时程分析考虑高阶振型影响的多频段地震波选择方法研究

针对结构抗震时程分析输入地震波选择问题,以加速度反应谱（或设计谱）为目标谱,在反应谱平台段和结构基本周期附近误差双控指标中,引入了由归一化振型参与系数确定的前几阶振型的权重系数,提出了考虑多频段加权匹配的时程分析输入地震波选择方法,以充分考虑高阶振型的影响。以美国SAC Steel Project提出的9层和20层抗弯钢框架Benchmark结构为实例,为方便将建议选波方法与较多地震波输入时程分析结果进行比较,以简单地震信息初选的小型地震波数据库中的20条地震波的均值（放大系数）谱作为目标谱,以这20条地震波时程分析得到的结构最大基底剪力和层间位移角均值为目标反应,前者考虑弹性状态,后者对应弹塑性情况。将按该文方法选出的3条波输入下结构反应均值与目标反应进行了比较分析,初步证实了建议选波方法的可行性。将该文方法与ASCE 7-05地震波输入要求方法对比,在弹塑性反应状态下,两者对结构最大层间位移角沿楼层分布规律的估计以及薄弱层位置的判断均与目标反应较为一致。ASCE 7-05方法输入下结构反应均大于目标反应,偏于安全。而按该文方法输入存在高估和低估结构反应的情况,建议附加"在0.2T₁~1.5T₁（T₁为结构基本周期）区间内,3条地震波的平均谱应在目标谱上方"这一限制条件,以防止低估结构反应的情况发生。     

结构时程分析中强震记录选取研究综述

该文论述了近年来国内外在结构抗震时程分析中输入强震记录选取的各种方法,对评判指标的选取及样本容量的确定进行了分类梳理和评述。震级、震中距、场地等地震信息常作为选波的第一评判指标,而目标谱及其他地震动强度指标则作为第二评判指标。地震动强度指标已总结出数十种,它们与结构反应的相关性及其在选波研究中的优越性认识不一。以反应谱为目标进行匹配、缩放及选择的方法（目标谱选波法）,成为目前最主流的方法。目标谱的种类较多,最广泛采用的是规范设计谱,工程应用比较方便;条件均值谱方法精度较高,但如何将条件均值谱与我国规范接轨,仍需深入研究。结构反应均值估计中,反映强震记录反应谱与目标谱匹配程度的误差指标及缩放方法的取用,应力求能够选出谱形匹配较优的强震记录。随着基于性能抗震理念的深入及地震危险性概率分析方法的逐渐完善,结构反应的估计也从均值发展到概率分布,其所需的样本容量及所采用的评判指标研究仍需进一步深入。     

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。     

隔震结构设计加速度反应谱的取值研究

本文分别采用中国、日本和美国三国规范中定义的等效线形化法和时程分析方法,基于单质点模型计算了不同周期隔震结构的地震反应。通过加速度反应和位移反应发现中国现行抗震设计规范中设计反应谱的长周期段反应谱偏大。文中根据加速度反应谱的时程分析结果,在现有设计反应谱的基础上提出了新的长周期段反应谱修正公式提案。文末采用新提案的设计反应谱,利用等效线形化法对隔震结构进行了地震反应分析,结果与时程分析法的分析结果一致,研究表明新提案的反应谱取值在进行隔震结构的地震反应分析时具有良好的计算精度。     

地震作用下某大型隔震博物馆楼层波及楼层反应谱研究

为了得到隔震博物馆类框架结构准确的楼层响应及楼层反应谱,以国内某实际隔震博物馆为基础,建立结构有限元模型并利用环境振动测试进行模态验证。选择7条地震波调幅进行时程分析,通过时程曲线频谱、加速度峰值两参数分析楼层波与地震波的差异。在此基础上,通过MATLAB程序计算楼层加速度反应谱,拟合用于展陈设计的标准化设计反应谱。研究结果表明:有限元模型动力特性与实测结果吻合较好;在地震作用下,1～3层展厅处的加速度峰值较其它层低,楼层波频谱的频率范围主要为低频段,楼层波卓越频率为结构自振频率。楼层波与地震波差异较大;楼层加速度反应谱是地震波与结构共同作用的结果;得到了展厅处加速度标准化设计谱曲线及数学表达,提出展陈及文物的防震设计方法。     

基于子带锐化互相关处理的目标方位估计方法

将双接收器信号分频段处理的思想引入被动测向估计中,提出了一种子带锐化互相关算法。该算法利用高斯函数替代各频段信号互相关函数来实现尖锐化,再进行加权处理,以解决互谱相关算法在多目标或存在干扰情况下的目标方位估计效果不理想问题。仿真和海试数据处理表明,对具有频谱分布差异性的带限信号来说,算法在多目标、强干扰情况下仍可很好地估计目标方位,并且可以同时得到目标的频率信息,根据信号频带的不同还可以分辨相同方位角入射的不同目标。     

基于小样本记录的柱面网壳结构地震响应评估

结构的地震反应可以采用时程分析法或反应谱法来估计,在用时程分析法计算结构抗震设计需求时,中国抗震设计规范规定了选择3条或至少7条地震动记录的准则。可以用峰值加速度（PGA）或加速度反应谱（SA）来对地震动记录进行调幅,但用哪一个地震动强度参数来调幅为最佳还是未知的。该文针对柱面网壳的分析结果表明:合适的地震动强度参数取决于所需的结构反应,为降低由地震动记录间差异引起的结构最大杆件内力、支座反力或基底剪力的变异性,采用PGA调幅地震动记录要优于SA,而对于结构的最大位移反应则恰好相反。由于结构频谱十分密集以及受高阶振动模态的影响,采用反应谱法计算结构最大杆件内力或基底剪力是不合适的。同时,该文计算了采用3条和7条地震动记录准则获得的结构最大杆件内力和基底剪力的统计值,以期能为选择合适的地震动强度参数和地震动记录数量提供依据。     

子带锐化互相关算法

本文分析了互谱相关算法在多目标或存在干扰情况下,估计效果不理想的原因,将分频段处理的思想引入到互谱相关算法中,并将各频段的处理结果进行尖锐化和加权处理,提出子带锐化互相关算法,解决了互谱相关算法在多目标或存在干扰的情况下估计效果不理想的问题。通过理论分析,仿真和海试数据的处理证明,算法在多目标,强干扰的情况下仍可很好的估计目标的方位,并且可以同时得到目标的频率信息,根据目标频带的不同还可以分辨相同方位角入射的不同声源。     

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...     

双层网壳结构动力响应分析的修正反应谱法

为了使反应谱法分析大跨度空间双层网壳结构具有较高的精度,通过对该结构用反应谱法和时程分析法进行全面分析,找出反应谱法和时程分析法结果之间的差异,将回归理论引入其结果分析中,对如何得出修正系数以修正反应谱法得出的结果进行研究,从而提出一种修正反应谱的方法.通过实例分析可以看出,用这种方法得出的抗震分析结果具有较高的精度,说明此修正反应谱法适合于该结构形式的抗震分析,为该形式结构的工程抗震设计提供理论依据和指导.     

脉冲地震动缩放水平对结构非线性位移反应影响的分析

研究缩放速度脉冲型地震动强度水平引起的单自由度(SDOF)体系非线性位移反应的偏差。采用30条速度脉冲地震记录,通过SDOF的体系动力时程分析,分析了速度脉冲型地震动分别缩放到不同目标谱加速度(Sa)、峰值加速度(PGA)、峰值速度(PGV)、峰值位移(PGD)水平时,SDOF体系非线性位移反应偏差随系统自振周期和强度折减系数变化的规律;通过对散点数据的对数线性回归确定了位移反应偏差的变化趋势,并比较了不同地面运动强度表征参数下位移偏差的稳定性。分析结果表明：位移偏差对地震动缩放系数、系统的基阶自振周期和系统的强度有一定的依赖性,合理选用缩放系数和地面运动强度表征参数能有效减小估算结构地震位移响应的偏差。     

Critical excitation for elastic–plastic structures via statistical equivalent linearization

Since earthquake ground motions and their effects on structural responses are very uncertain even with the present knowledge, it is desirable to develop a robust structural design method taking into account these uncertainties. Critical excitation approaches are promising and a new random critical excitation method for single-degree-of-freedom (SDOF) elastic–plastic structures is proposed. The power (area of power spectral density (PSD) function) and the intensity (magnitude of PSD function) are fixed and the critical excitation is found under these restrictions. In contrast to linear elastic structures, transfer functions and related simple expressions for response evaluation cannot be defined in elastic–plastic structures and difficulties arise in describing the peak responses except elastic–plastic time-history response analysis. Statistical equivalent linearization is utilized to estimate the elastic–plastic stochastic peak responses approximately. The critical excitations are obtained for two examples and compared with the corresponding recorded earthquake ground motions.     

近断层速度脉冲对钢筋混凝土框架结构地震反应的影响

在加速度反应谱一致的前提下,研究了近断层速度脉冲的工程特性。首先,构造两组加速度反应谱一致的地震动时程:第一组时程为实际强震观测记录且含有明显的速度脉冲;第二组时程为以第一组时程的反应谱为目标谱合成的模拟地震动时程,在合成过程中,利用窄带时程叠加法,通过控制峰值速度可以使得这些时程不再含有速度脉冲。其次,通过分析钢筋混凝土框架结构在这两组输入地震动作用下动力响应的差异,研究了在加速度反应谱一致的前提下,速度脉冲对结构地震反应、尤其是弹塑性地震反应的影响。分析结果表明:对于层剪力、层间位移、各层最大位移等结构动力响应参数,当结构地震反应进入弹塑性阶段后,与不含速度脉冲地震动作用下的反应相比,在含有速度脉冲的地震动作用下,结构的反应有较大幅度的增大,尽管这两组输入地震动的加速度反应谱相同;在这种情况下,加速度反应谱将不能充分地体现出速度脉冲对结构地震反应的影响。     

基于特征提取和谱匹配优化的区域地震动时程构建方法EI北大核心CSCD

地震的区域构造背景和传播路径有较大差异特征,因而实际观测的地震动具有显著的区域性差异。在结构动力时程分析时,虽然人工合成方法能够提供匹配设计谱的输入地震动,但是其并不能体现出地震动的区域特征。为了模拟考虑目标区域特征且完美匹配目标谱的地震动,该文提出了一种基于智能算法的地震动合成新方法。该方法应用主成分分析算法获取目标区域地震动的区域特征,由最大方差理论提取目标区域的种子地震动,再用基于粒子群算法优化的时域反应谱匹配方法调整种子地震动的反应谱,最终构造出包含区域特征和谱匹配的地震动时程。以四川地区为例验证了该方法的合理性和有效性,合成的地震动在时域和频域上均与该区域实际地震动特征一致。该文提出的方法的优点在于合成的地震动具有显著的区域特征,且与目标谱有更好的匹配效果和更高的匹配效率,可为结构动力反应分析提供考虑区域性差异、具有低不确定性的地震动输入。     

多阻尼比设计反应谱的非平稳地震动场拟合

采用频域调整方法生成与设计反应谱相吻合的地震动,并利用解析迭代方法计算地震动的反应谱,提出了迭代计算的收敛准则。在相关地震动场模拟方法中,将相位差谱的统计模型引入空间相关非平稳地震动场的模拟方法之中,利用快速傅里叶变换技术生成地震动场。将设计反应谱的地震动拟合与非平稳地震动场的合成结合在一起,解决了多阻尼比设计反应谱的非平稳地震动场拟合问题。     

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.     

基于云图-条带法的概率地震需求分析与地震易损性分析

提出一种概率地震需求分析的云图-条带法。该方法通过引入经验地震易损性分析中的数据处理方法,解决传统云图法无法处理海量非线性时程分析结果的局限。为说明该文提出方法,选取100条地震动作为输入,针对23个钢筋混凝土框架结构进行了云图法分析。基于所有结构的云图结果,采用云图-条带法建立了群体结构的概率地震需求模型,并计算得到了群体结构的地震易损性。研究表明:云图-条带法可以有效地处理海量非线性时程分析结果,建立较为合理的概率地震需求模型。在输入地震动的强度范围内,群体结构整体发生严重破坏和完全破坏的概率很低,而主要以发生轻微破坏和中等破坏为主。