地震动空间变化对高压输电塔线体系地震反应的影响

通过数值模拟研究了地震动空间变化对高压输电塔线体系地震反应的影响。建立了输电塔线耦联体系三维有限元模型,考虑了输电线的几何非线性特征;在考虑地震动的行波效应、部分相干效应和局部场地效应以及多维性基础上,依据功率谱密度函数、相干函数和《电力设施抗震设计规范》模拟了空间变化地震动时程;分别研究了地震动空间变化的行波效应、部分相干效应和局部场地效应对输电塔线体系地震反应的影响。研究结果表明,地震动空间变化对输电塔线体系地震反应影响显著,忽略这些因素将会低估结构的反应。因此对于输电线路实际工程的抗震设计,需要考虑地震动空间变化效应的影响。     

大跨越输电塔-线体系的近场脉冲型地震反应分析

分析了大跨越输电塔-线体系的动力特性,对比了大跨越输电塔-线体系的近-远场地震反应,研究了大跨越塔-线体系的近场脉冲地震反应规律。结果表明在同幅值的近场脉冲型地震动作用下,大跨越输电塔-线体系的动力反应远大于其在一般地震动下的反应,大跨越输电塔-线体系的近场脉冲型地震反应幅值随地震动脉冲周期增大而增大。将等效脉冲模型引入大跨越输电塔-线体系近场响应分析,结果表明:塔-线体系在等效脉冲作用下的响应与实际地震动相近,将等效脉冲用于分析大跨越输电塔-线体系的地震响应能够弥补实际近场脉冲型地震动数目过少的不足。     

水平与摇摆地震动作用下大跨越输电塔体系的反应分析

本文首先根据弹性波动理论给出了推算地震动转动分量的方法。然后对沈阳地区跨越浑河的60kv线路的输电塔进行了研究,建立了在水平与摇摆地震动联合作用下输电塔—电缆体系的振动方程;采用作者编制的TCCV90数值积分计算机程序对塔—缆体系进行了地震反应分析,得到了一些有意义的结果。     

地震动过程的时域降维建模

地震动建模是工程结构随机地震反应和动力可靠度分析的基础。为此,提出了一类新的地震动过程的时域降维模型,并建议了模型中确定性参数的取值及随机参数的概率分布。首先,从平稳过程时域表达的基本理论出发,导出了平稳和非平稳地震动过程的时域表达形式,通过引入随机函数的降维思想,实现了地震动过程的时域降维表达。同时,基于实测强震记录,给出了地震动时域降维模型的参数识别方法,进而获得模型中基本参数的确定性取值或概率分布。最后,通过地震动过程的降维模拟分析,并与实测强震记录的反应谱和傅里叶幅值谱对比分析。结果表明,地震动过程的时域降维模型具有良好的精度、收敛性和工程适用性,生成的代表性地震动时程能够反映地震动的自然变异性。     

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。     

序列型地震动物理随机模型研究

通过引入主震与余震间的震级、震源参数以及峰值速度的物理关系,将已有的单震物理随机模型推广到序列型地震动,并利用实测主余震记录拟合获得了模型中各参数的概率分布,进一步结合窄带谐波叠加法实现了序列型地震动的工程模拟。从典型样本时程和反应谱两个层面上与实测地震动记录进行了对比,结果表明模拟地震动具有与实测记录相同的频谱特性,能够反映实际地震动的时域、频域非平稳性,建议模型所给出的反应谱均值和标准差与实测记录的统计结果基本一致,可用于序列型地震作用下工程结构的抗震性能分析。     

基于Copula理论的序列型地震动随机模型

通过考虑序列型地震动中主震和余震间的空间相关性,将已有地震动物理随机模型推广至序列型地震动随机模型。依据序列型地震动的产生与传播机制,将其表示为包含16个随机变量的Fourier模型。考虑主震与余震的空间相关性,基于Copula理论,将模型更准确地表示为6个二维随机变量和2个一维随机变量;为描述地震动在局部场地上传播的过程,建立了序列型地震动的随机场模型;根据1038组实测序列型地震动及5组地震动台阵数据,对模型中的物理随机变量进行参数识别和统计分析,结合Copula函数,给出了各参数的概率分布。与实测地震动对比表明:该文提出的序列型地震动随机模型,能够较为真实地再现序列型地震动的空间相关性以及地震动在局部场地的行波效应。     

多点激励下输电塔-导线体系纵向地震反应分析

基于所建立的输电塔-导线体系空间有限元模型,利用非线性时程分析法研究了体系在多点地震输入下的反应特性.首先依据<电力设施抗震设计规范>,在传统的谐波叠加合成算法的基础上,给出了拟合规范反应谱的输电塔-导线体系多点地震动模拟算法.利用生成的人造地震动研究了行波效应、部分相干效应以及局部场地土效应对体系的影响规律,研究结果表明,在所考虑的行波波速下,行波效应对塔的受力有利,但放大了导线的轴力和位移响应;部分相干效应对于塔的受力、导线的轴力和位移响应均不利;局部场地土条件的差异同样会放大塔和导线的响应,随着各塔场地土条件差异变大,响应被强烈的放大了;在实际分析中,应该综合考虑三个因素对结构地震响应的影响,以保证结构体系的安全.     

基于规范反应谱的全非平稳地震动过程模拟

在经典的两类演变功率谱模型基础上,建议了另两类全非平稳地震动过程的演变功率谱模型。为生成与规范反应谱一致的全非平稳地震动时程,将地震动加速度过程分解为两个独立的随机过程,其一为已知演变功率谱的全非平稳地震动过程,其二为修正的非平稳地震动过程。对于第一个随机过程,应用非平稳过程模拟的谱表示-随机函数方法,即可生成代表性时程集合及其平均反应谱。对于第二个随机过程,其演变功率谱是由调制函数和功率谱密度函数组成,而功率谱密度函数则由第一个随机过程的平均反应谱与规范反应谱的拟合误差计算得到。通过对第二个随机过程演变功率谱的修正,可使合成后的全非平稳地震动过程的平均反应谱与规范反应谱拟合一致。最后,算例验证了此方法的有效性和实用性。     

基于有限断层随机地震动合成的高速路网地震危险性分析

针对传统概率地震危险性分析和点源模型的不足,利用表达震源-传播途径-场地条件一体化的有限断层随机地震动合成方法,对覆盖多个不同烈度区的西南地区某高速路网进行了地震动合成,利用统计方法拟合了峰值加速度和反应谱值的预测公式,进而得到路网桥梁节点的地震风险曲线,并在不同设防水准下与传统地震风险曲线进行了对比。结果表明:多遇地震水准下,基于本文方法的地震风险曲线可以提供更为保守的地震动设计参数;偶遇、罕遇和极罕遇三种水准下,基于传统方法的地震风险曲线给出的地震动设计参数则更为保守;两种方法给出的地震动参数值差异存在显著方向性,说明基于有限断层震源模型是对传统地震风险分析方法的重要补充,从发震物理机制上对路网风险分析提供了更多的科学性依据。     

地震作用下大型升船机结构的响应特征分析

从振动力学的角度,以某大型升船机建筑结构为背景,对升船机结构的动力特性及在地震作用下升船机结构的确定性和随机反应特征进行了较系统的分析。首先建立了升船机建筑结构的三维分析模型,对升船机结构进行了动力特性及时程响应特征分析。然后,在总结与分析有关地震动随机模型研究成果的基础上,通过比较,选择了具有较全面描述输入地震动随机特性的数学模型,并对升船机结构的功率谱响应特征进行了分析。最后,基于上述结构反应特征分析,给出了升船机建筑结构抗震可靠度计算模型的适用性建议。     

连接方式对非对称双塔连体结构动力可靠度影响

针对非对称双塔连体结构受力特点和地震地面加速度在强震阶段内的大致平稳性,采用串并联质点系层模型建立了5种连接方式下连体结构计算模型,将状态空间分析法、Bouc-Wen模型等效线性化与虚拟激励法相结合,求解不同连接方式下连体结构的平稳随机响应;利用获得的随机响应并结合动力可靠度理论详细讨论了小震、大震下高层连体结构的动力可靠度以及不同连接方式对结构在大、小地震功率谱作用下连体结构动力可靠度的变化规律,采用Monte Carlo方法对所给模型进行了验证计算。研究结果表明：耗能柔性连接方式在小震下对提高连体结构动力可靠度效果较明显;大震下连接方式对塔楼的可靠度影响不明显,但对连体可靠度影响较大;当采用非耗能连接方式连接时,随连体与塔楼连接方式增强对毗邻塔楼可靠度影响显著,分析了结果产生的原因,为实际工程应用和研究提供一些参考。     

多点输入下大跨空间索结构的虚拟激励法

采用虚拟激励法分析大跨空间索结构的随机地震响应，从结构节点位移响应方差和加速度功率谱两个方面考查了一致输入与非一致输入下结构响应的差异，得出了一些重要结论。同时，计算还表明虚拟激励法是一种高效且精确的方法，对于分析振型密集的大跨空间索结构在多点输入下的地震响应是很适合的。     

大跨越钢管混凝土输电塔地震作用弹塑性分析

利用静力和动力两种方法研究了一个大跨越钢管混凝土输电塔在地震作用下的弹塑性力学性能,包括:1) 建立了精细的输电塔和塔线体系两种有限元模型以及输电塔材料的非线性模型;2) 将由振型分解反应谱法得到的结构底部剪力按第一阶振型分配到有限元模型的各个节点上,一步步增加节点力,使材料逐渐进入塑性状态直到计算不能收敛为止。静力分析表明:结构失效是由于薄壁钢管单元失效造成的,而钢管混凝土单元还没有失效,结构的极限荷载由薄壁钢管单元决定;3) 利用时程法进行罕遇地震下的输电塔弹塑性分析。动力分析表明:在地震作用下,塔上许多单元很快就进入了塑性,在最后时刻,有一定数量的薄壁钢管单元已经破坏,但钢管混凝土单元没有出现破坏的情况,该塔能实现“大震不倒”的目标。两种方法都显示塔的中部是结构的薄弱处。     

基于统计线性化的非线性随机振动虚拟激励法研究及应用

传统的虚拟激励法成功地解决了结构线性随机地震响应计算效率低的问题,却无法将非线性因素考虑在内。以统计线性化理论为基础,提出了一种可以考虑结构非线性的改进的绝对位移直接求解的虚拟激励法,采用不同的抗震分析方法,对一座单塔双索面预应力混凝土斜拉桥进行位移、速度、加速度功率谱密度以及位移、轴力响应值的计算,并进行对比分析,结果表明所提出改进的虚拟激励法不仅可以考虑结构的非线性,而且精确、高效,可以广泛地应用于桥梁工程的抗震分析中。     

Nonlinear dynamics of offshore structures under sea wave and earthquake forces

A study of dynamic response of offshore structures in random seas to inputs of earthquake ground motions is presented. Emphasis is placed on the evaluation of nonlinear hydrodynamic damping effects due to sea waves for the earthquake response. The structure is discretized using the finite element method. Sea waves are represented by Bretschneider’s power spectrum and the Morison equation defines the wave forcing function. Tajimi-Kanai’s power spectrum is used for the horizontal ground acceleration due to earthquakes. The governing equations of motion are obtained by the substructure method. Response analysis is carried out using the frequency-domain random-vibration approach. It is found that the hydrodynamic damping forces are higher in random seas than in still water and sea waves generally reduce the seismic response of offshore structures. Studies on the first passage probabilities of response indicate that small sea waves enhance the reliability of offshore structures against earthquakes forces.     

Some Statistical Properties of Random Speckle Patterns in Coherent and Partially Coherent Illumination

The power spectrum of the intensity fluctuations in a random speckle pattern is derived in a simplified manner for coherent illumination. The effect of the power spectrum on the measured signal-to-noise ratio is discussed, and some preliminary measurements of the power spectrum are presented. The power spectrum of the intensity fluctuations for partially coherent illumination is derived for the special case of an aberration-free system, using quadratic filter theory.     

70m高冷却塔爆破拆除震动测试及分析

在太原第二热电厂冷却塔爆破拆除中,对地震波强度进行了监测,其中的3号冷却塔为目前国内最高的采用爆破方式拆除的双曲线型冷却塔。文中用量纲分析的相关理论,对建筑物倒塌触地的振动效应进行理论推导,得出了质点振动速度的计算公式;通过对实测数据分析,与以往非同类爆破工程的爆破震动进行对比,得出了该类构筑物爆破拆除时地震波的一些不同特征和规律,并提出相关建议,为其它同类爆破拆除工程提供参考。     

随机地震作用下TMD等效附加阻尼比研究

针对随机地震作用下TMD给结构提供的附加阻尼比展开研究。随机地震动采用过滤白噪声Kanai-Tajimi功率谱模型,并将Kanai-Tajimi功率谱模型描述的场地过滤效应表示成传递函数形式,进而推导出结构相对于基岩的位移动力放大系数。然后,结合SRSS方法,以结构位移响应均方值作为评价准则,提出了随机地震作用下TMD提供给结构任意阶模态的等效附加阻尼比理论公式。最后,以某景观塔作为工程算例展示了TMD等效附加阻尼比的求解流程,并验证了该等效附加阻尼比公式的有效性。算例分析结果表明,使用等效附加阻尼比指标来评估TMD减震性能是合理有效的,且使用推导的TMD等效附加阻尼比理论公式能更准确地评估TMD对结构位移响应的控制效果。     

Effects of chromatic dispersion on microwave and millimetre wave carrier transmission in optical fibres

Abstract

A new formalism for the analysis of optical (phase) noise in fibre-optic communication links is presented. The formalism is applied to an amplitude modulated millimetre-wave (or microwave) link with chromatic dispersion. A realistic link model is described and rigorously solved. In general, the power spectrum of the output signal consists of a ‘comb’ of spectral components with centre separation equal to the modulation frequency. Each spectral component contains a smooth ‘noise’ curve and a narrow spike which represents a modulated field component (carrier). With the new method it is possible to compute each spectral component and, consequently, the full power spectrum. From the power spectrum one can compute quantities relevant to the link design, in particular the carrier-to-noise ratio. Several graphs are presented, showing the power spectrum and the carrier-to-noise ratio for different values of the modulation frequency, link dispersion and modulation index. Several conclusions regarding the millimetre-wave fibre-optic link are dis-cussed.