算了CSSIS的失稳概率Pf.结果表明,地震震级M和震中距D对CSSIS的抗震性能具有显著影响.随着震中距D的增加,上部结构的失稳概率Pf迅速下降;相反,地震震级M的增加会导致Pf升高.所得研究结果将为CSSIS的广泛应用提供重要的设计参考依据.

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.

二维相关地震动作用下结构的随机反应

假定两水平方向的地震动为平稳随机过程,基于地震动主轴模型的假设,讨论了二维地震动分量的空间相关性,在单分量平稳模型的基础上给出了二维水平地震动随机模型的相关函数矩阵。该相关函数模型可以为二维地震下结构随机反应分析提供地震动输入。利用状态空间方法和随机振动理论建立了线性多自由度体系在二维地震激励下的随机反应分析方法,导出了结构的位移反应相关函数和速度反应相关函数,可在时域内直接计算结构的二维随机地震反应的统计特征。最后,通过一个二层框架结构计算实例,说明了这种方法的运用,讨论了地震动强度以及地震动主轴方位角对结构反应的影响。该方法可以为结构抗震可靠性评估提供基础。

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。

平稳随机地震地面运动过程模型及其统计特征

地震地面运动过程具有强烈的随机性,应用随机理论对实际工程结构进行地震可靠性分析和抗震设计与加固时都需要建立合理的随机地震地面运动模型。本文选择3种典型的随机地震动模型,即理想白噪声模型、金井清模型和改进的金井清模型,分析了它们的物理概念、频域特征以及适用范围。引入状态向量,建立状态方程,通过复振型叠加法分析了地震地面运动过程的时域统计特性,推导出3种随机地震动模型的相关函数的解析表达式。这些结果可为结构随机地震反应时域分析和抗震可靠性评估提供基础。

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。

考虑超随机特性的人工地震动合成

文中根据自相关函数随机噪声部分的2个重要性质提出了自相关函数随机噪声部分的迭代生成算法,并给出了以确定性自相关函数为目标函数,考虑随机噪声部分影响的人工合成地震动方法。本文的研究结果表明地震动加速度的平方和(SS)比峰值加速度(PGA)更好地量度了地震地面运动强度。文中用蒙特卡罗方法分析了自相关函数噪声项对人工合成地震动幅值和反应谱的影响:由于自相关函数的随机噪声项对地震动总功率或平方和的贡献为0,因此随机噪声项对合成地震动幅值的影响不大,但由于自相关函数随机噪声项明显改变了地震动功率谱在频域上的分布特征,使原本光滑的平均反应谱出现了明显的波动,从而在一定程度上提高了平均反应谱的峰值,使自相关函数噪声部分对平均反应谱也有一些影响。