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

基于多种地震动强度指标,采用因子分析提取地震动强度指标的特征因子,将提取的主因子进行线性组合,构造地震动多元强度主因子。以不同恢复力模型的单自由度以及多自由度体系为研究对象,基于2766条地震动记录,选取9个基本强度指标并采用因子分析提取其特征,同时对构造的地震动多元强度主因子与不同结构损伤指标进行相关性分析。研究结果表明：不同场地类别下各地震动强度指标所属的主因子趋于稳定;通过因子分析提取的两个主因子具备较好的可解释性;场地类别、强度折减系数和恢复力模型对构造的地震动多元强度主因子与结构损伤指标的相关性影响较小;构造的地震动多元强度主因子考虑了更多地震动信息,保持了其与不同结构损伤指标稳定且良好的相关性。     

目标地震动信号的特征提取及识别研究

地面目标的地震动信号是目标识别的关键,本文研究了机动目标地震动特性,总结出目标的地震动信号的特征提取规律,并将神经网络方法用于目标的地震动信号的分类识别中。给出了识别结构及改进的BP算法,并将改进的BP算法用于实际目标的地震动信号的分类识别,得到令人满意的结果。     

地震动多元强度参数主成分与结构损伤的相关性分析

采用主成分分析方法,考虑多个地震动强度参数,综合分析多元地震动强度参数主成分与结构损伤之间的相关性。以单自由度体系为研究对象,使用三种恢复力模型,选择80条真实地震动记录作为输入,分析得到体系在地震作用下的最大位移和滞回能量。采用挑选的10个地震动强度参数,基于主成分分析方法,构造地震动强度的主成分线性组合,并对地震动强度参数主成分与结构损伤之间的相关性进行分析。结果表明：由于考虑了多个地震动强度参数,相比于单个地震动强度参数与结构损伤之间的相关性,地震动多元强度参数主成分与结构损伤之间的相关性更为稳定。     

基于长周期地震动记录的SDOF体系能量谱探讨

为分析长周期地震动作用下结构的能量反应谱及其影响因素,本文从1985年墨西哥8.1级地震、1999年台湾集集7.6级地震和2003年日本十胜冲8.0级地震记录库中,选取了36条具有可靠长周期信息的强震记录,以此作为输入,采用能量谱面积归一的方法,首先对单自由度体系的弹性能量谱进行了分析,建议了适用于长周期地震动的简化三段式输入能量谱。在此基础上,讨论了延性系数、阻尼比对弹塑性能量谱的影响;给出了通过调整长周期地震动弹性能量谱参数来确定长周期地震动弹塑性能量谱的方法,并与长周期地震动弹塑性能量谱的拟合结果进行了比较,验证了上述方法的可行性。最后,通过分析长周期地震动累积滞回耗能与弹塑性输入能量之间的比值关系,给出了长周期地震动累积滞回耗能比值谱的计算公式。     

地震动峰值位移对单自由度体系非线性动力反应的影响

研究了在输入地震动加速度反应谱与峰值速度不变的条件下,地震动峰值位移对单自由度体系(SDOF)动力反应、尤其是非线性动力反应的影响.首先,利用在时域内叠加窄带时程的方法合成出加速度反应谱与峰值速度相同、但峰值位移相差2倍的两组人工地震动时程.其次,利用理想弹塑性SDOF体系的初始自振周期描述其刚度特性、利用屈服强度衰减...     

基于剪切型结构的速度脉冲地震地面运动强度表征参数评估

研究速度脉冲型地震地面运动强度表征参数(IM)与剪切型多自由度(MDOF)体系顶层非线性变形需求的相关性,并分析IM的有效性。采用20条速度大脉冲型地震动记录,基于MDOF体系的非线性动力时程分析,研究恒延性水平(μ)条件下速度脉冲地震动IM与MDOF体系最大非线性顶层位移相关性系数的变化规律;通过线性回归和离差分析,分析速度脉冲地震地面运动强度参数的有效性。分析结果表明:结构基本周期与延性水平对相关性和离散性均有较大影响;峰值地面运动速度(PGV)作为IM,相关性系数较大且离差较小,相关性和离差表现较稳定,是较好的速度脉冲地震动IM。     

两相邻结构地震动响应被动优化控制研究

采用在双体单自由度结构间设立Kelvin型被动控制单元的最优参数表达式,并基于等效双体单自由度体系求得了相邻多层剪切型结构间控制器最优参数。利用列举法并基于二次型性能指标值（LQR）确定了控制器优化布置位置,讨论了布置控制器后对结构地震响应的影响以及对结构动力特性的影响,通过数值分析证实了采用等效双体单自由度体系代替相邻多自由度结构体系的正确性,表明了这种被动控制方法能够非常有效地减小在地震作用下相邻结构的地震响应。     

速度脉冲型地震地面运动强度表征参数评估

研究强速度脉冲型地震地面运动强度表征参数(IM)与单自由度(SDOF)体系非线性变形需求的相关性,并分析IM的有效性。采用72条速度脉冲型地震记录,基于SDOF体系的动力时程分析,研究了恒延性水平(μ)和恒强度折减系数(R)条件下脉冲型地面运动IM与最大非线性变形相关性系数的变化规律;通过线性回归和离差分析,研究了加速度反应谱(Sa(T1))和峰值地面运动速度(PGV)作为脉冲型地面运动IM的有效性。分析结果表明,脉冲型地面运动IM对体系周期有很强的依赖性,μ和R对相关性和离散性均有很大影响,Sa(T1)和PGV是相对较优的脉冲型地面运动IM。     

基于S变换的心音信号特征提取

为了准确获得心音信号生理、病理信息,在对比研究各种时频分析方法的基础上,采用具有良好时频分辨率的S变换提取心音信号特征,实现心脏病辅助诊断。首先对心音信号进行包络提取、第一心音定位及心音分段,然后对一个周期信号进行S变换,最后提取变换后矩阵的统计学特征,并将该特征作为区别不同心音信号的特征向量。通过相关评价可知该方法可以有效识别不同心音信号。     

速度脉冲地震和结构偏心耦合效应对结构影响系数的修正

研究结构偏心和速度脉冲强震双重耦合不利对钢筋混凝土框架体系结构影响系数的修正措施。通过理论推导建立该耦合不利效应对结构影响系数的修正方法,给出修正系数计算流程。以最不利的强度偏心框架为对象,分别选取10条速度脉冲型和非速度脉冲型地震加速度记录,开展非线性动力时程分析,量化速度脉冲地震效应、偏心率、结构延性和楼层数对修正系数的影响规律。基于数值分析结果,建立修正系数的拟合关系式。结果表明,速度脉冲地震工况下的修正系数明显大于非速度脉冲工况。修正系数随偏心率增大,先线性增大后非线性急剧增大。偏心较小时,延性对修正系数的影响较小;偏心较大时,修正系数随延性的增大而减小。楼层数对修正系数无明显影响。拟合的修正系数关系式可为抗震设计中综合考虑速度脉冲地震和结构偏心的不利影响提供参考。     

地震动反演及结构参数识别的EKF算法

讨论了信息不完备的情况下剪切型结构的参数识别问题,利用不完备的测量信息,在系统载荷未知的条件下,采用最小二乘方法反演得到地震动响应时程,用扩展卡尔曼滤波(EKF)算法识别结构的动态物理参数,解决了扩展卡尔曼滤波算法需要输入的问题,取得了满意的参数识别结果。系统仿真算例表明,在引入20%的白噪声条件下,识别结果仍具有较高的计算精度,说明EKF算法用于剪切型结构参数识别时有较强的鲁棒性。     

结构抗倒塌易损性分析中地震动输入不确定性影响研究

在结构抗倒塌易损性分析中地震动输入的选取只是众多环节之一,其不确定性影响往往被忽视。该文基于PEER强震动记录数据库,按震级、距离和场地参数（M、R、V_S30）进行单变量控制将强震动记录分成9组,新定义指数I_Sa用以比较不同分组地震动的相对能量差异;对3层、8层以及15层三种不同自振周期的混凝土框架结构采用IDA方法进行抗倒塌易损性分析,比较不同M、R、V_S30工况地震动输入下的易损性结果,同时与ATC63推荐记录作为地震动输入的易损性结果进行了对比,结果表明：3种结构的倒塌性态点S_a（T₁）均随着M增大、R增大以及V_S30变小而减小;三种结构都体现了在大震、远场及软土场地的地震动作用下更加易损倒塌,与I_Sa指数体现的地震动蕴含能量的分布相一致;通过SI和SI_max两个参数在不同工况下的对比,表明中长周期结构受距离的影响更为显著,以及震级对结构抗倒塌影响更敏感;以ATC63推荐的强震动记录随意用作地震输入被证实可引起结构抗倒塌易损性曲线较大的不确定性。为降低不确定性影响,建议在进行结构抗倒塌易损性分析时采用考虑场址危险一致性与结构自振特性的地震动输入选取方法。     

地震动非平稳特性对结构非线性响应影响的分析

虽然地震动的非平稳特性被越来越多的研究者所认识,但是其对结构非线性响应的影响却一直没有较为深入的研究。传统的反应谱和功率谱缺乏对地震动时间信息的表达,而由小波变换得到的地震动局部谱(时变谱)能更准确地反应地震动的非平稳性。更为重要的是,小波变换可以将地震动能量在时间上的分布进行调整而不改变能量在频率上的分布,对考察地震动非平稳性对结构非线性响应的影响非常有利。利用小波变换的上述优势,对比分析了三条实际地震动记录对一榀钢筋混凝土框架非线性时程响应的影响,通过调整其中一条记录的能量在时间上的分布,清楚地表明地震动能量在时间上的集中对结构响应非常不利,并由此提出了有效峰值的概念来定量反应这种表现为能量集中的地震动非平稳性。     

地震动持时效应对阻尼折减系数的影响

阻尼折减系数是建筑抗震设计中确定设计地震作用的重要参数之一。该文采用简谐正弦波和25条集集地震记录,基于单自由度体系不同阻尼比水平的位移反应谱研究了有效地震动持时对阻尼折减系数影响。分析结果表明:阻尼折减系数随有效地震动持时比和简谐激励循环数的增加而减小。基于分析结果的统计平均值,通过非线性多元回归分析给出了考虑地震动持时影响的阻尼折减系数谱。     

小波变换在结构损伤识别特征提取中的应用

小波变换用来进行特征提取是近年来模式识别领域中较新的一个研究方向。不同于传统的特征提耿方法，它借助信号处理领域常用的小波变换这一数学工具，对特征库进行再次加工，经过去粗取精而得到更利于分类的新的信息。针对结构损伤识别特征提取的特点，发展了小波变换对基本特征库进行分频段处理的双谱相辅分析技术，并开发了相应的软件系统，通过算例表明，该方法可以达到降低噪声，凸显结构损伤信息的目的。     

结构损伤对固有模态的影响及诊断

通过引入损伤诱导矢量,作者构造一种基于模态测试数据诊断结构损伤的新方法。利用损伤诱导矢量能迅速排除无损伤元素,缩小识别范围。通过计算损伤诱导矢量与它的最佳矢量之间的距离识别损伤位置,通过计算结构刚度和质量的损失确定损伤程度。该方法计算量小,能诊断结构的微小损伤。文中以浅拱为例,分析了损伤位置及程度对固有频率的影响,给出各种损伤情况下的诊断结果,以说明其有效性。     

量测模态数量对结构损伤识别影响数值模拟研究

基于不完备信息开展土木工程结构损伤识别研究是一个热点、难点问题。利用结构部分节点振型分量以及低阶固有频率对一两层框架结构进行了损伤识别数值模拟研究,着重考察了量测模态数量对损伤识别精度的影响,为实际结构损伤识别信息的选取提供了一定依据。     

基于伪谱法合成零偏移距记录的结构损伤探测与成像

该文讨论了如何利用伪谱法合成零偏移距记录进行结构损伤探测与偏移成像。从二维标量波动方程出发推导了不同情况下的数值计算公式。采用反周期扩展法对边界吸收问题做了有效处理,消除了边界反射产生的假象和干扰波场。用波场外推法合成得到了能适应复杂损伤形态和横向变速介质的零偏移距记录。根据波动方程分析了伪谱法的数值频散性、奇异性以及波场形态、位移、振幅、能量、动应力集中系数等力学特征,通过波动方程的位移解得到波场快照图和时间剖面图,实现了结构损伤可视化探测与识别。数值算例证明了伪谱法偏移成像的适用性。     

地震动的扭转分量与结构的扭转地震作用

地震时建筑结构会受到扭转地震的影响,但目前结构设计时扭转地震作用尚不明确。为了确定结构的扭转地震作用,提出了一种简化的地震作用下基础扭转的计算方法,探讨了自由场地扭转、基础扭转以及两者的不同。研究表明：基础与视波长的尺寸效应和基础长宽比的尺寸效应造成了上述两者的区别。进而给出了便于建筑抗震设计的扭转地震作用的确定方法。