基于图像动态识别技术的地震动参数快速判别方法EI北大核心CSCD

随着5G时代的到来,地震过程能通过密集分布的摄像头实时记录并快速传输处理,以动态图像的形式更直观地呈现出来。如能从中快速准确的提取地震动参数等数据,将会是地震资料的宝库,弥补地震台站布置密度的不足。通过振动台模拟地震过程,结合图像识别和结构动力学分析方法,提出一种基于图像动态识别技术的地震动参数快速判别方法。通过不同摄像头高度、波形和振动频率下的计算和实测加速度曲线对比分析,多数加速度峰值误差在40%以内,证明该方法具有应用推广价值,能为将来地震动分析工作提供另一层面的解决途径。     

中国核电工程场地设计地震动参数确定相关问题

基于中国核电工程选址和建设的实际工作,探讨了核电工程场地设计地震动参数确定几个环节中的关键问题,包括不同地震危险性分析方法的采用、地震动衰减关系的选取和设计地震动参数的综合取值等。分析了地震动衰减关系不确定性和弥散地震衰减关系等问题处理方式的变迁,比较分析了地震危险性分析确定性方法中构造地震、弥散地震的计算结果和概率方法计算结果的差异及对设计地震动参数确定的控制作用。研究表明:a.综合考虑地震危险性分析的确定性方法和概率方法的计算结果已成为中国核电工程场地地震安全性评价中确定设计地震动参数的基本思路,其中弥散地震是一个需要特殊考虑的问题;b.确定性方法和概率方法计算结果对场地设计地震动参数的控制作用受区域地震活动性强弱的影响;c.在地震活动性较弱的地区,确定性方法特别是弥散地震计算结果基本上控制着场地设计地震动参数的取值,而在地震活动性相对较强的地区,更倾向于由概率方法计算结果控制。     

核电站防波堤地震动力响应及破坏机理分析

结合某核电站防波堤,应用动力弹塑性分析方法,考虑结构间的动态接触作用,分析了防波堤的地震响应特性和破坏机理。通过研究双向地震作用下结构的位移响应、残余变形及塑性剪切应变等,给出了地震过程中防波堤的破坏形式,说明了竖直向地震动输入对防波堤震后沉降影响显著,并重点分析了挡浪墙最大位移响应及震后残余变形。同时分析了地震动卓越频率、地震动峰值及护坡长度参数变化对防波堤地震响应的影响规律,研究结果为防波堤设计、安全评价和抗震措施研究提供了理论基础。     

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。     

基于性能的高层混合结构地震易损性分析

研究地震作用下高层钢框架-混凝土核心筒结构的易损性问题。通过基于性能的静力弹塑性分析,根据结构极限损伤状态定义了混合结构地震需求参数的四个性能水平限值。考虑地震动输入的不确定性,通过弹塑性动力时程分析获得结构地震响应,建立了两个地震需求参数与地震动强度指标之间的关系,结合性能水平限值提出能有效评估结构地震响应的易损性分析方法。最后对两个不同节点连接方式的高层混合结构进行了基于性能水平限值的地震易损性分析,绘制结构的地震易损性曲线,对结构抗震性能进行评估和对比分析。     

一种平稳地震地面运动的改进金井清谱模型

该文提出了一种描述平稳地震地面运动过程随机特性的功率谱密度函数模型。假定基岩地震动为某种过滤白谱过程, 通过两个特定频率参数控制该过滤白谱的低频和高频含量, 从而实现对基岩地震动物理特性的模拟。利用金井清滤波器对基岩过滤白谱进行过滤, 得到地震地面加速度的谱密度模型。通过数学推导解释了该模型的物理机制, 选择汶川地震强震观测数据拟合模型中的相关参数, 给出了汶川地震场地相应的模型参数建议取值。该文模型在物理机制上可以认为是金井清谱模型的改进方案, 但修正了金井清谱模型在零频处奇异的缺陷。     

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.     

基于部分分层抽样的高墩桥梁随机地震响应分析EI北大核心CSCD

为了表征桥梁结构不确定性和随机参数相关性对桥梁结构抗震性能的影响,从概率角度对桥梁进行抗震性能分析,基于部分分层抽样原理建立了时-频非平稳地震作用下桥梁非线性随机地震响应分析方法。基于地震动演化功率谱,采用谱表示方法生成非平稳地震动样本,并采用基于正交函数的思想对谱表示方法中的随机变量进行模拟,通过两个基本随机变量表征地震动的不确定性;采用基于数论的部分分层抽样方法对地震动-结构随机变量抽样,从而对桥梁非线性随机地震响应进行模拟,减小桥梁随机地震响应分析中的抽样方差;以一座实际高墩连续刚构桥为数值算例,对其进行了非线性随机地震响应分析,详细研究了桥梁结构不确定性和随机参数相关性对其地震可靠度的影响。研究结果表明:随机地震作用下,桥梁随机地震响应是典型的零均值非平稳随机过程,从地震动开始到结束,桥梁结构地震响应概率密度曲线存在由窄边宽,再由宽变窄的演化过程;随机地震作用下,桥梁结构关键响应的平均峰值因子存在一定差异,其通常在1.8~2.2变化;桥梁结构不确定性和随机参数相关性对高墩桥梁地震响应极值分布和地震可靠度的影响较为显著,忽略桥梁结构的不确定性和随机参数相关性将高估桥梁结构的地震可靠度。     

典型铁路梁桥抗震设计地震动破坏势排序

输入地震动的选取是桥梁抗震分析中的重要环节,不同的输入地震动引起的桥梁结构反应有显著差异。为了对铁路桥梁抗震设计地震动的选择提供定量依据,将"最不利设计地震动"的概念拓展并应用到桥梁抗震领域,研究典型铁路梁桥在不同地震动作用下的结构响应,得到基于结构相应参数的输入地震动破坏能力排序。首先确定了桥梁地震动输入以及评价指标,使用OpenSees对桥墩模型输入大量地震动记录进行有限元分析,通过调幅手段研究幅值与单一参数的关系,并引入颜色映射理论研究幅值与多参数的关系。研究表明:(1)当较低幅值地震动作用在结构上时,结构的地震响应与第一周期反应谱值相关性最好;(2)随着幅值的增加,结构周期增长,地震响应与更长周期反应谱值以及速度、位移参数、持时参数等的相关性会逐步提高;(3)通过动力时程计算并对墩顶位移进行比较,给出了模型在设定地震作用下的排序,结果可为相关桥梁结构的输入地震动选取提供参考。     

考虑参数不确定性的无筋砌体结构地震易损性分析

鉴于无筋砌体结构参数的高离散性及其地震响应的强非线性,在地震易损性分析中考虑其结构参数的不确定性显得尤为必要。以4幢不同层数的无筋砌体结构为研究对象,在OpenSees中建立等效框架有限元模型,采用增量动力法和一次二阶矩法考察了地震动及结构参数不确定性对其地震易损性的影响。分析结果表明:在无筋砌体结构的地震易损性分析中需考虑地震动和结构参数的不确定性影响,且结构地震破坏程度越高这种影响程度越大;结构参数的不确定性影响程度与地震动的影响程度相当;结构参数不确定性相比于地震动不确定性的影响随着结构层数的降低而变得更为明显;敏感性分析表明,结构阻尼比变化对易损性曲线地震强度中位值的影响可达到其他单个参数的4倍,其敏感性最高。     

基于深度学习算法的地震动重要持时预测模型EI北大核心CSCD

地震动持时对工程结构地震反应有重要影响,发展可靠的地震动持时预测模型是地震工程一个重要课题。基于日本K-NET和KiK-net在1997—2021年间获得的67813条地震动记录,将地震动记录按照震源类型分为浅地壳地震、俯冲带板间地震、俯冲带板内地震和上地幔地震四种类型,采用深度学习算法,建立了四种震源类型地震的地震动重要持时预测模型,并与传统预测方程进行了对比。结果表明,采用深度学习算法建立的地震动重要持时预测模型具有合理性和可靠性,能够取得良好的预测效果。四种类型地震的地震动重要持时的预测结果差异明显,尤其在震级较大的情况下,所以预测不同类型地震的地震动持时不应采用同一种预测模型。研究结果和结论可供地震动参数预测、地震区划、结构抗震设计和地震危险性分析等工作参考。     

地震动参数对土坡地震响应的影响权重研究

影响边坡地震稳定性的地震动参数有多种。研究地震动参数与土坡地震响应的相关性对边坡工程的抗震设计和灾后应急救援有重要的理论和现实意义。基于有限元数值模拟和数学方法,选取了100条具有不同地震动峰值加速度(PGA)、地震动峰值速度(PGV)、阿里亚斯强度(AI)、绝对累积速度(CAV)、持时和特征周期的地震动记录,分析了不同特性地震动作用下土坡的动力响应规律,并探讨了地震动各参数与土坡地震动力响应的相关性。研究结果表明,地震动各参数对坡体变形位移的影响权重从高到低分别为PGV、PGA、AI、CAV、特征周期和持时,对坡体加速度的影响权重从高到低分别为特征周期、持时、PGV、AI、CAV和PGA。     

基于强地震动记录的两次Ms7.0级地震破坏能力对比研究

设定震中距小于55 km,PGA大于等于50 gal为筛选条件,得到芦山地震和九寨沟地震符合条件的16条强地震动记录,提取每条记录的41种地震动强度参数和基于V~2时-频反应谱(TFRS)累计动能曲线。建立111种集中质量简化模型,以筛选得到的地震动记录为输入进行弹塑性时程分析,提取每一种结构集中质量处的最大层间位移角和最大楼层加速度峰值。以层间位移角限值为建筑物不同破坏状态参数,得出每条地震记录对111种建筑物的破坏情况。通过对比研究两次地震记录的41种地震动强度参数、基于V~2TFRS累计动能曲线和111种结构的破坏状态,定量阐述了九寨沟地震较芦山地震破坏能力小的原因,为科学分析九寨沟地震和芦山地震震害差异性提供了依据。     

SMA阻尼器控制单自由度结构在地震激励下的平稳随机振动研究EI北大核心CSCD

对安装有超弹性形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)阻尼器的单自由度结构在地震激励下的平稳随机振动进行了理论研究:假定地震地面运动是具有平稳过滤有色噪声模型的随机过程,确定了与《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)相对应的随机地震动模型参数(平稳持时和谱强度因子);建立了SMA阻尼器控制的单自由度结构在平稳地震动过程下的状态方程,并采用随机等价线性化法推导了其平稳反应公式以及基于首超破坏准则的结构动力可靠性公式;通过算例,证明了随机振动解析式是可行的,并指出SMA阻尼器能消耗地震能量,从而有效抑制结构的振动,增加结构动力可靠性。     

SMA阻尼器控制单自由度结构在地震激励下的平稳随机振动研究

对安装有超弹性形状记忆合金(shapememoryalloy,简称SMA)阻尼器的单自由度结构在地震激励下的平稳随机振动进行了理论研究:假定地震地面运动是具有平稳过滤有色噪声模型的随机过程,确定了与《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)相对应的随机地震动模型参数(平稳持时和谱强度因子);建立了SMA阻尼器控制的单自由度结构在平稳地震动过程下的状态方程,并采用随机等价线性化法推导了其平稳反应公式以及基于首超破坏准则的结构动力可靠性公式;通过算例,证明了随机振动解析式是可行的,并指出SMA阻尼器能消耗地震能量,从而有效抑制结构的振动,增加结构动力可靠性。     

考虑双参数的公路隧道易损性及概率地震损失EI北大核心CSCD

研究高速公路隧道基于双地震动强度参数的易损性及概率地震经济损失,对震前抗震防灾及震后急救修复意义重大。建立高速公路隧道设计基准期内概率地震经济损失评估框架,引入双地震动强度参数,采用增量动力法进行易损性分析,得到的易损性曲面与经验易损性曲线进行对比,验证了所建模型及易损性曲面的合理性;以此为基础,评估隧道设计基准期内的概率地震经济损失。结果表明,建立的基于双地震动强度参数下的易损性曲面能更准确地反映结构损伤,在高速公路隧道设计基准期内,轻微损伤造成的概率地震经济损失占比最大,中等损伤次之。该隧道概率地震经济损失评估框架可对高速公路隧道地震经济损失评估提供参考。     

地震波随机模型对隔震结构地震需求分析的影响

利用谐小波变换对实际强震记录的时变谱进行估计,并统计分析了与抗震规范相容的3类不同场地上地震波的时变谱特征,利用均匀调制非平稳随机模型和时变修正Kanai-Tajimi非平稳随机模型模拟地震波的时变谱,把非线性函数的参数识别问题转化成求解无约束优化问题,利用拟牛顿迭代法求得最优解,得到3类不同场地上这两种模型的参数的具体取值以及参数函数集的具体表达式;研究了以谱强度因子的平方根为强度参数的双向地震动作用下隔震结构概率地震需求分析的步骤,对比了不同的地震动随机模型对隔震结构概率地震需求分析的影响,研究发现在小震作用下,地震动随机模型对隔震结构的地震响应影响不大,但在大震作用下,地震动随机模型对结构响应有较大影响,而且,对于不同场地类别,地震动随机模型对隔震结构概率地震需求分析的影响也不相同.     

基于弹塑性谱位移的钢筋混凝土框架概率地震需求分析

地震动参数的选择是影响概率地震需求分析中输入地震动的选择和调整以及分析结果可靠性的重要因素。开展概率地震需求分析时,常采用的地震动参数主要有峰值加速度和对应于结构基本周期的加速度反应谱值。但是,一方面,结构响应与地震动峰值加速度的相关性较差。另一方面,对应于结构基本周期的加速度反应谱值不能体现结构基本周期之外的地震动频率成分对结构地震反应的影响。以弹塑性谱位移作为地震动参数开展RC框架结构的概率地震需求分析研究。基于模态Pushover分析提出了弹塑性谱位移的计算方法;借助云图法和改进的增量动力法开展典型框架结构的概率地震需求分析,基于回归拟合及残差分析研究了弹塑性谱位移的充分有效性,并与弹性谱位移进行了比较。研究表明:弹塑性谱位移能够反映大于结构基本周期的地震动频率成分对结构弹塑性地震反应的影响,改善了弹性谱位移仅反映单一地震动频率成分对结构反应影响的不足,可以较合理地揭示由于结构软化导致自振周期延长后地震动的破坏作用。     

基于部分分层抽样的高墩桥梁随机地震响应分析

为了表征桥梁结构不确定性和随机参数相关性对桥梁结构抗震性能的影响,从概率角度对桥梁进行抗震性能分析,基于部分分层抽样原理建立了时-频非平稳地震作用下桥梁非线性随机地震响应分析方法.基于地震动演化功率谱,采用谱表示方法生成非平稳地震动样本,并采用基于正交函数的思想对谱表示方法中的随机变量进行模拟,通过两个基本随机变量表征...     

爆破地震效应

爆破地震震动达到足够强度时,就会引起各种破坏现象.寻找爆破地震烈度工程标准参数,研究爆破地震动强度,分析爆破地震力对结构的破坏作用,是当前工程结构抗爆破地震效应研究的重点问题.综述了爆破地震烈度的局限性,说明了爆破地震加速度和速度间的相关性,重点通过分析单质点系的爆破地震反应,计算了结构中的内力,进而判断结构的破坏情况,得出建筑结构的震害是由爆破地震运动的加速度或速度最大值决定,而岩土工程的震害主要由地面运动最大速度决定的结论.