远程协同结构试验方法研究与发展

本文对美国“NEES计划”、欧洲“减轻地震风险的欧洲网络”研究计划、日本E-Defense建设及其远程协同试验、中国台湾地区国家地震工程研究中心ISEE计划和由国家基金委资助的正在进行的重点项目“现代结构拟动力地震模拟协同试验方法与系统”(HQH-NSER)进行了简要介绍,叙述了在远程协同试验研究中的一些关键问题及其应用领域,并对未来的发展趋势作一展望。     

等效力控制方法及其在混合试验中的应用

对于大型复杂结构的实时(拟动力)子结构试验,更适宜用无条件稳定的逐步积分方法。隐式逐步积分方法通常是无条件稳定的,然而需要复杂耗时的迭代求解非线性方法。为了避免迭代过程,等效力控制方法用反馈控制求解非线性方程,使隐式逐步积分方法在实时子结构试验中的应用成为可能。本文首先以平均加速度法为例介绍等效力控制方法的原理、关键参数的选取;然后介绍基于等效力控制的能量守恒子结构试验方法和隐式中点法;最后介绍这些方法在以防屈曲支撑阻尼器为试件的单自由度简化结构、以磁流变阻尼器为试件的海洋平台结构的实时子结构试验,以及装配式钢筋混凝土剪力墙结构和框支配筋砌块短肢剪力墙结构拟动力试验中的应用。研究结果表明:这三种等效力控制方法都具有很好的精度,等效力控制方法相对于中心差分法具有更好的稳定性。     

结合动量方程及显式γ函数法的拟动力试验方法

研究了一种适合实时或快速拟动力试验的数值积分方法--动量方程方法,阐述了动量方程方法的原理,结合显式γ函数法求解隐式方程,得到了拟动力试验实用的显式位移表达式.选用合适的参数,对一根悬臂钢柱进行了拟动力试验.试验结果与中心差分法得到的试验结果吻合较好,从而验证了积分方法的可行性和有效性,可以作为速度相关型结构或构件拟动力试验的数值积分方法.     

采用位移外环控制的拟动力试验方法及验证

拟动力试验是一种重要的结构抗震试验方法。在该类试验中,试件出力大,连接件和支座往往产生滑移与弹性变形,导致试件实际位移与期望位移存在较大偏差,降低试验数据的精度和可靠性。位移外环控制,是在作动器控制回路之外直接以试件位移为控制变量的控制回路,是解决该问题的有效方法。本文阐述了PI(即比例-积分)位移外环控制的原理,分析了在非实时平台实现该控制的延迟不确定问题,详细介绍了在混合试验平台软件Hy Test中的实现架构。采用混合试验平台软件Hy Test及该外环控制方法,完成了阶跃命令试验、单自由度结构拟动力试验和6自由度结构拟动力试验模拟,研究表明该方法稳定可靠,能大幅提高位移控制精度。     

位移保护下力-控制拟动力试验方法的原理

本文提出了大刚度多自由度钢筋混凝土结构和砌体结构的拟动力试验技术新方法，即以力控制方式为基础的力－位移混合控制方法。这种新方法能实现大刚度多自由度钢筋混凝土结构和砌体结构的拟动力试验。     

NEES系统中振动离心机最新进展及国内振动离心机发展设想

美国地震工程网络模拟系统(NEES)代表了国际地震工程试验技术的最新发展趋势,其中振动离心机的建设占有重要地位,而国内振动离心机的现状与我国辽阔的地域、复杂的工程地质条件、高速发展的经济建设以及严峻的地震形势十分不相称。文中概述了我国振动离心机的现状和客观需求,对NEES系统中振动离心机的发展进行了跟踪研究,通过分析UCDavis和RPI两台振动离心机的发展历程和最新进展,阐述了我国振动离心机发展的必要性及重点。强调应加强离心机振动台技术的研发,根据国内当前土动力学和岩土地震工程科学研究的需要,提出了以振动负载为主要指标的思想,指出了发展重点应放在振动负载、频宽、多向、低频位移、辅助试验功能和网络化功能等方面,对一些重要指标提出了建议。     

高阶单步实时动力子结构试验技术研究

结构联机试验可分为两类：拟静力及拟动力试验技术,它们都需要建立一套显式的逐步积分算法。国内外学者在这方面已经进行了许多的研究,取得了很好的成果。随着振动控制技术在结构工程上的应用,一些速度相关型的装置开始用于被控系统,它给原有的实时子结构试验带来了新问题。如何建立更好的高精度、无条件稳定的实时动力子结构试验算法日趋重要。本文在前人早期高阶单步逐步积分算法研究成果的基础上,提出了一种新的高阶单步实时动力子结构试验算法。数值模拟分析表明,新算法不仅是显式的,而且具有高精度、无算法阻尼、无超越现象等算法特点,均比目前所见到的已有算法优越。如果能实现实时子结构试验,就能同时控制位移和速度,则应用本文算法必将取得更好的试验结果。     

抗震拟动力试验技术研究

在全面论述拟动力试验技术的基础上，提出了大刚度多自由度钢筋混凝土结构和砌体结构的拟动力试验技术新方法，即以力控制方式为基础的力－位移混合控制方法，这种方法能实现大刚度多自由度钢筋混凝土结构和砌体结构的拟动力试验。     

基于Abaqus软件的并行计算集群平台构建与优化方法

根据有限元显式算法和隐式算法的特点,研究了岩土工程动力分析并行计算集群系统的硬件要求、集群系统的构建方法,构建了基于EM64T硬件构架、双路Intel Xeon处理器、Linux操作系统和64位Abaqus软件的32CPU并行计算集群平台,测试了存储子系统对集群性能的影响,比较了两种千兆以太网络作为、集群子网络的性能优化方法。以地下结构的地震反应分析为例,测试了优化前后该集群系统的计算速度,发现两种以太网络性能优化方法都可以有效提高集群计算速度。列举了该集群系统在深水桥梁基础流固耦合动力分析、地下结构地震反应分析和快速轨道交通环境振动分析中的应用,显示了该集群在显式算法、隐式算法及小规模、大规模数值计算问题中的并行计算效率,证明所构建的Abaqus数值模拟并行计算集群平台能够满足计算规模、计算精度和时效性的要求。     

显式分析方法在高层建筑弹塑性地震反应分析中的适用性研究

目前隐式方法是动力弹塑性时程分析最常用的分析方法,然而隐式方法在强非线性分析中常常存在迭代不收敛的问题,并且刚度矩阵求解消耗的存储空间随结构自由度增加呈几何级数增长。因此,在求解高层建筑这种大规模问题中,极易遭遇计算瓶颈。显式分析方法直接求解解耦的方程组,不需要迭代。本文对隐式方法和显式方法进行了对比分析,研究了显式分析方法在高层建筑弹塑性地震反应分析中适用性。实例分析表明,从计算精度来讲,隐式方法和显式方法在稳定条件下都能得到较好的精度。从计算效率来讲,对于自由度较少的结构,隐式方法计算效率较高;对于自由度庞大的结构,显式方法计算效率较高。建议在进行自由度多的高层建筑弹塑性地震反应分析时,采用显式分析方法。     

地震工程研究的科学大平台

始于十九世纪末的地震工程研究,在其100多年的历史中积累了大量的理论和实践经验,随之而建设起来的各类地震工程实验设施分布于世界各地。近20年来,信息技术的飞速发展使得分布于世界各地的实验设施通过网络实现协同实验和资源共享。基于以上的信息,为了更好更快地和国际接轨,本文提出了建设一个地震工程研究领域的科学大平台设想。这个大平台包括三个方面的内容:数值模拟,网络协同实验系统和基础信息系统,将形成本领域开放性的综合科学平台。在数值模拟方面,这个科学平台将利用最新的信息技术将本领域的科学研究结果和方法集成起来,形成一个模块式的科学研究平台系统。在网络协同实验方面,将采纳美国NEES的思路,并对其改进和提高之后应用于中国。在基础数据方面,将利用最为先进的数据仓储技术,建设一个可以服务于地震工程科学研究的数据平台。最后,文章给出了建设这个科学平台的规划,以及目前的进展和资金支持等情况。     

Lessons learned and need for instrumented liquefaction sites

Instrumented sites provide essential information for understanding and modeling of ground response and ground deformation. For example, significant new lessons were learned from responses at the Wildlife Liquefaction Array (WLA) including: (1) soil softening led to lengthening of period of transmitted ground motions; (2) soil softening also led to attenuation of short-period spectral accelerations (<0.7 s); (3) amplification of long period motions (>0.7 s) occurred due to liquefaction-induced ground oscillation; and (4) ground oscillation led to a continued rise of pore water pressures after strong ground shaking ceased. A new and expanded instrumented site is being developed 70 m downstream from the old WLA site as part of the NSF Network for Earthquake Engineering Simulation (NEES). The new site has more accelerometers, piezometers and ground deformation measurement devices and the data will be streamed to the NEES-grid in near real time.     

From the editors

Dear Contributors,Readers and Friends: 2011 milestones the tenth anniversary of the Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration.we first want to take this opportunity to express our gratitude to those retiring members of the Editorial Board for their valuable contributions in the past,and to welcome those who joined the Editorial Board this year. As we mentioned in our message to you in December 2010,effective 20ll,the journal is officially co-sponsored by the Huixian Earthquake     

第13届世界地震工程大会概述

介绍了第13届世界地震工程大会的概况。内容涉及大会报告和6个专题(工程地震、岩土地震工程、结构工程、生命线工程、综合减灾与社会经济问题以及近期地震的经验教训与地震工程实践)。作者还对目前国际范围内的地震工程最新进展及其发展趋势作以论述。最后，根据对本届世界地震工程大会的认识，作者对如何办好由中国地震局主办2008年在我国北京举行的第14届世界地震工程大会谈了一些初步的看法。笔者愿以此文使国内同行对本届大会有一个概略的了解。     

Field reconnaissance of the 2007 Niigata-Chuetsu Oki earthquake

As part of the 2007 Tri-Center Field Mission to Japan, a reconnaissance team comprised of fourteen graduate students and three faculty members from three U.S. earthquake engineering research centers, namely, Multidisciplinary Center for Earthquake Engineering Research (MCEER), Mid-America Earthquake Center (MAE), and Pacifi c Earthquake Engineering Research Center (PEER), undertook a reconnaissance visit to the affected area shortly after the 2007 Niigata- Chuetsu Oki earthquake. This mission provided an opportunity to review the nature of the earthquake damage that occurred, as well as to assess the signifi cance of the damage from an educational perspective. This paper reports on the seismological characteristics of the earthquake, preliminary fi ndings of geotechnical and structural damage, and the causes of the observed failures or collapses. In addition, economic and socio-economic considerations and experiences to enhance earthquake resilience are presented.     

Incremental dynamic analysis and FEMA P695 seismic performance evaluation of a cold-formed steel–framed building with gravity framing and architectural sheathing

The objective of this paper is to present incremental dynamic analysis (IDA) and seismic performance evaluation results for a two-story cold-formed steel (CFS)–framed building. The archetype building was designed to current U.S. standards and then subjected to full-scale shake table tests under the U.S. National Science Foundation Network for Earthquake Engineering Simulation (NEES) program. Test results showed that the building's stiffness and capacity were considerably higher than expected and the building suffered only nonstructural damage even at excitations in excess of Maximum Considered Earthquake levels for a high seismic zone. For the archetype building, three-dimensional finite element models at different modeling fidelity levels were created using OpenSees. The models are subjected to IDA using the far-field ground motion records prescribed in Federal Emergency Management Agency (FEMA) P695. Seismic performance quantification following the FEMA P695 procedure shows that if the modeling fidelity only follows the state-of-the-practice, ie, only includes shear walls, unsafe collapse margin ratios are predicted. State-of-the-art models that account for participation from CFS gravity walls and architectural sheathing have overall performance that are consistent with testing, and IDA results indicate acceptable collapse margin ratios, predicated primarily on large system overstrength. Neglecting the lateral force resistance of the gravity system and nonstructural components, as done in current design, renders a safe design in the studied archetype, but largely divorced from actual system behavior. The modeling protocols established here provide a means to analyze a future suite of CFS-framed archetype buildings for developing further insight on the seismic response modification coefficients for CFS-framed buildings.     

A new approach for free vibration analysis of a system of elastically interconnected similar rectangular plates

Earthquake Engineering and Engineering Vibration - A new procedure is proposed to ease the analyses of the free vibration of an elastically connected identical plates system with respect to...     

《地震工程与工程振动》1995～1999年论文的统计分析

本文对《地震工程与工程振协》１９９５￣１９９９年５年间刊载的论文、作者和引文进行了较全面的统计,运用文献计量学的原理与方法,分析了文献群内存在的数量规律;定量地描述了期刊论文的平均载文量、作者合作度、核心作者和引文情况;对其进行了客观的评价以期为地震工程学科的发展和本刊的发展提供可参考数据。     

新型地震预警方法研究及预警能力分析

本文研究了一种不同于传统地震预警方法的新型预警方法。这种预警方法利用数据同化技术对实时波动场进行精确估计,然后再利用基于辐射传输理论的蒙特卡洛直接模拟法对波动能量的传播做数值模拟,并最终计算预警目标区烈度并做阈值判断发出预警警报。整个预警过程无需触发、无需定位、无需测定震级、无需利用衰减关系,较传统预警方法具有明显不同的技术手段,比较有效避免了传统地震预警方法中一系列基于经验统计规律的误差累积和单纯依靠初至P波信息在应对复杂地震时的局限性。本文选择了2011年3月11日日本M_w9.0地震和2016年2月6日台湾M_w6.7美浓地震作为预警模拟震例,分析并论证了本文预警方法在处理网外地震、网内地震以及复杂地震时的预警能力,最终得出本文预警方法在应对网内地震时具有良好的预警准确性和时效性,以及相对于传统预警方法在处理复杂地震时具有较大的优势。最后,总结并展望了本文研究工作的不足之处和有待继续研究的地方。