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。

强震动随机性对重力坝动水压力影响研究

针对现行水工抗震规范推荐的动水作用计算方法未考虑地震动随机性的问题,研究了强震动随机性对动水压力的影响。首先以Westergaard级数解为基础,探讨声固耦合法模拟动水压力的可行性;然后以选取的25条天然波和生成的25条人工波为基础,研究强震动随机性对重力坝动水压力分布规律和最大值的影响。结果显示,Westergaard级数解仅适用低频激振力,声固耦合法对不同频率的激振力均适用;在动水压力分布规律方面,刚性地基情况下与Westergaard附加质量法规律一致,弹性地基情况下与规范推荐的动水压力系数规律相似;在强震动随机性影响方面,人工波随机性带来的动水压力最大值对均值的偏离程度为16.1%~22.2%,天然波随机性带来动水压力最大值对均值的偏离程度为39.4%~49.8%,天然波随机性对动水压力的影响是人工波的2.0~2.5倍。

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。

地震动演变功率谱模型参数的统计建模

工程上常将规范反应谱拟合的确定性取值作为地震动演变功率谱参数,这虽然便于工程应用,但同时存在明显弊端:一方面,参数并非从实测强震记录中获得,具有较强的经验性;另一方面,确定性参数生成的地震动样本过于规则,且工程特性单一,无法全面地反映地震动的随机性。为了克服上述难题,从PEER的NGAGWest2地震动数据库中筛选1766条主轴方向的实测强震记录,并根据《中国地震动参数区划图》建议的场地类别和聚类方法划分为15组;随后,识别实测强震记录的演变功率谱参数,并结合K-S检验和BIC信息准则,确定每个参数最优概率模型;最后,根据演变功率谱参数统计建模结果,结合降维方法,生成了Ⅱ类场地与Ⅲ类场地的代表性时程。与《建筑抗震设计规范》中建议取值不同,研究参数来源于实测地震动,且具有随机性,避免地震动样本工程特性的单一化和规则化。

考虑多维随机地震作用的钢烟囱可靠度分析

烟囱是一种将火引起的气体或烟尘排入高空、改善燃烧条件的高耸结构。为了准确分析多维随机地震动作用下钢烟囱的抗震性能,利用基于随机函数约束的POD-降维方法,实现了多维随机地震动在概率层面上的精细化模拟。提出了一种以钢烟囱截面相对水平位移角为指标的结构整体可靠度评价方法。进一步地结合概率密度演化理论,对一座60 m高的钢烟囱进行结构动力响应分析与可靠度评价。结果表明:POD-降维方法生成的样本集具有良好的精度;在相同阈值条件下,以钢烟囱截面相对水平位移角为指标的结构整体可靠度评价方法较规范,且更加保守。

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。

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。

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《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。

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。

拱坝地震动随机响应分析

将河谷地震动随机场半解析展开为正交函数随机过程及采用简化的地基模型，应用振型分解法可直接求得拱坝－地基－库水系统的各种随机响应及功率谱密度。本文方法不仅考虑地震动的空间随机性，山体放大作用及行波效应，而且考虑非比例阻尼的拱坝振型之间的相关性；地震动随机场只须分解一次，计算过程简单，是大型拱坝结构随机分析的一种有效方法。

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。

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。

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。

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。

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。

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。