非平稳地震动场的随机函数模拟

为了精细化模拟随机地震动场,建议了一类2D-1V随机地震动场模拟的随机函数方法.该方法在2D-1V时空随机场的原始谱表示基础上,通过将原始谱表示中的正交随机变量均定义为基本随机变量的正交函数形式,实现了仅用两个基本随机变量即可精细地模拟随机地震动场的目的.同时,通过引入快速傅里叶变换技术,极大地提高了本文方法的模拟效率.通过一个时频非平稳随机地震动场的算例分析,表明了本文方法在模拟效率上与传统谱表示方法大致相当,但本文方法的模拟精度更高.此外,由于本文方法仅需2个基本随机变量来表达随机地震动场,从而可利用数论方法生成具有完备概率的代表性样本集,这将为应用概率密度演化理论进行复杂结构的随机地震反应和抗震可靠度分析奠定坚实的基础.     

平稳地震动过程的正交展开-随机函数模型

在随机过程正交展开的基础上,建议了一类随机过程的正交展开-随机函数模型.将随机过程展开为标准正交基函数与标准正交随机变量的线性组合形式.利用随机函数的思想,将展开式中的标准正交随机变量表达为基本随机变量的函数形式,通过3种常用正交函数形式的构造,实现了用一个基本随机变量表达原随机过程的目的.与已有的正交展开方法相比,本文方法所需基本随机变量的数量最少,且能获取精确的二阶统计量信息.结合平稳地震动加速度过程的功率谱密度函数,进行了平稳地震动过程的正交展开-随机函数模型实例分析,验证了本文方法的有效性和优越性.     

单层球面网壳结构随机地震响应与可靠度分析

为评价单层球面网壳结构抗震性能,需充分考虑地震激励的随机性以及非平稳性.结合概率密度演化方法,可得到单层球面网壳结构动力响应的概率信息及可靠度.首先,采用谱表示-随机函数方法,生成符合不同设防要求的全非平稳地震动,其平均反应谱与规范反应谱拟合效果理想,通过概率密度演化方法考察了单层球面网壳结构最大位移的概率密度演化全过程;进一步地,分别从宏观和微观层次上选取2个失效评价指标,通过引入等效极值分布思想,可获得单层球面网壳结构抗震可靠度分析所关心的动力响应极值分布;最后通过参数分析,评价了不同参数对单层球面网壳结构抗震可靠度的影响.与传统方法相比,本文方法从随机性的角度评价网壳结构的抗震性能更加合理,并且兼顾了效率和精度.     

脉动风向量过程模拟的POD-随机函数方法

在平稳随机向量过程功率谱密度矩阵的本征正交分解(POD)基础上,建议了一类平稳随机向量过程模拟的POD-随机函数方法.通过POD的模态截断技术,将平稳随机向量过程表达为少数几阶能量占优的本征模态叠加,减少了平稳随机向量过程模拟的计算量;利用随机函数的约束,将随机向量过程POD表达式中的正交随机变量定义为两个基本随机变量的正交函数形式,实现了随机向量过程的降维表达.结合Kaimal风速谱及Davenport空间相干函数模型,进行了脉动风随机向量过程的数值模拟分析,并与传统的Monte Carlo方法进行比较.数值算例表明,本文方法不仅所需的随机变量最少,且仅需生成较少的代表性时程即可获得较高的模拟精度.而且,本文方法生成的代表性时程构成一个完备的概率集,进而可结合概率密度演化理论进行结构随机风荷载作用下的动力反应与可靠度分析.     

考虑行波效应的刚构桥地震反应与可靠度分析

为了对大型连续刚构桥进行精细化抗震设计与可靠度研究,在平稳地震动随机过程的功率谱密度函数基础上,应用了一类新的非平稳地震动随机过程的演变功率谱模型。结合《建筑抗震设计规范》,确立了演变功率谱模型的参数取值。同时,应用谱表示-随机函数方法模拟非平稳地震动随机过程,生成非平稳地震动随机过程的代表性时程样本。通过比较代表性时程样本的统计值与目标值的误差,验证了广义演变功率谱密度函数模型的优越性和合理性。最后,以重庆石板坡长江大桥为例建立有限元模型,进行了基于行波效应下的地震反应分析,并结合概率密度演化方法,给出了墩顶的抗震可靠度以及地震动反应概率信息。     

桥梁结构非平稳随机抗震分析

基于平稳地震动过程的Kanai-Tajimi功率谱密度函数,建立了一类时-频非平稳地震动过程的演变功率谱模型.结合公路工程抗震规范和非平稳过程模拟的随机函数-谱表示方法,生成了610条桥梁抗震设计所用的地震动概率模型的代表性时程集合,通过代表性时程的均值、标准差及平均反应谱值与目标值的比较验证了本文方法的有效性.在此基础上,结合概率密度演化方法,对范和港跨海斜拉桥随机地震反应与抗震可靠度进行了精细化的分析,为桥梁结构抗震分析提供参考.     

输电塔随机地震反应分析及可靠度计算

地震动具有很强的随机性,合理描述地震动随机过程是结构抗震设计的重要前提.本文运用正交展开方法生成了随机地震动,将样本总体二阶统计特性与规范进行了比较,并结合概率密度演化理论,进行了输电塔在顺线向输入随机地震动时的反应分析和可靠度计算.得出了输电塔在随机地震动激励下的概率密度演化规律,以及在以塔顶位移转角为失效控制模式下的可靠度,并试图尝试将传统输电塔抗震设计中的基于承载力转向基于可靠度,为输电塔结构抗震的精细化设计提供一个新的参考.     

一种非平稳随机循环工况下的参数化载荷模型

为解决土方工程机械非平稳随机循环工况下,其零部件设计与试验中载荷表达的难题,提出一种参数化载荷模型.以液压挖掘机多路阀回转联为研究对象,将其阀口压力载荷数据通过小波变换分解为载荷随机项和载荷趋势项;其中具有平稳随机特征的载荷随机项利用功率谱估计等处理实现其"随机项函数"表达,具有非平稳特征的载荷趋势项利用随机变量表征工况的函数拟合实现其"趋势项函数"表达;再将两者组合重构为"循环工况载荷函数".仿真与试验数据对比证明,该函数较好地复现了非平稳随机循环工况下多路阀载荷的随机特征.研究表明构建载荷模型的方法,对于实现面向循环工况特征的非平稳随机载荷的参数化表达,具有工程化应用的重要参考价值.     

受非平稳地震作用的密肋复合墙体的可靠度分析

通过数值计算对受非平稳随机地震作用的密肋复合墙体的动力可靠度进行分析.首先将随机地震动模型表示为均匀调制的非平稳地震动模型,通过振型叠加法求出随机地震反应的功率谱密度和均方值;其次应用首次超越破坏准则给出结构随机地震反应动力可靠度的具体计算公式,并给出结构在弹塑性状态时的界限值;最后对有限元建模时视为实体模型的单层密肋复合墙体与同模型尺寸的框架和剪力墙的动力可靠度进行了计算,对比分析了3种结构在多遇地震和罕遇地震作用下的动力可靠度.结果表明,密肋复合墙体的动力可靠度介于框架与剪力墙之间,密肋壁板结构是一种安全可靠的新型结构.     

隔震结构的随机地震反应与抗震可靠度评价

将概率密度演化方法与物理随机地震动模型相结合,发展了隔震结构的随机地震反应与抗震可靠度评价方法.以江苏省某十层框架隔震结构为例,进行了8度罕遇地震下的随机地震反应与动力可靠度分析.算例说明随机地震反应分析可以给出明确的可靠度分析结果,而采用确定性地震动输入进行分析不能对结构的安全性进行合理的判断.建议方法可以客观、全面地评价一般多自由度系统的地震反应性态,是对面向工程对象进行精细化设计的一次有意义地尝试.     

结构加层减震动力随机响应分析

将地震动模拟为平稳随机过程．研究了对已有结构进行加层处理后的抗震性能变化,分析了各参数对加层结构抗震性能的影响,得出了一些具有理论和实践意义的结论．     

大跨度空间网格结构多维多点随机地震反应分析

对大跨度空间网格结构进行三向正交地震动的多点激励下的随机地震反应分析．建立了多维多点随 机地震动激励下的地震反应分析方法,并依据建筑抗震设计规范确定了平稳随机地震动功率谱密度的模型 参数．数值仿真分析了某柱距80 m的大跨度平板网架分别在一维地震动或三维地震动的一致激励、行波激 励和考虑部分相干效应的随机激励下的地震反应．结果表明:考虑地震动的空间效应后,关键杆件的内力 增幅可达30％;多维地震作用比单维地震作用下结构杆件的内力大．由此得出结论,对于大跨度空间网格 结构的地震反应分析,必须考虑多维地震动的多点激励．     

基础隔震结构动力可靠度分析及参数优化

假定地震为平稳过滤高斯白噪声过程,基于隔震支座的等效动刚度和等效黏滞阻尼比建立了基础隔震结构的动力方程.针对动力方程中非经典阻尼的情况,采用状态空间理论和复模态叠加法对振动方程进行了解耦,推导了基础隔震体系上部结构和隔震层在随机地震动激励下的方差反应解析式.采用变形准则分别定义了上部结构和隔震层的极限状态,根据首次超越机制,并基于串联可靠度模型建立了隔震结构在给定地震动下的条件动力可靠度计算方法.通过一个基础隔震框架计算实例,说明了该方法的运用.在此基础上,分析了隔震支座等效动刚度和等效黏滞阻尼比对隔震结构随机反应和可靠度的影响,并以失效概率为优化目标,对隔震参数进行优化.该方法可以从整体上对隔震结构可靠性进行评估,为基于可靠度的隔震参数优化提供基础.     

结构-地震动双随机的隔震结构倒塌鲁棒性分析

为分析基于结构及地震动双随机的隔震结构竖向连续倒塌鲁棒性,依据二次四阶矩可靠度理论提出随机鲁棒性指标,通过对比分析隔震结构考虑结构随机、地震动随机性以及同时考虑结构-地震动随机性的鲁棒性指标,揭示随机性对隔震结构竖向连续倒塌鲁棒性的影响,以及PGA对隔震结构抗竖向连续倒塌鲁棒性产生的作用.研究结果表明:基于可靠度的随机鲁棒性指标可定量评估隔震结构抗竖向连续倒塌能力;若仅考虑结构随机或地震动随机,均会高估结构抗竖向连续倒塌能力;此外,随PGA增大,结构抗竖向连续倒塌鲁棒性下降,强震作用下,隔震结构极可能发生竖向连续倒塌现象.     

高压变电站系统抗震可靠性分析

利用有限元软件Ansys建模进行模态分析,得出电气元件各阶自振频率和振型.根据抗震规范规定的地震动参数,采用振型分解反应谱法计算各电气元件最不利截面应力的均值和方差.应用一次二阶矩理论,计算电气元件在给定地震作用下的抗震可靠度.采用网络系统的分析方法,计算变电站在给定地震作用下的3个准则的抗震可靠度.通过工程实例分析了...     

风荷载作用下输电塔结构动力可靠度分析

介绍一种新的随机结构分析方法-概率密度演化方法,以及基于该方法的动力可靠度分析方法．为 了实现其在风工程中的应用,从随机Fourier谱的思想出发,阐述了随机风场具有随机性的物理本质,给出 了两个基本随机变量-地面粗糙度z0和10 m高平均风速U10服从的概率密度函数．最后,应用概率密度演 化方法对某输电塔结构受风荷载作用下的动力可靠度进行了分析,并将分析结果同随机模拟方法计算得到 的结果进行比较．算例证明,概率密度演化方法可以准确、有效地分析风荷载作用下输电塔结构的动力可 靠度．     

磁流变阻尼器减振结构振动台试验与动力可靠性分析

为研究随机激励作用时磁流变阻尼器在结构中的实际减振效果以及对结构动力可靠度的影响,开展了随机地震动作用下磁流变阻尼器减振结构振动台试验,并采用等价极值事件原理和概率密度演化方法,对有控和无控模型结构的动力可靠度分别进行了分析.结构控制振动台试验中,采用基于物理随机地震动模型生成的地震动样本作为台面输入.试验及分析结果表明,磁流变阻尼器能够显著降低模型结构层间位移反应的均值和标准差,同时,大多数楼层的绝对加速度反应亦取得了一定的减振效果;随机地震动作用下,模型结构动力响应的变异性显著,并且不同试验地震动样本作为台面输入时,磁流变阻尼器取得的减振效果不同;采用磁流变阻尼器作为减振装置,能够显著提高模型结构各楼层可靠度以及体系可靠度.     

框架结构的基于位移概率统计的可靠性分析

基于结构位移概率与统计的分析方法,对框架结构在遭遇可能的地震动作用下的的可靠性进行了分析研究。选取层间位移角作为钢筋混凝土框架结构抗震性能评估的整体指标,通过统计分析钢筋混凝土框架结构在不同地震动作用下的层间最大弹塑性位移角,得出结构层间最大弹塑性位移角的分布类型,建立结构可靠度的近似分析方法,计算出结构的可靠度。在选取多个地震动对一RC框架结构进行弹塑性时程分析后,计算得到结构的整体可靠度,显示该结构是基本安全的。计算结果表明,结构层间最大弹塑性位移角呈正态分布类型,继而得出了结构整体可靠度的近似评估方法,且能大致确定结构薄弱层所处的位置。     

人工主余震型地震动作用下框架结构可靠度

着眼于地震动在幅值、持时、频谱方面的工程特性,利用主震与余震之间峰值加速度、强震持时、场地卓越频率的关系,构造主余震型地震动过程的演变功率谱模型。随后,运用谱表示-降维方法,实现仅用3个基本随机变量便可在概率层面精细地模拟主余震型地震动过程。进一步地,根据概率密度演化理论和基于首次超越破坏的极值可靠度理论,在概率密度层面上对办公楼框架结构进行精细化的动力响应分析和可靠度评价。算例表明,降维方法可应用数论选点方法,生成可满足工程精度要求的较少代表性样本集,且集合概率信息完备。进而可与概率密度演化理论结合,获得阈值下丰富的概率信息。研究为框架结构的主余震型地震反应和抗震可靠度分析提供了新的途径。     

基于随机摄动法的可靠性灵敏度计算的修正公式

为了更好地解决工程实际中的非线性系统的可靠性求解问题,基于可靠性设计的随机摄动法,将可靠性设计理论和灵敏度分析方法相结合,对具有正态分布随机参数的可靠性灵敏度计算方法进行了修正,使其更加适用于工程实际中的非线性结构系统.编制了参数化的计算机程序,得到了结构可靠度随基本随机变量均值的变化曲线,并结合数值算例证明了针对强非线性的极限状态方程,运用修正后的方法使结构的可靠度对基本随机变量均值灵敏度的计算精度得到了明显的提高,为工程实际提供了更加精准的理论依据.