考虑场址危险一致性的中国完备条件目标谱与记录选取

即使所处地区的宏观抗震设防烈度相同,不同城市的地震地质构造与活动性背景仍然存在差异。为使地震动输入与所在场址的地震危险性水平保持一致,该研究衔接我国第五代地震区划图的概率地震危险性分析结果,给出了完备条件目标谱的构建方法。采用与第五代地震区划图相同的三级潜源分布和地震动预测方程,进行目标场址的危险性分析与设定地震解耦,衔接三维(震级-经纬度)设定地震解耦结果,给出了考虑所有潜源走向与位置相对贡献的“完备”条件谱。以北京近郊某城市作为算例,结果表明,完备条件谱的均值介于使用长轴和短轴衰减关系的粗略条件谱之间,条件标准差高于粗略条件谱。研究给出的完备条件谱适用于我国区划图的长短轴类型衰减关系,可以很好体现潜源的空间分布特征与背景地震危险性差异。基于我国强震动记录数据库拟合的加速度反应谱相关系数得到的条件谱要略高于基于国外数据库的计算结果。为了实现加速度反应谱均值和标准差的高效匹配,该研究采取多元高斯分布的协方差矩阵近似替换完备条件谱高斯混合分布的协方差矩阵,结合贪心优化算法,选取得到满足目标完备条件谱分布的强震动记录数据集。研究结果系统给出了我国条件目标谱进行记录选取的构建思路与选波方案,可为后续全概率结构性态分析提供依据。

匹配不同目标谱对RC框架结构易损性和抗倒塌能力的影响

选取合适的目标谱进行地震动记录的选择与调整是结构易损性分析的基础。首先,基于条件均值谱不同的参数设定,选取3组地震动记录;其次,运用谱匹配方法分别对设计谱和条件均值谱进行匹配。输入匹配前后共9组地震动记录对5层钢筋混凝土框架结构进行多重地震动强度水平的增量动力分析,提取工程需求参数如最大层间位移角和最大残余层间位移角,进而分析谱匹配效果的偏差指标以及不同损伤状态下的易损性分析和结构抗倒塌安全储备系数(CMR)。分析结果表明:谱匹配方法可以有效减小结构易损性的离散性;地震动记录的选择与谱匹配的目标谱相同时,各损伤状态下50%超越概率对应的S_(a)(T_(1),5%)值和CMR都未发生明显偏差;而当地震动记录的选择与谱匹配的目标谱不同时,各损伤状态下50%超越概率对应的S_(a)(T 1,5%)值和CMR作为两个指标可能会得到不同的偏差结果。

基于CMS的核电厂安全壳设计地震动确定方法

选取符合核电厂设计要求的输入地震动进行结构动力时程反应分析是保障核电厂抗震能力的重要环节。基于条件均值谱(CMS)的输入地震动选取方法具有既考虑结构自身动力特性又考虑场地地震危险性特征的优点,已经在地震工程相关领域得到应用。以核电厂安全壳结构为研究对象,从概率地震危险性分析出发,以条件均值谱为输入地震动目标谱,给出了核电厂安全壳输入地震动目标谱的计算流程;在国内外选取的18次典型地震的2 480条地震动数据库中,选取了与目标谱匹配良好的40条地震动;再利用epsilon方法在上述地震动数据库中各选取40条地震动,将这两组地震动分别输入安全壳有限元模型中进行动力时程分析,通过对比两种方法顶点的最大位移平均值与标准差,发现CMS方法选取的地震动记录无偏性最好,是一种高效合理的输入地震动选取方法。

基于条件均值反应谱的特大地震强震记录的选取及调整方法

在PEER地震动数据库(PGMD)的基础上,结合近几年国内外特大地震的地面运动记录,建立了地面运动数据库,同时根据日本MW9.0特大地震获得的141组记录进行统计回归建立加速度反应谱衰减关系,并采用条件均值反应谱法,即设定地震与结构概率需求结合的方法选择地面运动.选波实例表明,当设定地震为特大地震时,基于条件均值反应谱法选取地面运动记录时,扩展数据库中大震记录并建立符合大震记录加速度反应谱的衰减关系是十分必要与迫切的.该思路为进一步研究结构动态时程分析中地面运动记录选取问题及所选记录提供了依据.

结构时程分析中多层次强震动记录输入选取研究综述

随着国内外天然强震动记录的积累和结构弹塑性时程分析的广泛应用,地震动记录输入选取作为结构抗震分析中的重要基础性工作受到日益关注。本文从结构时程分析的三个不同应用层次出发,针对面向抗震规范,面向场址设定地震,以及面向新一代性态地震工程的国内外记录选取工作做了系统梳理。首先对国内外代表性建筑抗震设计规范中的选波流程进行对比,对其中地震信息初选,调幅,选取数量,强度指标选择和匹配等多个方面的最新理论实践成果做了系统总结,评述了我国现行抗震规范在记录选取方面存在的不足之处。然后系统介绍了考虑场址危险性和地震参数完备性的(广义)条件均值目标谱/分布选波理论最新进展,总结了我国在该方向取得的研究成果,并对该方法与我国重大工程场址地震安全性评价产出的衔接以及推广应用提出了建议。最后以最新一代性态地震工程的全概率理论框架为基础,探讨了更好衔接场址概率地震危险性分析与建筑物易损性分析的地震动选取思路。未来我国强震动记录选取工作应当充分结合国情和实际工程需求,同时重视国内强震动记录的开发利用,推进理论成果的规范标准化与工程实践。

中国地震安全性评价中天然强震记录选取

为解决目前中国地震安全性评价中天然强震记录选取的问题,基于条件均值目标谱的概念,从中国地震安全性评价的已有结果出发,同时考虑震级、距离和地震动离散性,对危险性分析结果进行设定地震解耦,构建了反映结构特征和地震动特征的条件均值目标谱,为天然强震记录的选取提供匹配依据.安全性评价实例的强震记录结果表明,本文建议方法在保证选取物理意义与设定地震相符的前提下较好兼顾了全周期段的谱形匹配,均值偏差和离散性水平均较低.最后给出适用于中国地震安全性评价工作的天然强震记录选取建议流程,所得结果可为结构时程分析与抗震验算提供参考.

结构需求概率危险性分析中强震记录选取研究

目前结构性态地震工程中易损性曲线传统计算流程对强震记录选取不够重视,鲜有对目标场址地震概率危险性的考虑,因而以同时考虑地震概率危险性和结构自振周期特性的条件均值谱作为记录选取依据,将结果应用到IDA方法和条带法中,并与地震事件随机散布的传统云图法进行对比。以某八层平面框架作为算例,将云图法与IDA方法以及条带法在四种极限状态下的结构需求易损性曲线以及结构需求概率危险性曲线进行对比分析。其中,随机选取两组地震事件(M,R)分布范围相仿的强震记录进行云图法计算,二者结果由于不可控的地震动不确定性而存在显著差异,但IDA方法与条带法由于采用条件均值谱对地震动进行了控制,彼此结果基本一致,更符合实际工程场址的危险性需求,同时为后期不同区域的结构性态分析损失评估提供了依据。

轴压荷载下钢管钢筋混凝土损伤状态超声检测研究

在轴压荷载下分别对素混凝土、钢筋混凝土、钢管混凝土和钢管钢筋混凝土的损伤状态进行超声检测,得到不同荷载下超声通过柱的中截面的波形图,定义波形图均方根振幅和均方根振幅比,并分析混凝土裂隙的变化过程。通过对波形图进行快速傅里叶变换得到频谱图,基于固体介质裂化吸收高频声波能量,使超声主频向低频移动的原理,应用频谱图的第一主频及其幅值变化分析钢管内混凝土和钢筋混凝土的损伤演变过程。结果表明:声波波形均方根振幅、均方根振幅比和第一主频及其幅值可以有效反映钢管内混凝土和钢筋混凝土的裂隙变化情况。轴压荷载作用下钢管内钢筋混凝土的损伤呈五段式变化,分别为核心混凝土裂缝产生并发展、混凝土在钢管约束作用下逐步密实、混凝土裂缝迅速扩展、钢管套箍作用加强段和钢管屈曲后构件丧失承载力。通过钢管外壁的应变分析,表明钢管对核心混凝土的约束作用阶段与超声检测判定的混凝土损伤演化过程一致。超声波技术可以准确检测轴压荷载作用下钢管内钢筋混凝土的损伤状态并确定钢管对混凝土套箍作用的发挥阶段。

GNSS接收机中一种新的射频干扰抑制级联方法

为了减少系统复杂度和提高系统实时性,提出了一种新的级联算法。首先,通过三系数滤波器模型对连续波干扰进行建模,从而形成一种非线性卡尔曼自适应滤波器,并利用该滤波器作为预处理器对每路中的窄带干扰进行抑制。随后,将各路滤波器的输出送入空时自适应处理器中进行宽带干扰的抑制。仿真结果表明,在匹配谱干扰环境下,特别是在窄带干扰从卫星信号方向入射时,新算法相对于普通的空时和空频自适应处理表现出了更加优越的性能。

自适应非线性滤波技术在导航接收机的应用

针对典型海域干扰噪声表现为大气噪声和随机窄带干扰叠加的特点,提出了直接序列扩频体制的无线电导航接收机中窄带干扰抑制的方法,即在解扩前通过自适应非线性滤波技术来预测干扰信号的频率,从而衰减窄带干扰.将近似条件均值滤波函数应用于自适应非线性滤波的干扰预测中,描述了该系统的状态空间模型并对导航接收机输出信噪比进行计算.计算机仿真对比表明,该方法比传统的扩频接收机更优,不仅提高了导航接收机的输出信噪比,而且提高了系统的稳定性.

一种考虑高阶振型影响的模态条件均值目标谱方法研究

采用传统条件均值谱作为目标谱匹配选波未能有效考虑结构的高阶振型影响,针对这一缺陷,在条件均值谱方法的理论基础上,提出了一种考虑高阶振型影响的模态条件均值谱方法。该方法以振型参与质量系数作为权重,将各振型下的条件均值谱组合起来,得到一条新的目标谱,称为模态条件均值谱。设计了一座30层的钢框架-中心支撑结构,分别生成其主周期的条件均值谱、模态条件均值谱以及一致危险谱作为目标谱,各选取11条地震动进行结构动力时程分析。结果表明,考虑了结构高阶振型影响的模态条件均值谱方法得出的结构响应,明显大于不考虑高阶振型影响的传统条件均值谱的结果。建议此方法推广用于高层工程结构作为目标谱。

软土地基超高层结构条件均值谱应用研究

准确可靠的预测地震作用下的结构响应要求选择合适的输入地震动,地震动的选择最主要的步骤在于确定目标谱以及根据目标谱进行匹配、调幅的方法。常用的一致危险谱存在过于保守的问题,根据地震危险性的合成和分解而提出的条件均值谱克服了这一弊端,因而受到国内外广泛的关注。但是就目前而言,对于条件均值谱的研究在软土地基以及超高层结构方面的研究并不完善。该文以上海地区超高层建筑上海中心为主要研究对象,通过概率地震危险性分析确定了其第一自振周期点处50年超越概率10%的谱加速度值;以此为目标值进行地震危险性分解,结合上海地区衰减关系确定了上海场地平均贡献地震以及第一自振周期点对应的谱形参数,从而创建了条件均值谱。与上海规范反应谱进行对比,并运用同时匹配目标谱均值和标准差的方法进行选波。结果表明:以条件均值谱为目标谱选择的地震动离散性更大,对于长周期结构,以上海规范反应谱为目标谱偏于保守。

阻尼修正条件均值谱及其在时程分析地震波选择中的应用

目前时程分析选波常采用目标谱法,即选择反应谱与目标谱有较好匹配的地震波,条件均值谱(CMS)已成为目前国内外广受关注及认可的目标谱。通常的CMS是基于5%阻尼比建立的,当结构阻尼比并非5%时,则需要对CMS进行阻尼修正。本文旨在建立1种CMS阻尼修正方法和计算公式,以便于不同阻尼比结构抗震时程分析的选波工作。以美国SAC Steel Project计划提出的针对洛杉矶地区设计的9层抗弯钢框架为场地和结构实例,建立了3种地震危险性水平(50年超越概率50%、10%和2%)下2%阻尼比的CMS目标谱,并进行了时程分析地震波选择及结构反应的计算。研究表明:提出的CMS的阻尼修正方法可不受衰减关系影响,适用的阻尼比范围(0.5%~30%)及周期范围(0.01s^10s)均较广泛,可用于各种类型的结构的抗震分析。

基于条件Newmark-Hall三联谱的时程分析选波方法

条件均值谱(CMS)已成为目前国内外广受关注及认可的结构抗震时程分析选波的目标谱,但其无法同时兼顾多个周期点谱加速度具有相同的地震危险水平,对于须考虑多阶振型影响的长周期结构尚存局限。Newmark-Hall三联谱是基于加速度峰值(PGA)、速度峰值(PGV)和位移峰值(PGD)并联合短、中、长周期相关放大系数建立的反应谱,与短、中、长周期结构均具有天然良好的相关性,其与概率地震危险性分析(PSHA)结合较弱及具有经验化特征。将两种反应谱的优势相结合,即将CMS的“条件分布”理念引入Newmark-Hall三联谱,建立了条件Newmark-Hall三联谱(即CN-H),并提出了以CN-H为目标谱的选波方法(即CN-H方法)。以美国SAC计划设计的3层和9层抗弯钢框架结构为例,将CN-H方法与以CMS为目标谱的选波方法所得结果进行了对比。CN-H方法对于结构反应均值的估计与CMS方法具有一致的准确性,且所得结构反应的离散性也较低,可见CN-H方法对于结构弹塑性时程分析选波具有良好的适用性。

不同谱匹配地震动对RC框架结构地震易损性的影响分析

地震动谱形特征对结构地震响应分析至关重要,因此应考虑地震动谱形、选取合适的地震动记录以分析结构易损性。选取条件参数不同,但加速度反应谱值与设计谱相同的4条条件均值谱,分别基于条件均值谱和设计谱进行地震动记录的选取与谱匹配,并通过输入得到的12组地震动记录对一个5层算例结构模型进行增量动力分析,进而分析谱匹配方法以及条件均值谱对结构响应结果和地震易损性结果的影响。分析结果表明:输入谱匹配后的8组地震动记录,其工程需求参数分析结果的离散性明显降低且响应结果无明显偏差;以设计谱为目标谱时,谱匹配后得到的易损性曲线范围较为集中,而以条件均值谱为目标谱时,由于条件均值谱参数的不同,谱匹配后得到的易损性曲线范围较为分散。

基于地震动模拟的一致危险谱和条件均值谱生成及应用

提出了一种基于地震动模拟的一致危险谱和条件均值谱的生成方法。该方法采用AB95_BC点源模型和基于有限断层的混合震源模型来生成人工模拟地震动,进一步对模拟地震动的反应谱进行统计分析,生成研究地区的一致危险谱及条件均值谱。为说明该文方法,选择缺乏历史地震资料的美国Memphis TN地区作为研究区域,模拟了该地区未来1000年可能发生的地震,并生成该地区50年超越概率为2%一致危险谱及相应的条件均值谱。最后考虑不同调幅方法、匹配均值和标准差等因素的影响,结合贪心优化算法,利用条件均值谱挑选地震动记录。

我国条件均值谱及条件谱选波方法应用实例

以我国重大建设工程弹塑性时程分析中的强震记录选取方法作为研究对象,针对现有安全性评价一致概率谱的各周期点危险性不一致和偏于保守的缺点,从条件均值谱(CMS)概念出发,结合已有的研究工作,给出以我国安全性评价工作为基础的条件均值谱(CMS)与条件谱(CS)分布的完整计算流程与计算实例,以0. 2s和2.0s作为假想目标周期进行设定地震解耦和目标谱构建,采用最小二乘法实现对CMS的均值匹配,采用基于拉丁超立方抽样技术的两步筛选法实现同时匹配均值和方差的条件谱CS匹配,并且从地震危险一致性的角度来对CS选波结果进行了多个周期点的交叉验算。结果表明,基于任意目标周期的CS选波结果均可以计算得到与概率地震危险性分析一致的超越概率危险曲线,较好的危险一致性验证了中国条件均值谱选波的优越性和匹配结果的可靠性。