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函数的主余震地震动强度参数相关性分析

该文从PEER NGA-West2地震动数据库挑中选出662条主余震地震动,对主震和余震地震动强度参数之间的相关性进行了分析。计算了主震和余震地震动强度参数之间的相关系数,并结合K-S检验以及AIC准则和BIC准则确定了它们的最优概率模型。同时,利用AIC准则和BIC准则确定了主震和余震地震动强度参数之间的最优Copula函数,并基于Copula函数建立了它们之间的联合分布函数。在此基础之上,给出了给定主震地震动参数条件下,余震地震动强度参数的条件分布和条件均值。研究结果表明:在34个所选强度参数中,卓越持时之间的相关性最高;利用Copula函数可以较为精确地建立主震和余震地震动强度参数间的联合分布;给定主震地震动强度参数条件下,Copula条件均值可以用来预测余震地震动强度参数的取值。     

主余震序列作用下边坡位移响应及地震动参数相关性分析

边坡容易在地震作用下丧失稳定性,引发滑坡等次生灾害,造成严重的人员伤亡和经济损失。目前,关于边坡在地震作用下的位移响应研究主要关注主震作用,而没有充分考虑余震作用的影响。针对这一问题,该文挑选210条真实主余震序列作为边坡底部输入地震动,基于有限差分软件FLAC对边坡在主余震序列作用下的滑动永久位移进行了分析,采用增量位移比来量化余震对边坡位移响应的影响。进一步挑选15个地震动强度参数,分别研究了主震强度、余震强度、主余震强度与边坡主震位移、余震增量位移、主余震位移的相关性。研究结果表明：余震作用会对主震损伤边坡产生显著的竖向永久位移增量,该位移增量甚至可以大于主震位移。与边坡主余震位移的相关性最强的是主震强度;在所考虑的地震动强度参数中,主震反应谱加速度与加速度谱强度与主余震位移的相关性最强。最后,分别基于这两个最优地震动强度参数建立了主余震位移预测模型,模型精度较好。     

考虑随机效应的Clough-Penzien功率谱参数预测模型及地震动合成EI北大核心CSCD

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。     

考虑场地土参数随机性和相关性的地震动降维模拟

为了考虑场地条件对地震动特性的影响,在非平稳地震动过程的演变功率谱模型中,选择场地土参数作为随机变量,并构造了相应的随机函数形式.建议的随机函数表达不仅能够反映场地土参数的随机性及参数之间的相关性,而且能够直接利用场地土参数的均值、变异系数和相关系数等数字特征来获得其概率分布.同时,利用随机函数的降维思想,建议了基于非...     

主余震序列作用下结构增量损伤比研究

该文以非线性单自由度体系为研究对象,挑选了662条真实主余震序列作为地震动输入,采用Park和Ang提出的损伤指数作为结构损伤指标,对主余震序列作用下的结构主震损伤、余震增量损伤和主余震累积损伤在结构全周期范围内进行了分析。提出了增量损伤比参数(余震增量损伤/主震损伤),开展了增量损伤比与主余震强度比(余震强度/主震强度)的相关性分析,建立了以结构周期与主余震强度比为参数的增量损伤比预测模型,并对模型的预测精度及其受滞回模型的影响进行了讨论。结果表明:增量损伤比与主余震强度比之间存在较高的对数线性相关性,该文提出的增量损伤比预测模型精度较高,滞回模型对增量损伤比预测模型的精度影响较大。     

基于Copula函数的水平和竖向地震动强度参数相关性分析

水平和竖向地震动强度参数的相关性是水平和竖向地震动选取等研究的重要基础。该文从PEER NGA-West2数据库中选取了975组地震动记录，基于水平向地震动四种合成方法，计算合成后的水平向地震动强度参数和竖向地震动强度参数。利用K-S检验、AIC和BIC准则，确定了水平和竖向地震动强度参数的最优边缘分布。采用Pearson线性相关系数、Kendall秩相关系数和Spearman秩相关系数，分别计算了水平和竖向地震动强度参数相关性度量指标。利用AIC和BIC准则，确定了水平和竖向地震动强度参数最优Copula函数。综合最优边缘分布和最优Copula函数，建立了水平和竖向地震动强度参数联合分布模型，给出了以水平向地震动强度参数为条件的竖向地震动强度参数预测均值，并且研究了不同场地类别对其相关性结果的影响。研究表明：水平和竖向地震动强度参数的边缘分布以广义极值分布为主；在四类地震动强度参数中，与时程相关的地震动强度参数相关性最高；Copula函数是一个建立水平和竖向地震动强度参数的联合分布模型的有效工具；基于四种方法合成的水平地震动强度参数与竖向地震动强度参数间的相关性基本相同；不同场地类别...     

主余震序列型地震动的增量损伤谱研究

为定量评估余震对主震损伤结构所造成的二次损伤,该文对主余震序列型地震动的增量损伤谱进行了研究。挑选533条真实主余震序列作为输入,采用Park-Ang（1985）损伤指数定义地震损伤,通过计算结构在主震和主余震序列作用下的损伤差值,定量评价余震对结构所造成的增量损伤。研究结果表明:余震对主震损伤结构所造成的增量损伤的变异性较强。某些主余震序列会对结构造成非常显著的增量损伤,而某些主余震序列却不会对结构造成明显的增量损伤。相比于短周期结构,中长周期结构在主余震序列作用下的增量损伤更大。若主震卓越周期高于余震卓越周期,则该主余震序列可视为不利主余震序列,对结构可能造成较大增量损伤。     

地震动的空间变化特性分析与修正相干模型

利用空间地震动相关性描述度量如相关、相干函数分析地震动在局部尺度内的相关性随空间距离、频率的变化规律。在此基础上,基于随机场基本理论对Harichandran-Vanmarcke模型进行了修正,在原一维模型基础上考虑了空间的二维因素,并通过Smart-1台阵event-40记录给出了模型参数的具体取值。     

随机有限断层法合成地震动及其相干性研究

从地震动合成出发,在考虑场地条件、震源参数等影响的情况下,采用随机有限断层法合成了基岩场地相隔一定距离处空间各点的加速度时程,进而研究这些点之间的相干性.研究结果验证了基岩场地相干函数计算模型的合理性;同时说明,随机有限断层法得到的地震动加速度时程能够体现地震动的内在特点,可以将其作为高耸结构、大垮桥梁等重要工程结构抗震分析时的多点地震动输入.     

Stochastic simulation of velocity pulses of near-fault ground motions based on multivariate copula modeling

Due to the featured high-amplitude, long-period pulses in velocity or displacement time–history, the near-fault ground motion may have a stronger destructive effect on engineering structures. Therefore, studying velocity pulses modeling of near-fault ground motions has been an important topic in the earthquake engineering community. However, the variability and probabilistic correlation of pulse model parameters have not received enough attention. To this end, an elegant method for stochastic simulation of velocity pulses of near-fault ground motions is proposed based on the classical Gabor wavelet modeling and probabilistic correlation analysis of associated model parameters by multivariate copula modeling. Especially, an efficient scheme of iteratively determining the optimal copulas pertinent to edges of a complex vine structure is developed, and two parameters relevant to the near-fault ground motion records, i.e., the rupture distance and the strongest pulse orientation, are introduced which provides a physical basis for addressing the dependence structure among variables. For illustrative purposes, the ground accelerograms recorded by near-fault instruments in the 1999 Chi-Chi earthquake are used. It is shown that the multivariate copula modeling enables the efficient representation of probabilistic correlation between model parameters which is consistent with their physical mechanism. The time histories and spectral characteristics of velocity pulses of near-fault ground motions and their stochastic fluctuations with respect to the rupture distance are well simulated. While the empirical linear regression model does not meet the requirements of random vibration analysis and thus cannot guide the safety design of seismic structures.     

Dynamic response of adjacent structures under spatially variable seismic waves

In this paper the dynamic response of a system of two structures placed adjacent to each other is studied. The force on the system consists of earthquake loading applying for its spatial variability over short distances. The spatially variable ground motion is defined and explored by two different approaches. First, the deterministic approach accounting only for effects of wave passage of surface waves and inclined body waves, and second, the stochastic (random) approach considering also degree of coherency between motions at every two points of the ground surface as a factor. Effects of the ground motions identified as above on the response of the system are examined assuming a harmonic excitation and considering type of the wave and angle of incidence of the body waves. It is shown that resonance frequency increases with closeness of structures. Moreover, for some cases depending on the distance between the adjacent structures, the structural response increases. The random approach gives more satisfactory results in this comparison study.     

面向地震动记录和模拟地震动的工程随机地震动数据库研究

收集了来自156次地震的共计7778条水平加速度记录。分别采用基于能量分布和震级-距离的地震动记录聚类分析方法,将7778条水平加速度记录划分为12组,作为地震动记录数据库的基础数据。基于工程随机地震动的物理模型,采用窄带波群叠加方法合成了不同场地类别、震级和传播距离下的24组模拟地震动,包括100条每组的12个小样本组和300条每组的12个大样本组,共计4800条模拟地震动时程,作为模拟地震动数据库的基础数据。利用聚类分组后的地震动记录和各分组模拟地震动,开发了基于Windows系统的工程随机地震动数据库系统,实现了地震动的检索以及时程、反应谱和相关地震信息的可视化及数据下载。     

基于设计地震动的覆盖层场地空间自由场构建

地震波在覆盖层场地的传播、透射及反射特性异常复杂,合理构建及表达覆盖层场地空间自由场是非一致地震动输入的关键。建立了覆盖层场地空间任一点地震动关于入射SV波、P波时程和入射角的表达式,基于地表水平和竖直两向设计地震动获得入射SV波和P波时间历程及入射角,考虑界面多次反射和土层阻尼引起的幅值衰减,构建了基岩-覆盖层场地空间自由场。与La Cienega场地实测台阵记录对比结果表明:不同深度的特征点两向地震动模拟值与实测记录符合良好,场地任意点水平和竖直地震动时程具有空间非一致性。该文提出的空间自由场构建方法为覆盖层-坝体系统非一致地震动输入提供基础。     

自贡西山公园山脊地形的场地效应分析

利用自贡地形影响台阵在2008年汶川地震中获得的主震强震记录,采用水平 /垂直谱比法（HVSR）对该山脊地形场地对地震动的放大效应进行了分析,并探讨了所获记录结果的可靠性;采用显式有限元－有限差分法结合局部透射人工边界的二维场地影响分析模型与方法,模拟了该场地的地震动响应。对模拟结果与HVSR法分析结果进行对比分析,表明数值模拟结果与观测记录分析结果具有较好的一致性,利用数值计算方法建立的简单二维分析模型基本上可以反映山脊地形对地震动的影响。     

空间变化地震作用下钢管混凝土拱桥的抗震分析

为了研究空间变化地震作用下钢管混凝土拱桥的抗震性能,以一座钢管混凝土拱桥的实际工程为例,采用虚拟激励法对此拱桥在空间变化地震作用下的抗震性能进行了系统的理论分析。提出了考虑非一致土层分布条件下的空间三维地震动的合成方法,在综合考虑地震动的多维性、不相干效应、行波效应,特别是一致和非一致土层分布条件下局部场地效应的基础上,对钢管混凝土拱桥进行了多维多点随机振动分析。研究结果表明:场地效应会对结构产生显著的影响,软土场地会导致结构产生较大的响应,同时非一致的土层分布也会对结构响应产生不可忽略的影响;地震动的多维性,特别是竖向地震激励会对拱桥结构响应产生较大影响;在抗震分析中应考虑这些因素的影响,以免错误的估计结构的响应。     

基于概率密度演化理论的结构抗震可靠性分析

运用随机过程的正交展开方法,将地震动加速度过程表示为由10个左右的独立随机变量所调制的确定性函数的线性组合形式。结合概率密度演化方法和等价极值事件的基本思想,研究了非线性结构的抗震可靠度分析问题。以具有滞回特性的非线性结构为例,对某一多自由度的剪切型框架结构进行了抗震可靠性分析。结果表明：按照复杂失效准则计算的结构抗震可靠度较之结构各层抗震可靠度均低。这一研究为基于概率密度函数的、精细化的抗震可靠度计算提供了新的途径。     

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。