全非平稳地震作用的结构随机反应与可靠度分析

在平稳地震动过程的Clough-Penzien功率谱基础上,采用林家浩非均匀调制函数建立全非平稳地震动过程的演变功率谱。根据我国现行的《建筑抗震设计规范》进行全非平稳地震动演变功率谱的参数识别研究。应用非平稳随机过程模拟的谱表示-随机函数方法,生成建筑结构抗震设计所用地震动的代表性样本集合。通过代表性样本集合的二阶统计值及地震反应谱与目标值的拟合比较,验证本文方法的有效性。最后结合概率密度演化方法,进行以层间位移角为控制准则的结构随机地震反应分析与抗震可靠度计算。     

新型随机地震动模型

在研究结构的随机地震反应时，要用大量的符合场地条件的地震记录作为输入数据。但强震历史记录却不是每个地区都有的，因此根据符合场地条件的现有地震记录建立随机地震动模型具有重要意义。本文利用中国抗震规范2001版修正选取的样本波作为目标波，考虑了幅值和频率的双重非平稳性，建立了新型随机地震动模型——改进的时变ARMA模型随机地震动模型。通过使用残差的卡方检验法，对多种非平稳ARMA模型生成的模拟波进行检验；同时又比较丁模拟波与目标波的功率谱密度图和反应谱图。结果证明：此法能够更精确地反映不同场地条件地震动的频谱和幅值的真实内容，从而建立符合目标场地条件的更为有效的模拟地震动，为相关研究与工程设计架起一座桥梁。     

非平稳人造地震动反应谱拟合的震记录应用研究

利用天然地震记录数据提取其非平稳相位数据的方法、论证人造地震动方法的可行性和合理性,并以呼和浩特市基岩场地非平稳人造地震动预测拟合应用为例,进行人造地震动反应谱拟合.本研究方法明显加强地震监测数字化记录与结构地震动输入预测模拟的密切联系,使地震动预测因充分利用近场地震观测资料而得到质的飞跃.     

基于等效群速度的非平稳地震动拟合方法研究

基于地震动能量传播速度为群速度这一概念,回顾了相位微分和窄带滤波两种频率相依波包时延计算方法及其在非平稳地震动相位拟合中的应用,归纳给出了一种非平稳地震动生成方法,通过模拟2条典型的海底与陆地地震动验证了方法的有效性,并将该方法应用于区域非平稳地震动场模拟中。结果表明:利用该方法所得模拟地震动记录平均加速度反应谱与原记录加速度反应谱有较高的一致性,而且能很好地再现地震的非平稳特性。     

线性结构的非平稳随机地震反应与可靠度分析

基于Sigma振子过程完全非平稳地震荷载模型,建立线性结构随机地震反应分析的时域表达式,利用Simpson法则迭代计算结构随机地震反应的二阶统计特性,由穿越方法,给出具有较大设计安全界限结构地震可靠度的近似评估方法。一个抗弯钢框架的非平稳地震反应与可靠度分析,说明了本文方法的效率、精度和应用过程。     

基于渐进谱的幅值和频率非平稳人造地震动拟合

在Priestley渐进谱和常用反应谱拟合技术基础上,提出一种拟合目标渐进谱生成幅值和频率非平稳地震动加速度时程的方法。由Nakayama方法获得目标渐进谱,定义[0,2π]的随机数作为初始相位。在迭代过程中考虑渐进谱和相位的影响,同时调整合成时程的渐进谱和相位,直到满足迭代的收敛要求。本文方法合成时程不仅保留目标渐进谱的时频非平稳特性,相位也具有与实际地震动相符合的时频非平稳性。时程的相关分析表明,输入不同初相位合成的时程在统计上互不相关。     

随机地震动场多点激励下大跨度连续刚构桥的地震反应分析

本文基于随机地震动场的功率谱模型和多点地震激励，建立了大跨度桥梁在随机地震动场多点激励的地震反应分析方法，并数值模拟了某四跨预应力混凝土连续刚构桥的地震反应，考虑了行波效应、部分相干效应和局部场地效应等因素的影响，并与确定性地震一致激励下的计算结果进行了比较。对工程建设具有参考意义。     

基于随机介质模型的储层非均质性分析

本文利用随机介质模型对复杂岩性储层进行了非均质性描述.利用模型特征量即非均质纵横比、纵向谱指数、横向谱指数以及扰动标准差等来模拟不同的随机介质.在前人工作的基础上,由某油气田的两口井资料估计储层非均质性能谱,从能谱曲线上提取储层纵向大小尺度非均质谱指数.通过将二维随机介质模拟的合成井记录互相关系数与实际井记录互相关系数进行分析比较,分别得到大小尺度非均质情况下最佳拟合时的横向谱指数和非均质性纵横比.以上求得的各种特征量从不同角度定量分析了储层非均质性的纵横向变化,为储层横向预测提供了依据.     

平稳地震动过程具分段均布随机频率的谱拟合模型

本文首先针对平稳随机地震动谱拟合问题建立了一个统一的谱拟合模型,在此基础上,提出了一新的具分段均布随机频率的拟合模型,并与几类常用的谱拟合模型进行了比较研究,指出拟合模型的频率特性对拟合功率谱与反应谱具有显著的影响。算例表明,当结构的自振频率与拟合模型的分量频率接近时,计算的响应值明显偏大,对于小阻尼情况,这一现象更为明显。     

2008年汶川地震近断层地震动的非平稳特征

利用中国强震动台网获得的汶川地震近断层强震动数据,研究汶川地震近断层地震动的强度和频率的非平稳特征,并对其非平稳特征的原因进行初步分析.研究表明近断层地震动强度和频率表现出很强的非平稳特性,这种非平稳特征主要受震源破裂机制、台站方位和局部场地条件的影响.破裂传播正向和反方向上地震动强度和频率的时间过程有显著的不同.在破裂正向上,地震动加速度记录表现为大幅值、短持时的强度过程,强度过程的持续时间为15 s左右,加速度时程的主要周期约为0.4 s,地震动速度时程有较明显的速度脉冲,脉冲周期可以达到8 s;在破裂的反方向上,地震动强度过程的时间跨度长达90 s,加速度记录的主要周期约为0.6 s,速度时程中没有明显的脉冲.小波功率谱的分析结果表明破裂正向上速度脉冲表现为在很小的时间尺度和频域内能量的集中,值得注意的是,观测到的速度脉冲的周期长达8 s,比Chi-Chi地震和Kobe地震中观测到的脉冲周期要长,这可能与汶川地震的震级相对较大有关.     

爆破地震波作用下尾矿坝的有限元动力分析

为了了解某钼矿进行爆破采矿是否会对近距离的尾矿坝产生破坏作用,结合实际勘探资料,在二维静力非线性有限元分析的基础上,进行爆破地震波作用下坝体的动力反应分析,综合研究了动位移、动应力和加速度时程等关键物理量变化的规律性,并在此基础上进一步结合试验资料对坝体进行了液化判断及稳定性分析。分析结果表明,该钼矿在规定的爆心距、药量范围内进行爆破采矿时,相邻的尾矿坝是安全稳定的。本文的研究结果对爆破设计、现场采矿及尾矿坝体运行维护均具有一定的指导意义。     

基于非平稳随机地震动模型的重力坝抗震可靠度分析

基于正交展开的非平稳随机地震动模型,并考虑混凝土材料的非线性和坝体与库水之间的流固耦合,对印度Koyna重力坝进行有限元分析,得到坝顶水平位移和坝颈拉应力,结合概率密度演化方法和等价极值事件的思想,获得丰富的概率信息。这为坝体结构的随机地震反应分析和可靠度研究提供新的途径。     

深厚黄土覆盖层上土石坝地震响应特性分析

采用非线性有限单元法和笔者曾提出的动孔压试验曲线法,对某深厚黄土覆盖层上土石坝进行了有效应力法地震响应分析,重点分析大坝的绝对加速度、动位移和动应力等动力响应及动孔隙水压力分布情况。分析结果表明,在现有设计条件下,由于坝基软弱黄土覆盖层较厚,大坝在7度地震作用下地震响应不强烈,但坝基黄土覆盖层会出现液化情况,需采取相应的抗液化工程措施。     

Overview of the seismic input at dam sites in China

The current Chinese national standard, the Standard for Seismic Design of Hydraulic Structures (GB51247), released in 2018, is strictly based on China’s national conditions and dam engineering features. A comprehensive and systematic overview of the basis of the seismic fortification requirements, the framework of the fortification criteria, and the mechanisms of seismic input related to the seismic design of dams are presented herein. We first analyzed and clarified several conceptual aspects in traditional seismic design of dams. Then, for the seismic input at the dam site described in the first national standard for hydraulic structures, we expounded innovative concepts, ideas, and methods to make relevant provisions more realistic and practical and discussed whether reservoir earthquakes must be included in the seismic fortification framework of dams. This study seeks to incorporate seismic input at the dam site into traditional seismic design practice to promote its improvement from the quasi-static method to the dynamic method and from the closed vibration system to an open wave propagation system, to ensure that the seismic design of dams becomes more reasonable, reliable, scientific, and economic.     

罗江县水库土坝汶川大地震震害调查与分析

5·12汶川8.0级大地震对德阳市罗江县的水库造成了不同程度的破坏,经济损失严重,若水库出现渍坝现象,将会带来更大的损失。对罗江县19座高危以上险情水库的土坝震害进行了调查研究.发现典型的震害现象包括裂缝、渗漏、防浪墙损坏以及泄水建筑物和附属设施的损毁等。根据水库土坝的震前病害调查资料可以看出：水库土坝在地震前多是带病运行,严重影响地震时水库运行的因素主要有土料或填筑质量差、坝基问题、坝体结构设计不当、蚁害、观测设施不全等。依据震后水库土坝的破坏形态,分析了水库大坝的震前病害对大坝震害现象的影响。为今后水库土坝的抗震设计提供基础性的资料。     

大直径扩底灌注桩的抗震性能研究

深入分析土-大直径扩底灌注桩体系动力相互作用机理是地震工程的重要研究内容。本文采用快速拉格朗日FLAC~(3D)有限差分程序建立地震荷载作用下扩底桩-土和等直径桩-土动力相互作用体的三维数值模型,分析大直径扩底桩与普通等直径桩地震反应的差异。桩周土采用Mohr-Coulomb弹性模型以考虑土体的非线性,桩体采用线弹性模型,桩与桩周土之间采用"切割模型"法设置桩土间接触面。输入5·12汶川地震波,对两种桩基的地震反应进行了数值计算与分析。结果表明:扩底桩的抗震性能优于等直径桩;与具有显著差异的加速度时程曲线相比,扩底桩对位移动力响应并不敏感。     

比例阻尼矩阵构建方法对高重力坝地震反应的影响

通过二维数值计算,讨论合理建立阻尼矩阵对高重力坝时域内进行地震反应计算的重要性。首先,以4个不同坝高的混凝土重力坝为计算对象,将三种地震波作为水平输入,解得6种不同的阻尼矩阵形式下坝体的地震反应。然后以频域内解为标准,研究各种阻尼矩阵的合理性。研究结果表明：坝高超过250 m高的重力坝在时域内进行的地震反应计算是长周期系统的动力分析问题,应重视阻尼矩阵的建模方式,不宜采用单频率参数的质量比例阻尼矩阵和刚度比例阻尼矩阵,应采用双频率参数的Rayleigh阻尼矩阵,在确定2个频率参数时除采用坝体基频外还应考虑激振地震波的频谱特性以获得合理的坝体地震反应计算结果。     

考虑拦污栅-坝体相互作用的混凝土重力坝抗震安全性分析

对考虑拦污栅-坝体的动力相互作用的弹性连接和刚性连接的拦污栅-坝体以及不作耦联分析的拦污栅-坝体这三种不同模型结构形式的动力特性和动力响应进行了比较分析。研究发现,拦污栅的不同模型结构形式对大坝的抗震安全性分析有重要影响,考虑拦污栅-坝体的动力相互作用后,坝体损伤开裂的程度明显加大,坝顶的水平位移响应也明显提高。按《规范》规定的对拦污栅和坝体不作耦联分析的抗震计算方法,所得结果对坝体是偏于不安全的,而如考虑拦污栅-坝体之间的弹性连接,所得结果则是偏于安全的。     

考虑坝体材料非线性的混凝土拱坝地震反应分析

本文基于可信概率水准的破坏性强震作用,针对小湾高拱坝进行了考虑坝体材料非线性的拱坝地震反应分析。在分析模型中,同时考虑了无约束域地震能量辐射效应和近域地基材料非均匀性的影响。为了实现非线性条件下的静、动力组合分析,利用显式有限元结合修正的黏弹性人工边界的开放系统时域静、动力统一分析方法进行了求解,对在自重作用下的初始静力解计算采用了动力松弛技术。     

时变地震谱估计的非参数方法评价及应用

针对工程中常见的非平稳地震动激励,进一步建立了时变功率谱估计的理论框架。首先,在多个样本情形下,采用信号处理中的时频分析方法对非平稳激励的时变谱估计理论进行了讨论。当激励样本数量有限时,对Priestley提出的估计方法进行了介绍。其次,以地震工程中常用的Kanai-Tajimi谱模型为目标,分别对均匀调制与一般调制谱的估计结果以及不同估计方法的精度与收敛性进行评价后,提出了能够方便工程应用的建议。最后,针对SMART-Ⅰ(Strong Motion Array in Taiwan,Phase Ⅰ)密集台阵第45次地震记录的多组三维样本,揭示了EW、NS、UD三个方向时变谱的典型特征以及各方向间的时变相干性。结果表明:与短时Fourier变换相比,复Morlet小波与广义谐和小波估计谱具有较好的精度与收敛性,Priestley方法估计单个样本具有优势;SMART-Ⅰ台阵地震动具有强度和频率的双重非平稳性,三个方向具有弱相干性。研究结论可为拓展谱估计理论的工程应用以及后续大跨结构多维多点非平稳地震响应的分析提供参考。