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.     

基于建筑抗震规范的随机地震动时程生成

基于建筑抗震规范反应谱,利用反应谱与功率谱之间的近似转换关系,将规范反应谱转换为功率谱,并结合强度调制函数来构造演变功率谱.应用非平稳随机过程模拟的谱表示—随机函数方法,即可生成随机地震动的代表性时程集合.为了使生成的随机地震动代表性时程能够应用于工程结构抗震设计,需要对功率谱进行迭代修正,直到代表性时程的平均反应谱与规范反应谱拟合一致.结果表明,该方法简便有效,具有足够精度,可在实际工程中推广使用.     

考虑随机参数的框架剪力墙结构抗震可靠度分析

基于随机函数的降维思想,分别建立了全非平稳地震动概率模型与随机参数结构模型,实现了随机地震动作用下随机参数结构的抗震可靠度分析.首先,应用谱表示随机函数方法,将全非平稳地震动过程表达为仅含一个基本随机变量的随机函数形式.其次,将随机函数思想引入到具有随机参数的结构中,实现了仅用一个基本随机变量来表达随机参数结构的目的.最后,以层间位移角为评价指标,结合概率密度演化理论,计算随机地震动作用下随机参数结构的抗震可靠度.研究表明,仅需两个基本随机变量即可表达随机动力系统的随机性,从而降低了复杂随机参数结构抗震可靠度分析的难度.     

基于演变谱和正交化HHT法的类谐和长周期地震动合成

结合演变谱理论和正交化HHT法的优点,建立了一种能同时反映强度和频率非平稳特性的地震动人工合成方法.选取1999年台湾集集地震中的2条类谐和长周期地震动记录作为原始地震动进行了人工合成,并进行了局部功率谱密度分析和反应谱分析.分析结果表明,本文建立的地震动合成方法能实现对地震动频率非平稳性的模拟,合成的类谐和长周期地震动时程与原始地震动时程在能量时频分布上具有较好的一致性,且弹性反应谱及弹塑性反应谱的拟合精度较高,可供工程结构地震反应分析使用.     

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.     

随机地震波的构造及其在重力坝抗震计算中的应用

本文根据反应谱与功率谱的近似转换关系构造基于非平稳过程模型的初始随机地震波．在此基础上．建议了一种基于概率理论的控制加速度峰值的方法．并把概率统计与调幅迭代技术结合起来，给出了提高随机过程反应谱拟合精度的全子样迭代法．通过宏观调幅迭代，产生满足地震动三要素(地震动强度、地震持时和频谱特性)的随机人工地震波．作为应用．文中计算了刘家峡及柯依那重力坝的抗震可靠度．计算结果与实际震害及有关分析结果一致，说明所建议的方法用于结构的抗震计算是合理可行的．     

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.     

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。     

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.     

空间相关非平稳地震动反应谱拟合

为了给大跨度结构的抗震分析提供空间多点相关地震动加速度时程,在前人研究的基础上,提出根据标准设计反应谱合成非平稳空间相关多点地震波的方法.从规范反应谱出发得到功率谱,然后由地震动的空间相关性得到功率谱矩阵,用三角级数法生成各点地震动.生成的地震波具有地震动的空间相关性,同时还考虑了强度和频率的双重非平稳性, 在保证相关性的前提下对初始波进行修正使其反应谱与规范反应谱逼近.数值算例表明,利用该方法生成的地震动加速度反应谱具有较高的拟合精度,合成的多点时程可用于大坝等延伸结构多点激励的地震动输入.     

反应谱兼容的时频非平稳地震动合成及其对结构非线性响应的影响

基于演化谱和正交HHT方法合成地震动,通过迭代调整时变功率谱,使合成的地震动时程反应谱拟合目标反应谱,提出一种与目标反应谱兼容的时频非平稳地震动合成方法.以El Centro地震加速度时程南北分量作为种子地震动时程,设计与目标反应谱兼容的4组加速度时程,分别对7层和15层的2栋钢筋混凝土框架结构进行非线性时程分析,研究...     

利用正交Hilbert谱模拟非平稳随机地震动

基于样本记录正交HHT变换的Hilbert谱提出了非平稳随机地震动过程的模拟方法。 利用正交EMD法对IMF分量进行处理,克服了传统EMD分解存在能量泄漏的缺点,使正交HHT法可以精确分析非平稳信号的时频特性。在此基础上,把样本的Hilbert谱均值作为地震动随机过程的目标Hilbert谱,引入随机相位角来进行非平稳随机地震动过程的仿真,并且给出了随机过程的统计特性函数。通过对2个地震动记录的模拟,验证了模拟的地震动样本,能完全反映原记录强度和频率的非平稳特性,在时频分布上和原记录非常接近,具有相同的统计特征,并且模拟样本之间也具有良好的离散性。     

非平稳空间变化地震作用下的大跨斜拉桥响应分析

大跨度工程结构的地震响应分析和抗震设计必须考虑地震动的空间变化效应。以大跨斜拉桥为工程背景,提出了一个空间变化地震动的时变相干函数模型,利用谱表现方法对地震动位移时程进行了模拟。建立了斜拉桥的有限单元模型,计算了其在非平稳空间变化地震作用下的响应。结果表明:提出的时变相干函数模型能够用于各向异性空间变化地震动的样本模拟;提高阻尼系数能够有效增强阻尼器耗能能力,进而增强结构抗震能力,但阻尼系数对阻尼器耗能能力的影响会出现饱和现象。     

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.     

考虑转动激励影响的不规则结构地震响应分析

地震动是一种典型的非平稳随机过程,其特性与结构的场地土条件、远近震等因素密切相关.文章主要考虑了场地土条件对地震动功率谱的影响,采用小波分析的方法,计算演变随机地震动激励对应的小波系数,并生成了地震动平动激励和转动激励的加速度时程,以之作为等效激励输入,对一个Ⅱ类场地上的不规则结构进行了仿真分析.结果表明,对于不规则结构而言,地震动激励的转动部分和非平稳特性对结构的动力响应有显著的影响.     

基于结构健康监测的苏通大桥实测强风演变功率谱

对基于小波变换的非平稳时间序列演变功率谱密度函数的估计方法进行了总结.以苏通大桥结构健康监测系统实测的台风达维、海葵以及冬季强北风数据为研究对象,基于Morlet小波计算了上述3个实测典型强风的演变功率谱密度函数.实测风演变谱在时域内的均值与傅里叶谱吻合良好,验证了演变谱估计结果的准确性.实测强风的演变功率谱分析结果表明,脉动风的能量主要集中在低频部分,且脉动风速功率谱随时间变化显著,具有较强的非平稳特性.基于平稳随机过程假设的传统风谱计算方法无法准确描述实测强风风谱的非平稳特征.研究结论可为桥址区三维非平稳脉动风场的准确模拟以及强/台风作用下苏通大桥的非平稳抖振分析提供实测参考.     

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.     

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.     

非平稳随机过程功率谱与自相关的关系推导

涉及随机过程的文献或书籍通常只介绍广义平稳随机过程的功率谱密度与自相关函数的关系,即佩利-维纳准则.本文就非平稳随机过程的功率谱与自相关之间的关系进行了推导,结论是功率谱密度与自相关函数的时间平均是1对傅立叶变换.     

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．