基于《电力设施抗震设计规范》的地震动随机模型参数研究

依据《电力设施抗震设计规范》（GB50260-96）中的设计反应谱,对随机地震动功率谱参数的取值进行了具体研究。首先,采用时间包络函数考虑地震的非平稳特性,给出了地震动持时的取值;然后,根据加速度峰值等效原则,迭代计算得到地面的加速度功率谱密度曲线;最后,选定Clough-Penzien修正过滤白噪声模型作为拟合函数,通过非线性拟合技术拟合了与《规范》中的地震烈度、场地类别相对应的谱参数。研究结果表明,Clough-Penzien修正过滤白噪声模型能较好地拟合其曲线形状。本文给出了相对于规范中的地面加速度功率谱参数值,可供这种模型作为地震地面运动输入时选用。     

基于新《电力设施抗震设计规范》的地震动随机模型参数研究

根据新《电力设施抗震设计规范》(GB50260-2013)对随机地震动功率谱参数的取值进行分析。介绍新《电力设施抗震设计规范》中设计反应谱,推导设计谱到功率谱的转换过程。选取常用的Clough-Penzien修正过滤白噪声模型作为拟合函数,通过功率谱参数拟合,得到不同场地类别、不同抗震设防烈度下的地震动模型参数。该研究成果可为电力工程抗震设计分析提供参考。     

与建筑抗震设计规范相对应的地面地震动随机模型参数研究

根据《建筑抗震设计规范(GB50011—2001)》的反应谱曲线,确定了基于Clough-Penzien修正过滤白噪声模型的参数取值。采用时间包络函数考虑地震的非平稳特性,根据加速度峰值等效原则迭代计算得到地面的加速度功率谱密度曲线,然后通过曲线拟合得到与规范各种地震烈度、场地类别和设计地震分组相对应的谱参数。计算结果表明,与规范相对应的加速度功率谱密度曲线呈双峰型,Clough-Penzien谱能较好地拟合其曲线形状。最后给出了规范各种工况下的地面加速度功率谱参数值,为随机抗震计算分析提供了依据。     

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。     

基于物理的随机地震动模型研究

基于物理联系研究地震动随机性,建立了随机地震动与基底输入傅氏谱、场地固有圆频率和场地等价阻尼比之间的物理关系,从随机傅氏谱函数角度描述了地震动随机过程的随机性本质。结合Ⅳ类工程场地的实测地震动记录资料,由数值方法识别了给出基本随机变量的概率分布参数。与实测记录对比表明,本文建立的随机地震动模型具有明确的物理概念,可充分反映地震动的变异性特征。     

平稳地震动过程具分段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，提出了一新的具有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牧场生对拟合功率谱与反谱具有显著的影响，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。     

基于随机Fourier谱的地震动合成研究

本文基于与物理随机模型相对应的随机Fourier谱,通过对地震动非平稳性及其所受影响机制的分析,建立了非平稳地震动合成的新方法。通过引入基本相位差谱,并将初始相角视为随机变量,以相位差谱的分布特性、随机地震动的统计特征以及对结构随机反应的影响为原则,利用计算机程序生成相位差谱,提出了基于随机Fourier谱的合成地震动方法。同时,利用快速FFT技术提高合成精度。根据本文提出的合成方法获得的地震动具有非平稳特性,将为后续研究工作提供合理的地震动加速度时程。     

强震地运动随机过程模拟

详细分析了强震地面运动随机模拟模型的现状，指出了现有模型存在的一些问题．在此基础上，参考近场地震学对震源机制的模拟，给出了一种基岩地震动为有色谱的随机地震动模型．这一模型结合了工程地震学和近场地震学的成果，能较好地反映实际地震动的谱函数，也解决了平动随机模型与转动随机模型之间的不一致性，并且它能方便地利用目前抗震设计的基本参数确定随机模型中的参数，建立起可实际应用的随机地震动荷载设计标准．      

地震动随机函数模型研究(Ⅰ)——模型建立

基于随机过程的随机函数解释,发展了一种随机地震动模型.模型包括两个部分,分别是基于理论物理关系的Fourier幅值谱模型和基于经验关系的Fourier相位谱模型.基于拟加速度谱概念建立的幅值谱模型能够反映强震记录的幅值特性,而Fourier相位谱模型则利用累积相位谱的单值连续特性,以线性多项式与三角级数组合的形式给出.模拟记录与实测记录对比结果显示两者不仅在波形结构上相似性良好,而且反应谱层次亦吻合良好.     

Stochastic model of seismic torsional ground motion: Application to Lotung soft site

The purpose of this paper is to present a stochastical approach, which analyse the torsional ground motion, induced by the spatial variability of seismic motions. For this purpose, a torsional ground motion analytical model is proposed and a normalised differential motion parameter is introduced. The approach regards the seismic motion as the combination of a travelling wave on the site (coherent component) and a zero mean randomizing factor that introduces a loss of correlation effect. The soil parameters as fundamental frequency and damping coefficient are integrating by modeling the coherent component with the commonly used Kanai-Tajimi power spectral density. The parametric analysis of the model shows an increase of the induced torsion with both the soil frequency and the motion scattering parameter, and a decrease with the separation distance, the apparent wave velocity and the correlation length. Finally, in order to test the proposed torsional ground motion model prediction, it is compared to the experimental results recorded by the EPRI LSST array in Lotung, Taiwan (Laouami and Labbé, 2002). The comparison leads to the identification of the model parameters for the Lotung soft site.     

Kriging metamodeling in seismic risk assessment based on stochastic ground motion models

An efficient computational framework is presented for seismic risk assessment within a modeling approach that utilizes stochastic ground motion models to describe the seismic hazard. The framework is based on the use of a kriging surrogate model (metamodel) to provide an approximate relationship between the structural response and the structural and ground motion parameters that are considered as uncertain. The stochastic character of the excitation is addressed by assuming that under the influence of the white noise (used within the ground motion model) the response follows a lognormal distribution. Once the surrogate model is established, a task that involves the formulation of an initial database to inform the metamodel development, it is then directly used for all response evaluations required to estimate seismic risk. The model prediction error stemming from the metamodel is directly incorporated within the seismic risk quantification and assessment, whereas an adaptive approach is developed to refine the database that informs the metamodel development. The ability to efficiently obtain derivative information through the kriging metamodel and its utility for various tasks within the probabilistic seismic risk assessment is also discussed. As an illustrative example, the assessment of seismic risk for a benchmark four‐story concrete office building is presented. The potential that ground motions include near‐fault characteristics is explicitly addressed within the context of this example. The implementation of the framework for the same structure equipped with fluid viscous dampers is also demonstrated. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

地震动强度对场地地震反应的影响

通过对场地地震反应的研究发现,地震动强度不同,同样的场地对地震动的影响也不同,得到的反应谱形状也不同。目前我国抗震设计规范中不同烈度下的设计反应谱形状完全一致,没有考虑地震动强弱对相同场地反应谱形状的影响。     

工程随机地震动物理模型的参数统计与检验

利用PEER强震记录数据库,确定了一类实用的随机地震动模型的参数概率分布。依据GB50011-2010规定的场地类别,对4438条实测地震动记录进行分组。引用系统识别方法对不同场地上的地震动记录进行参数识别,据此结果,对工程地震动物理随机函数模型的基本参数进行了统计分析,给出了随机地震动模型参数的概率分布密度。对基本随机参数的概率空间进行剖分,结合波群叠加方法生成地震动时程,计算获得了随机地震动反应谱。通过比较随机反应谱和实测地震动反应谱的统计特征量,验证了地震动物理随机函数模型及基本随机参数统计结果的正确性。     

Modification of stochastic ground motion models for matching target intensity measures

Stochastic ground motion models produce synthetic time‐histories by modulating a white noise sequence through functions that address spectral and temporal properties of the excitation. The resultant ground motions can be then used in simulation‐based seismic risk assessment applications. This is established by relating the parameters of the aforementioned functions to earthquake and site characteristics through predictive relationships. An important concern related to the use of these models is the fact that through current approaches in selecting these predictive relationships, compatibility to the seismic hazard is not guaranteed. This work offers a computationally efficient framework for the modification of stochastic ground motion models to match target intensity measures (IMs) for a specific site and structure of interest. This is set as an optimization problem with a dual objective. The first objective minimizes the discrepancy between the target IMs and the predictions established through the stochastic ground motion model for a chosen earthquake scenario. The second objective constraints the deviation from the model characteristics suggested by existing predictive relationships, guaranteeing that the resultant ground motions not only match the target IMs but are also compatible with regional trends. A framework leveraging kriging surrogate modeling is formulated for performing the resultant multi‐objective optimization, and different computational aspects related to this optimization are discussed in detail. The illustrative implementation shows that the proposed framework can provide ground motions with high compatibility to target IMs with small only deviation from existing predictive relationships and discusses approaches for selecting a final compromise between these two competing objectives.     

基于假设检验的地震动强度(烈度)速报方法

地震发生后数分钟内,快速、可靠地判别出地震动强度(烈度)的空间分布,用以估计不同地区的受灾程度,可以为政府开展应急救援并合理分配救援力量提供决策依据,保证救援人员及时、准确地到达极震区并展开搜救,以减少生命财产损失。本文基于统计学中的假设检验方法,对历史震害资料进行统计,提出了一种利用强地震动参数判别地震动强度(烈度)的方法。比较结果表明,本方法所确定的地震动强度(烈度)与实际震害烈度对应较好,能较真实地反映实际震害情况。     

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.     

面向设计应用的地震动空间相干函数模型

本文对现有的常用地震动空间相干模型进行了总结,提出了一个新的面向工程抗震设计应用的形式统一的地震动空间相干函数模型,在此基础上推导出了多点地震反应谱和功率谱计算所需要的振型组合系数的解析表达式,避免了耗费时间的数值积分运算。本文模型与计算方法使多点地震激励下结构响应的计算时间减低至积分方法的1/20以下,使多点地震反应谱方法和多点地震功率谱方法在计算时间方面实用化。