基于能量耗散的重力坝地震响应时频特征分析

为了从能量角度研究重力坝地震响应的时频特征,在重力坝非线性动力分析基础上,探讨了重力坝地震过程中振动能量的时域耗散机制;采用小波频域多层次分解技术研究了其动响应的分频段能量特征,得到了坝体典型位置动响应分频段振动能量随高程的变化规律.通过分析发现:结构地震能量耗散为时域上不可逆的增加,坝体损伤集中出现在地震过程的某个时间段,地震动峰值后坝体损伤状态基本稳定;小波分解可以较全面地描述结构动响应能量的分频段特征.对于本文算例,在坝踵和上游折坡附近,重力坝地震响应的振动能量以4～8 Hz频段为主,这与输入的地震信号分频段特征一致;而坝顶附近则以1 ～4 Hz的振动能量为主,高频能量分量的比重随高程增大而逐渐减小.     

基于改进MPSCO算法的框架结构损伤检测研究

针对标准粒子群优化算法易陷入局部最优及多粒子群协同优化算法(MPSCO)仍存在的不足,提出了一种改进的多粒子群协同优化算法,并将其与Newmark常平均加速度法、假设检验相结合,研发出一种适用于框架结构的损伤检测策略。首先,针对结构损伤前的实测加速度响应,运用改进MPSCO算法识别出结构损伤前的层间刚度值;第二,针对结构损伤后的实测加速度响应并运用同样的方法识别出结构损伤后的层间刚度值;第三,比较所识别出的结构损伤前后的层间刚度值并结合假设检验从而完成损伤检测。最后通过一7层钢框架的数值模型和实验室试验验证了本文所提损伤检测策略的可靠性。研究结果表明,本文所提的损伤检测策略能够精确地识别结构损伤同时具有较好的抗噪性能和鲁棒性。     

基于小波能量分布向量的结构损伤识别

利用小波变换时-频局部化性能,提出了基于小波能量分布向量的结构损伤识别方法。首先建立无损结构响应信号小波能量分布的总体向量;其次,将实测动力响应信号分解为小波包组分,计算其小波能量分布向量(样本向量);通过样本向量和总体向量之间的马氏距离识别损伤。该方法仅利用单测点结构响应数据进行损伤识别,实验方便,计算简单,并通过钢梁试验对损伤识别方法进行了试验验证,识别结果表明小波能量分布向量是一个比较好的结构损伤指标。     

高速铁路地震监测系统中降低信号远程传输失真的技术探讨

当前信号远程传输方法,没有实现传输通道能量与传输通道信号并行,导致信号远程传输失真性较高。为提高地震信号远程传输的效率,提出新的高速铁路地震监测系统中信号远程传输技术。采用信号传输通道中地震信号能量的并行方法,通过信号传输通道中信号并行传输结构,实现信号在传输通道中双向传输;利用高频阻波电路阻断信号的高频载波通过谐振补偿电容,确保传输通道能量传输不受干扰;根据通道能量传输结构与信号传输过程,实现传输通道能量、信号并行,完成高速铁路地震信号远程传输中的失真控制。实验结果表明,所提方法丢包率较低,均值约为3%,远程传输时延仅为0.9s,是一种低误差、高效率的高速铁路地震信号远程传输方法。     

基于Hilbert-Huang变换的建筑物强震记录分析方法研究

建筑物在强震中可能受到损伤,通过对结构瞬时频率的分析可以诊断出结构的损伤发展过程。本文探讨了基于H ilbert-Huang变换的结构物损伤诊断方法,研究了如何从结构地震响应信号中提取模态响应、1阶模态振型和损伤发展规律。本文采用HHT法分析了Northridge地震中某超高层建筑物的强震记录,分析结果表明:带有间歇检验准则的经验模态分解法能够提取结构的模态振动响应;通过分析不同楼层的相对H ilbert边际谱能够识别出结构的1阶模态振型;分析结构振动中瞬时频率的时变特点,可以直观地掌握振动中结构的损伤发展规律。     

基于运营环境和提升小波变换的桥梁损伤检测研究

根据损伤桥梁在车辆荷载作用下的动力响应特点,以及提升小波变换对信号突变信息的放大功能,提出了利用桥梁运营荷载作用下加速度响应提升小波变换系数的分布特性对结构损伤进行识别的方法。首先,采集桥梁在行车荷载作用下的加速度响应信号;然后,对加速度响应信号进行提升小波变换,分别利用加速度响应信号、加速度响应信号差,提升小波变换系数空间变化的峰值识别损伤位置;最后,对行车速度、损伤位置、损伤程度和测量噪声对损伤识别效果的影响进行了分析讨论。结果表明：在行车速度8m/s以下、测量噪声不高于5%情况下,利用运营荷载作用下桥梁单点动力响应信号提升小波变换,可以实现桥梁多处损伤的检测和识别。     

远场长周期地震下高层建筑的地震损伤模型研究

传统高层建筑地震损伤模型不能反映构件极限滞回耗能随累积幅值的改变情况,无法有效确定组合参数,离散性较大。为此,设计一种远场长周期地震下高层建筑的地震损伤模型。针对不同层次高层建筑结构,依据广义力-广义变形曲线,构建变形损伤模型。结合累积能量比、远场长周期地震瞬时输入能比构建能量损伤模型。从变形与能量两方面综合评价损伤,依据钢筋混凝土结构构建最大反应变形与耗损能量的线性组合地震损伤模型,并对其进行改进。实验选用ILA003、ILA048和TCU115三种长周期地震波,计算不同构件和高层建筑结构整体损伤结果,验证所提模型的可靠性。将所提模型应用于实际高层建筑中,发现其实用性强。     

建筑结构地震响应半主动控制的遗传-模糊算法

本文针对建筑结构地震响应半主动控制问题,应用基于遗传算法优化模糊规则库的遗传—模糊控制方法,通过MR阻尼器实现减小建筑结构地震响应。将结构的位移和加速度响应峰值控制双重指标作为目标函数,运用遗传算法的基本操作得到一组优化的模糊推理规则。以结构位移、加速度、地震加速度信号作为输入量,以MR阻尼器所提供的控制力为输出量,分别构造单阻尼器和多阻尼器的模糊控制策略。以某3层和6层框架结构为例,分别对两种遗传—模糊控制算法进行数值仿真分析,并与LQR最优控制结果进行比较。数值分析结果表明,采用遗传—模糊算法能够有效地减小结构的地震响应。     

应用小波包识别宁夏及邻区的地震和爆破

将小波变换理论应用于宁夏及邻区的地震和爆破的识别,利用小波包变换系数与射线能量的关系,计算了射线所包含的低频成分和高频成分的能量之比.结果表明,当分解尺度j=1时,对于地震信号,ln(Ω10/Ω11)的值一般小于3,对于爆破信号,ln(Ω10/Ω11)的值一般大于3.     

基于EMD方法与RBF神经网络的结构损伤检测

针对结构损伤检测中损伤的识别、定位以及程度的标定这三个独立并按一定先后顺序进行的检测过程,提出了一种能将以上三者同时进行的联合检测方法。该方法首先利用经验模态分解(EMD)方法将三层钢筋混凝土剪切型结构在各种损伤工况下的顶层地震作用加速度响应分解为若干固有模态函数(IMF)分量,然后以此IMF分量和未经EMD分解的原始加速度响应数据来构造损伤标识量,作为特征参数依次输入到径向基函数神经网络(RBFNN)中进行损伤检测。给出了应用此方法的具体步骤,通过仿真实验证明了利用该方法进行结构损伤一次检测的可行性和有效性,结果表明,由加速度响应经EMD分解而得到的IMF分量输入到RBFNN中能够更为精确地一次检测出结构所有损伤信息,并且RBFNN在结构损伤损度大时具有更好的检测效果。     

Surface wave attenuation based polarization attributes in time-frequency domain for multicomponent seismic data

In the paper, we propose a surface wave suppression method in time-frequency domain based on the wavelet transform, considering the characteristic difference of polarization attributes, amplitude energy and apparent velocity between the effective signals and strong surface waves. First, we use the proposed method to obtain time–frequency spectra of seismic signals by using the wavelet transform and calculate the instantaneous polarizability at each point based on instantaneous polarization analysis. Then, we separate the surface wave area from the signal area based on the surface-wave apparent velocity and the average energy of the signal. Finally, we combine the polarizability, energy, and frequency characteristic to identify and suppress the signal noise. Model and field data are used to test the proposed filtering method.     

油浸式高压变压器地震易损性分析

油浸式变压器是由多种材料组成的复杂结构。本文对油浸式高压变压器建立了较为精确的有限元模型，考虑了各组件之间相互作用的影响。对该设备进行了动力性能和地震响应分析以及易损性分析。分析结果表明，大型高压变压器在地震中的首要破坏模式为瓷套破坏，其地震响应的离散度较高。易损性分析得到设备的地震易损性曲线，可直接应用于电力系统的抗震分析。     

A new energy density calculation method for reservoir delineation using seismic low-frequency signal

In comparison to high-frequency signals, low-frequency seismic signals suffer less from scattering and intrinsic attenuation during wave propagation, penetrate deeper strata and thus can provide more energy information related to the hydrocarbon reservoirs. Based on the asymptotic representation for the frequency-dependent reflections in the fluid-saturated pore-elastic media, we first derive a novel equation of the reservoir energy density and present an efficient workflow to calculate the reservoir energy density using low-frequency seismic data. Then, within a low-frequency range (from 1 to 30 Hz), we construct an objective function to determine the optimal frequency, using the energy densities calculated from the post-stack seismic traces close to the wells. Next, we can calculate the reservoir energy density using the instantaneous spectra of optimal frequency at the low-frequency end of the seismic spectrum. Tests on examples for synthetic and field data demonstrate that the proposed reservoir energy density can produce high-quality images for the fluid-saturated reservoirs, and it produces less background artefacts caused by elastic layers. This method provides a new way to detect the location of hydrocarbon reservoirs and characterize their spatial distribution.     

基于小波变换的层间隔震结构地震响应分析

利用小波多分辨率分析将地震动加速度分解为多频段小波分量,并运用复模态方法推导其计算层间隔震体系在地震作用下的动力响应公式,讨论各频段地震信号及结构响应的能量分配。同时利用小波时频工具分析地震动能量在时频域内的分布对层间隔震结构响应的影响,进而为考察地震动非平稳性对层间隔震结构非线性分析的影响提供方法。利用小波分析的以上优势,对一典型层间隔震结构分别进行弹性和弹塑性分析,结果表明弹性体系在地震作用下的响应可由该地震波各小波分量的响应叠加而得,地震动能量在时间上的集中会对层间隔震结构响应产生不利影响。     

基于匹配追踪的瞬时能量异常属性在Albertine地堑油气预测中的应用

东非裂谷Albertine地堑是当今世界油气勘探的热点地区之一,具有埋藏浅、演化快、地层新的地质特点。作为主力含油气层段的新生代地层中疏松砂岩异常发育,物性参数差异较大,受控于孔隙度以及孔隙流体的综合影响,含油气储层的地震响应无明显规律,油气预测难度较大。基于能量吸收分析思想的指导,在利用匹配追踪时频分解方法有效提高时频分辨率的前提下,进一步提出瞬时能量异常属性的计算方法。以Albertine地堑的W油田为例,针对含油气储层表现的低频能量增加、高频能量衰减的异常特征,借助瞬时能量异常属性实现了油气预测,预测结果获得了钻井的验证。      

基于数学去噪后模拟地震信号测试混凝土结构抗震性能的研究

针对当前混凝土结构建筑抗震性能测试方法存在的测试结果准确率较低的问题,提出一种新的测试方法,利用小波函数的伸缩平移操作得到一个函数族,对模拟地震信号进行小波变换。当函数族组成一个标准的正交基时,从连续小波变换中对地震信号进行重构,将去噪后的地震信号作为检测混凝土结构建筑抗震性能的信号样本。利用单自由度体系的动力平衡方程对地震的位移反应、速度反应加速度反应以及恢复力进行求解,通过强度折减系数计算公式和结构最大弹性反应计算公式,计算混凝土结构建筑的强度折减系数和结构最大弹性反应,最后在震动台上对混凝土结构建筑抗震性能进行测试。测试实验结果表明,所提方法可以实现对混凝土结构建筑抗震性能的测试,且测试结果准确程度较高。     

Structural modal parameter identification and damage diagnosis based on Hilbert-Huang transform

Traditional modal parameter identifi cation methods have many disadvantages,especially when used for processing nonlinear and non-stationary signals.In addition,they are usually not able to accurately identify the damping ratio and damage.In this study,methods based on the Hilbert-Huang transform(HHT) are investigated for structural modal parameter identifi cation and damage diagnosis.First,mirror extension and prediction via a radial basis function(RBF) neural network are used to restrain the troublesome end-effect issue in empirical mode decomposition(EMD),which is a crucial part of HHT.Then,the approaches based on HHT combined with other techniques,such as the random decrement technique(RDT),natural excitation technique(NExT) and stochastic subspace identifi cation(SSI),are proposed to identify modal parameters of structures.Furthermore,a damage diagnosis method based on the HHT is also proposed.Time-varying instantaneous frequency and instantaneous energy are used to identify the damage evolution of the structure.The relative amplitude of the Hilbert marginal spectrum is used to identify the damage location of the structure.Finally,acceleration records at gauge points from shaking table testing of a 12-story reinforced concrete frame model are taken to validate the proposed approaches.The results show that the proposed approaches based on HHT for modal parameter identifi cation and damage diagnosis are reliable and practical.