地震动强度指标与结构地震响应的相关性研究

目前结构抗震分析时使用的地震动强度指标较多,各种地震动强度指标的适用性尚未有统一的定论,缺乏系统的分析。采用考察结构最大地震响应与地震动强度指标之间的线性相关性的方法,选取具有代表性的100条原始地震动记录作为输入,基于不同周期的SDOF系统和实际减隔震桥梁,研究各地震动强度指标与结构地震响应的相关性。根据研究结果,将地震动强度指标划分为4类,其中以Sa(T1)为代表的第Ⅰ类强度指标与不同周期结构的相关程度都较高,而以PGA为代表的第Ⅱ类和以PGD为代表的第Ⅲ类强度指标分别对短周期和长周期结构的相关程度较高,以PGV为代表的第Ⅳ类强度指标相对较稳定,建议采用第Ⅰ类强度指标作为衡量地震动强度的指标参数。并通过工程实例进一步论证了对于自振周期已知的结构,地震动的不同强度指标与结构地震响应的相关性不同。     

考虑谱形影响的地震动强度指标研究进展

合理地选择与调整地震动记录是影响结构弹塑性时程分析结果可靠性的重要因素之一。该文首先选择15条地震动记录作为输入,以基本周期T₁对应的谱加速度S_a(T₁)作为地震动强度指标来调整原始地震动记录,对一榀六层三跨钢筋混凝土平面框架结构进行了增量动力分析,分析了结构线性和非线性地震响应指标如最大层间位移角与不同周期处谱加速度值的相关性。分析结果表明,不同周期处谱加速度值与结构地震响应的相关性不同,且相关程度与结构是否进入非线性和进入非线性的程度有关。这一结果表明,由于高阶振型的影响或进入非线性阶段的周期延长效应,仅按单一强度指标如S_a(T₁)调整地震动记录对结构进行动力分析,所得结果的离散性必然较大。因此发展考虑地震动谱形特征的强度指标是进一步完善结构地震反应分析和抗震性能评估的基础。基于此,该文较为系统地对目前已提出的能够考虑谱形的地震动强度指标及其应用现状进行了综述总结,以期为我国开展合理的地震动记录选择与调整等研究提供一定的参考。     

基于不同场地动力数值模型的核电站泵房结构地震作用对比分析

CPR1000核电机组的联合泵房作为抗震I类物项,其在极限安全地震动(SL-2)作用下厂房结构的地震作用分析是结构设计和基础稳定性计算的重要环节。本文结合土-结构相互作用(SSI)数值分析的最新发展,以某联合泵房的集中质量简化模型作为研究对象,基于ASCE4-98规范推荐的集总参数地基模型、粘弹性人工边界场地模型以及无质量地基模型,开展了泵房结构的地震作用对比分析,并总结了均质场地和分层场地下的地震作用规律,对于泵房的结构设计以及稳定性验算具有一定的指导和参考意义。     

基于广义条件强度参数的水平和竖向地震动联合选取研究

为了合理地考虑竖向地震作用和实现水平和竖向地震动的联合选取,提出了基于广义条件强度参数的水平和竖向地震动联合选取方法：扩展广义条件强度参数的基本理论,提出水平和竖向地震动广义条件强度参数分布的构建方法,并与“无条件分布”对比,提出基于广义条件强度参数的水平和竖向地震动联合选取方法的基本理论,给出以水平强度参数作为条件的实际算例,利用现有水平-水平、水平-竖向强度参数相关系数模型构建水平和竖向地震动广义条件强度参数目标分布,对目标地震动数据库进行联合选取,将选取结果与传统选取方法进行对比,说明该方法的合理性。结果表明：构建出的水平和竖向广义条件强度参数分布与“无条件”分布之间存在一定差异;水平和竖向地震动联合选取结果与目标理论分布匹配良好;与仅考虑水平向广义条件强度参数地震动选取方法相比,联合选取方法能够考虑竖向地震动特性,并且不会对水平向造成影响,提出的水平和竖向地震动联合选取方法能够更加合理地、全面地考虑水平和竖向地震动特性,为工程结构在水平和竖向地震动作用下的抗震性能研究提供地震动输入基础。     

近断层地震动斜输入下水电站厂房非线性地震响应研究

与远场地震动相比,近断层地震动往往有较大的速度和位移脉冲效应,且由于其发震断层埋深较浅,地震波垂直地表向上入射假定一般不再适用。目前关于水电站厂房抗震研究均未考虑近断层脉冲型地震动斜输入的影响。选取符合某水电站场地条件的近断层脉冲型和非脉冲地震动记录各5条,依据波动理论,采用黏弹性动力人工边界法,推导了SV波三维斜入射下的人工边界等效结点力计算公式,并进行了算例验证。建立了水电站厂房三维塑性损伤有限元分析模型,分析了水电站厂房在脉冲型和非脉冲地震动垂直和斜输入条件下的非线性地震响应。结果表明,近断层脉冲型地震动斜输入可以激起厂房结构的高阶振型,引起水电站厂房下部结构较大的损伤、位移、及应力响应,对厂房的破坏作用最强。     

基于多元增量动力分析（MIDA）方法的RC核心筒结构地震易损性分析

RC核心筒结构在水平双向地震荷载作用下,结构地震响应的耦合作用会严重削弱筒体的变形能力和延性性能,加剧筒体结构破坏程度。本文引入地震动入射角来模拟结构可能遭遇到的更为客观、实际的水平双向地震激励,基于传统IDA方法,采用拉丁超立方体网络抽样法考虑地震动强度及地震动入射角对结构的共同影响,提出了多元增量动力时程分析(MIDA)方法。基于MIDA方法,利用有限元分析软件Perform-3D对20层RC核心筒结构进行多元增量动力时程分析,获取了能反映结构抗震性能的MIDA曲线,并基于性能定义出结构的四个极限性态点,进而获得结构的地震易损性曲线,对结构的易损性能进行了分析和评估。     

基于不同场地动力数值模型的核电站泵房基础抗滑稳定性对比分析

CPR1000核电机组的联合泵房作为抗震I类物项,在极限安全地震动(SL-2)作用下厂房结构地震作用及基础抗滑稳定性分析是结构设计的重要环节。本文以某联合泵房的集中质量简化模型作为研究对象,基于ASCE4-98规范推荐的集总参数地基模型、无质量地基模型以及粘弹性人工边界场地模型,开展了泵房结构的地震作用以及基础的抗滑稳定性对比分析,并总结了其随不同类型的均质和分层场地以及不同的场地动力数值模型的变化规律。     

基于性能的钢筋混凝土框架结构地震易损性分析

钢筋混凝土结构易损性的研究大多数集中于地震烈度或地震动峰值加速度上(PGA),地震动的选取亦没有考虑近远场地震的不同,且对于房屋建筑的研究较少.因此综合考虑地震动峰值加速度及阻尼比为 5%的谱加速度,考虑近场及远场地震的不同性质,对一钢筋混凝土框架房屋进行地震易损性分析.定义了结构整体的4 个极限破坏状态,提出了基于结构极限破坏状态确定结构抗震性能水平的方法.最后基于增量动力分析(IDA)的结果,采用该方法对结构进行基于性能的地震易损性分析,得到结构的易损性曲线,对结构在不同IM 参数及不同地震动下的易损性能进行评估和对比分析.从而可以根据结构的实际地震需求从概率意义上判断结构所处的地震破坏状态,为今后震害预测提供了参考.     

适用于圆形隧道损伤评价的地震动强度指标研究

地震动强度指标是影响结构地震风险评估准确性的重要参数,在基于性能的地震工程研究框架中发挥着重要作用。合理的地震动强度指标可以使结构地震反应预测结果更加准确。为研究适用于圆形隧道损伤评价的地震动强度指标,该文基于整体式非线性动力时程分析方法,建立圆形隧道-围岩相互作用二维有限元分析模型,采用FEMA-P695推荐的近场无脉冲及远场地震动作为输入,并以衬砌横断面整体压缩损伤指数和拉伸损伤指数作为结构损伤指标评估衬砌损伤状态,对比分析了工程中常用的20种地震动强度指标在圆形隧道损伤评价中的适用性。研究结果表明:基于有效性、实用性、有益性和充分性判别准则,适用于圆形隧道损伤评价的最优地震动强度指标为持续最大加速度SMA,其次为加速度谱强度ASI。     

关于概率地震需求模型的讨论

概率地震需求分析作为地震易损性分析和地震风险分析的重要一环,已经成为新一代基于性能地震工程(PBEE)的主要研究内容。概率地震需求分析的核心内容是建立概率地震需求模型,它表征了地震动强度与地震需求之间的概率关系。在某一强度地震动作用下,通常假设地震需求服从对数正态分布,其中,地震需求的中位值和地震动强度之间假设服从对数线性关系,而地震需求的对数标准差则假设保持不变。该文以4个不同高度、不同设防水准的钢筋混凝土框架结构为例,挑选100条实际地震动为输入,针对上述概率地震需求模型基本假设的合理性进行了讨论。研究结果表明:综合考虑计算精度和效率,关于地震需求中位值和对数标准差的假设可以满足概率地震需求模型的要求,而传统的对数正态概率地震需求模型无法考虑倒塌的影响,应予以修正。     

第二代基于性能地震工程中的地震易损性模型及正逆概率风险分析

第二代基于性能地震工程理论中的地震易损性主要是指结构构件以及非结构构件的抗震能力,与传统地震风险理论中的地震易损性定义和内涵并不相同。为了澄清二者的不一致性,首先介绍传统地震风险理论中地震易损性的定义和概率模型,然后指出第二代基于性能地震工程理论存在五个层次的地震易损性模型:地震需求易损性模型、抗震能力易损性模型、地震损伤易损性模型、地震损失易损性模型和抗震决策易损性模型,指出了这五种模型的区别及其相互关系,推导得到了地震需求易损性模型和地震损伤易损性模型分布参数的解析表达式。在此基础上,根据不同的不确定性传递路径,提出了正向PBEE和逆向PBEE的概念,以通过不同方式求解第二代基于性能地震工程理论的风险积分公式。基于地震危险性函数的近似表达式以及地震易损性模型及其分布参数的解析表达式,通过正向PBEE和逆向PBEE方法,分别得到了具有相同表达形式的工程需求参数EDP、地震损伤DM和决策变量DV三个层次的概率地震风险表达式。通过该文的研究,将传统地震风险分析理论与第二代基于性能地震工程理论统一在一致的理论框架之中。     

高延性混凝土面层加固受弯无筋砌体墙抗震性能试验研究

为研究高延性混凝土（HDC）加固无筋受弯砌体墙的抗震性能,设计了1片未加固砖墙、1片钢筋网水泥砂浆面层加固砖墙和3片HDC面层加固砖墙进行拟静力试验,研究其破坏机理、滞回特性和耗能能力。结果表明:1）HDC面层和砖墙具有良好的粘结性能,可有效抑制墙体的开裂和破坏,能改善墙体的脆性破坏特征;2）HDC面层对砖墙形成良好的约束作用,提高了墙体的抗震承载力;3）HDC面层可显著提高砖墙的变形和耐损伤能力,减小或免去震后修复费用,其加固效果优于传统的钢筋网水泥砂浆面层。根据统计分析,该文给出了HDC面层加固墙体基于位移角的易损性曲线。     

预应力箍板RC柱抗震性能数值模拟及试验验证

为全面了解设置预应力箍板(PSJ)RC柱抗震性能,进一步研究施加横向预应力构件受力机理,建立PSJ-RC柱有限元模型,以剪跨比、轴压比、预应力度以及箍板用量为主要参数,开展弹塑性数值模拟。分析其破坏形态、承载力和变形能力,并进行不同轴压比、预应力度试件的试验验证。设置PSJ能够有效提高试件抗剪承载力,明显改善试件变形能力,尤其对高轴压比柱抗震性能的提高。增加预应力度能提高试件位移延性,预应力度宜控制在0.3―0.5,低于0.15可能导致箍板参与抗剪和横向约束作用降低,箍板配置参数在0.75―1.0能够最大发挥材料效能。设置PSJ能有效提高RC柱抗震性能,施工工艺简单、可行,可供工程实践参考。     

Proper generalized decomposition solution of the parameterized Helmholtz problem: application to inverse geophysical problems

The identification of the geological structure from seismic data is formulated as an inverse problem. The properties and the shape of the rock formations in the subsoil are described by material and geometric parameters, which are taken as input data for a predictive model. Here, the model is based on the Helmholtz equation, describing the acoustic response of the system for a given wave length. Thus, the inverse problem consists in identifying the values of these parameters such that the output of the model agrees the best with observations. This optimization algorithm requires multiple queries to the model with different values of the parameters. Reduced order models are especially well suited to significantly reduce the computational overhead of the multiple evaluations of the model. In particular, the proper generalized decomposition produces a solution explicitly stating the parametric dependence, where the parameters play the same role as the physical coordinates. A proper generalized decomposition solver is devised to inexpensively explore the parametric space along the iterative process. This exploration of the parametric space is in fact seen as a post‐process of the generalized solution. The approach adopted demonstrates its viability when tested in two illustrative examples. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于BOX-COX变换的桥梁结构地震易损性分析

云图法作为理论易损性曲线计算的主要方法之一,其为简化计算所作的线性、正态性和同方差性假设很多时候与实际存在偏差。为此,引入BOX-COX变换,并结合蒙特卡洛抽样,提出了一种既不需增加非线性时程分析次数,又不受云图法三个基本假设限制的易损性分析方法。并以一座预应力混凝土三跨连续梁桥为例,分别以决定系数、核密度估计曲线以及等级相关系数的显著性水平为评价指标,对基于BOX-COX变换的地震易损性分析方法的计算结果与云图法进行了分析比较,验证了该方法的有效性。研究结果表明:引入BOX-COX变换可使概率地震需求模型的线性程度提高,正态性改善,异方差性消除,保证了易损性计算结果的准确性;当概率地震需求模型存在异方差性时,使用云图法将导致结构易损性曲线计算结果的失真,且极限状态对应的损伤程度越高,该极限状态下的易损性曲线偏离实际越明显。     

SMV model-based safety analysis of software requirements

Fault tree analysis (FTA) is one of the most frequently applied safety analysis techniques when developing safety-critical industrial systems such as software-based emergency shutdown systems of nuclear power plants and has been used for safety analysis of software requirements in the nuclear industry. However, the conventional method for safety analysis of software requirements has several problems in terms of correctness and efficiency; the fault tree generated from natural language specifications may contain flaws or errors while the manual work of safety verification is very labor-intensive and time-consuming. In this paper, we propose a new approach to resolve problems of the conventional method; we generate a fault tree from a symbolic model verifier (SMV) model, not from natural language specifications, and verify safety properties automatically, not manually, by a model checker SMV. To demonstrate the feasibility of this approach, we applied it to shutdown system 2 (SDS2) of Wolsong nuclear power plant (NPP). In spite of subtle ambiguities present in the approach, the results of this case study demonstrate its overall feasibility and effectiveness.     

远场地震作用下钢管混凝土组合框架的地震反应分析

为研究在远场地震动作用下钢管混凝土组合框架的反应,设计了某10层钢管混凝土组合框架,从PEER强震记录数据库中选取了28条远场(距离大于10km)强震地震动记录作为输入地震波,按美国地质勘探局(USGS)对场地类别分类方法将其分为A、B、C、D四类,基于OpenSees建立了非线性纤维梁柱单元的理论模型,对其进行了设防烈度为8度时多遇和罕遇地震作用下弹塑性时程分析,计算结果同时与Pushover分析结果进行了对比。结果表明:虽然不同地震动作用下钢管混凝土组合框架结构反应的离散性较大,但该类结构在不同场地类别下的反应仍具有一定规律性。与Pushover分析结果对比表明,对于该文中规则框架倒三角侧力分布模式比均布侧力更接近于钢管混凝土组合框架在地震作用下的地震力分布,可用在钢管混凝土框架结构的抗震分析中。     

二维土-结构地震动力相互作用时域有限元分析

土与结构动力相互作用是地震工程研究中的一个十分重要的课题。给出了分析地震作用下二维土-结构动力相互作用的时域有限元方法。重点放在如何模拟瞬态波在无穷介质中的传播以及如何实现地震动的输入方面。在给出的有限元过程中,地震动的输入方法以及用于截断无穷介质以获得有限计算域的局部透射人工边界都是基于柱面波动方程推导建立的,这种方法非常简单有效,结合Newmark时间积分法是无条件稳定的,使得时域计算有效而可靠。数值算例验证了这种方法的精度和有效性。     

高层建筑结构扭转耦合地震反应阻尼器控制试验研究

运用最近提出的阻尼筒控制系统对高层建筑结构扭转耦合地震反应阻尼器控制进行振动台模型试验研究。首先简要介绍了阻尼筒控制系统的构造和控制原理及其阻尼特性的测试试验,继而在振动台上对一三层钢框架模型进行了模型试验研究。试验结果表明,通过对该三层框架模型施加阻尼筒控制,其顶层扭转角位移反应得到了显著的降低,从而验证了阻尼筒控制系统不仅能有效地控制高层建筑结构的水平地震反应,而且能有效地控制高层建筑结构的扭转耦合地震反应,因而在工程中具有广阔的应用前景。     

Accidental release of hydrogen from a cryogenic tank

Liquid hydrogen at 20 K was harmlessly released at Turin’s Porta Susa station over a period of seven hours on 9 July 1991 through the safety valve of a dewar-type tank on a railway wagon following the loss of the vacuum between its two walls. Commercially available programs were unable to model this type of release in the unusual conditions in which this hydrogen had been stored. A model illustrating the course of the accident was therefore worked out. A start was made by examining the changes in the physical and thermodynamic properties of the hydrogen progress in the dewar to find out how long it had taken to build up the pressure needed to open the safety valve.Owing to the complex geometry of the insulating layer in the interspace of the dewar on which the liquefaction of the air took place, the heat exchange coefficient could not be determined a priori. It was therefore assumed and subsequently quantified by means of an iterative process. The thermodynamic data were then used to examine the outflow of the hydrogen from the venting line. Flow dynamic calculations showed that the hydrogen was entirely lost through the safety valve and that pressure losses along the approx. 3-m line were negligible. The model also showed that the speed of the outflow was subsonic. The speed evaluated will enable the dispersion of the hydrogen and hence the areas at risk to be evaluated in the subsequent stages of the study.