考虑随机效应的Clough-Penzien功率谱参数预测模型及地震动合成

国内外学者对典型的地震动参数(a PG,v PG,SAs,I A,Ds等)预测方程的研究不断深入,但对于表征地震动频谱特性的功率谱模型参数预测方程的研究却很少。鉴于地震动的频谱特性与震源特性、传播路径和场地条件紧密相关,该研究基于地震动传播的物理机制建立了Clough-Penizien功率谱(C-P谱)模型参数的预测模型。为了更好地描述不同地震事件不同记录之间的相关性,对模型考虑随机效应,建立了谱参数的预测随机效应模型。采用改进的随机效应一次迭代回归算法,对各类场地C-P谱模型参数的预测随机效应模型进行回归分析,确定了模型系数。结合相位谱的物理传播模型与所提出的C-P谱参数预测模型,构建了“震源-传播路径-局部场地”物理传播机制的随机函数模型。算例分析结果表明,该研究提出的谱参数预测方程模型与实际功率谱拟合较好,模拟得到的地震动记录与原始地震记录的时频特性十分接近,可以较好实现地震动记录的模拟和预测,对地震危险性、易损性和风险分析及抗震设计与评定具有重要的指导意义。

海底长周期地震动预测模型:以日本相模湾海域为例

地震动反应谱预测模型是地震危险性分析的基础,基于日本K-NET台网相模湾地区的892组海域地震动数据和4 033组陆域地震动数据,考虑震级、震源距、震源深度以及震源类型和场地,建立了PGA和0.05~15.0 s的海域地震动加速度反应谱预测模型。通过残差分析以及相关性分析检验了模型的合理性,并分析了震源类型以及震源深度对反应谱的影响,对比了海陆地震动预测模型的差异。结果表明:震源类型以及震源深度对模型预测结果影响显著,水平向海域模型以及长周期(T≥1.0 s)竖向海域模型所预测反应谱大于陆域模型所预测的反应谱值,且水平向和长周期竖向模型的场地放大系数均大于1。该模型可为长周期海域地震动模型的建立和概率地震危险性分析提供参考,为长周期海域工程的抗震设防提供依据。

日本海沟S-net台网水平向海域板缘地震动模型研究

地震动反应谱预测模型是概率地震危险性分析的基础,该文基于日本海沟大型海底台网S-net的海域俯冲带板缘地震动数据库,建立了俯冲带地区的水平向海域板缘地震动预测模型,分析了板缘地震的海陆地震动模型差异。在地震动模型中考虑了与场地信息有关的台站水深和沉积层厚度。由于海底台站的埋设方式不同,在模型中将台站按埋设和未埋设进行区分,通过回归分析和参数平滑建立了考虑震源类型、矩震级、震源深度、断层距、水深、沉积层厚度和埋设方式的水平向海域板缘地震动预测模型。通过对事件内残差进行分离,给出了研究区域的海底板缘模型单台标准差,可用于特定场点的概率地震危险性分析。该文的水平向海域板缘地震动模型可为考虑震源类型的海域区划和海域概率地震危险性分析提供参考。

川滇地区地震动预测模型研究

近年来随着强震台站的兴建,获得大量的真实地震动记录。为运用地震动记录开展更多研究,探讨建立川滇地区地震动预测模型。本文基于真实地震动记录和随机效应回归算法提出地震动预测模型思路;通过选取特定区域并收集地震动数据,建立地震动预测模型;利用残差分析法,研究地震动预测模型的性能;通过与国内外典型的地震动预测模型进行对比,论证所提方法的有效性。研究结果表明,提出的地震动预测模型能较好地预测地震动强度参数。

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。

工程地震动随机功率谱模型的分析与改进

地震动模型的多样化增加了工程应用中地震动输入的选择机会,同时也增大了选择的难度。首先对常用的地震动功率谱模型进行了系统综述,提出地震动功率谱模型应满足地震动过程能量有限和零频含量为零的基本条件,对比分析了9种常用随机功率谱模型的滤波特性和能量有界性,结合地震动功率谱模型的基本要求,给出了建议的地震动功率谱模型,并对其合理性进行了分析。

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。

与建筑抗震设计规范相对应的地面地震动随机模型参数研究

根据《建筑抗震设计规范(GB50011-2001)》的反应谱曲线,确定了基于Clough-Penzien修正过滤白噪声模型的参数取值。采用时间包络函数考虑地震的非平稳特性,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,然后通过曲线拟合得到与规范各种地震烈度、场地类别和设计地震分组相对应的谱参数。计算结果表明,与规范相对应的加速度功率谱密度曲线呈双峰型,Clough-Penzien谱能较好地拟合其曲线形状。最后给出了规范各种工况下的地面加速度功率谱参数值,为随机抗震计算分析提供了依据。

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。

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。

基岩地震动的随机模型及其参数确定

地震工程界对随机地震动已进行了４０多年的研究，提出了多种较好的随机过程模型，其中最具代表性的是日本学者金井清（Ｋａｎａｉ）（１９６１）提出的过滤白噪声模型．进一步，欧进萍等（１９９１）在评述既往随机模型基础上，提出了地震地面运动的过滤有色噪声模型．然而，这些模型都存在一个最大的问题，就是不能合理确定模型中反映地震强度的参数──＂谱强度因子Ｓ０．＂随机地震动研究的基础是强震记录，基于地面强震记录，人们对地震地面运动随机模型进行了大量的研究，其中对基岩地震动的模拟还有很多需要解决的问题．本文在基岩强震记录统计基础上，研究基岩地震动的随机模型和模型参数，为建立工程抗震的合理地震动模型奠定基础．

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.

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。