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基于近场发震构造最大可信地震的坝址设计参数综合评价

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土木工程学报 2022年第3期55卷 117-128页

作者：俞瑞芳张翠然张冬锋孙吉泽俞言祥中国地震局地球物理研究所北京100081 中国水利水电科学研究院北京100048 深圳防灾减灾技术研究院深圳518003

受近场大震影响的大坝场址,基于最大可信地震进行坝址地震动参数估计是现行水工抗震设计标准提出的要求,但工程实践中缺乏可操作性的规定。该文主要目的是基于随机有限断层法,考虑符合真实特性的震源破裂、路径及场地衰减等影响,建立坝... 详细信息

受近场大震影响的大坝场址,基于最大可信地震进行坝址地震动参数估计是现行水工抗震设计标准提出的要求,但工程实践中缺乏可操作性的规定。该文主要目的是基于随机有限断层法,考虑符合真实特性的震源破裂、路径及场地衰减等影响,建立坝址最大可信地震动参数评价方法,并以溪洛渡坝址为应用实例进行详细说明。首先针对地震活动和地质环境复杂的工程场地,建立一套适合于工程应用的大震近场地震动参数评价体系,包括设置震源模型、路径及场地参数的取值水平、设计地震动模拟方案及建立场地参数评价准则等;然后,对溪洛渡坝址区域发震构造复杂性进行分析,确定影响坝址的三条强震构造的震源参数及震级上限;最后,对坝址最大可信地震动参数进行讨论,构建不同层次和风险水平的设计参数评价方法。文中建立的方法能够考虑坝址发震构造的复杂性,反映不同震源对坝址地震动参数的影响,为大坝结构抗震设计提供合理的地震动输入。

关键词：最大可信地震近场大震发震构造随机有限断层法溪洛渡坝址

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局部场地地震动高频衰减系数估计模型

地震学报 2023年第5期45卷 919-928页

作者：稂子平俞瑞芳肖亮傅磊周健中国地震局地球物理研究所北京100081

采用随机有限断层法进行地震动模拟时,选用合理的参数描述特定局部场地近地表高频衰减特征,对评价地震动模拟结果的正确与否具有重要的实践意义.在工程场址地震动参数预测中,如何快速确定参数的取值,是实际应用中亟需解决的问题.首先对... 详细信息

采用随机有限断层法进行地震动模拟时,选用合理的参数描述特定局部场地近地表高频衰减特征,对评价地震动模拟结果的正确与否具有重要的实践意义.在工程场址地震动参数预测中,如何快速确定参数的取值,是实际应用中亟需解决的问题.首先对场地高频衰减系数κ_(0)与平均剪切波速v_(S30)的相关性进行了分析;然后,基于国内外学者计算得到的546个κ_(0)系数,采用一定时窗内的κ_(0)均方根值,讨论其随平均剪切波速v_(S30)增加的变化趋势.结果表明,虽然κ_(0)具有明显的区域差异性,但其均方根值随着v_(S30)的增大呈现出逐渐减小的趋势.为了得到合理的κ0估计模型,分别采用线性函数、多项式函数、对数线性函数和双对数线性函数对κ_(0)均方根值与v_(S30)的关系进行初步拟合,结果表明,对数线性函数能够较好地描述κ_(0)与v_(S30)之间的关系.最后,基于筛选得到的477个数据,采用最小二乘法对模型参数进行拟合,建立了适合工程应用的κ_(0)-v_(S30)模型.对模型适用性的分析表明,本研究所构建的κ_(0)估计模型能够合理估计地震动的高频衰减影响.

关键词：地震动模拟高频衰减系数κ_(0) 平均剪切波速v_(S30) 最小二乘法

具有过阻尼特性的非比例阻尼线性系统的复振型分解法

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建筑结构学报 2006年第1期27卷 50-59页

作者：俞瑞芳周锡元北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室北京100022

对于具有过阻尼特性的非比例阻尼线性系统,如何应用振型分析方法计算地震反应的问题至今尚无很充分的研究。本文从基于复模态理论的振型分解法一般表达式出发,给出了具有过阻尼特性的非比例阻尼结构动力反应的时程叠加法公式,同时还对... 详细信息

对于具有过阻尼特性的非比例阻尼线性系统,如何应用振型分析方法计算地震反应的问题至今尚无很充分的研究。本文从基于复模态理论的振型分解法一般表达式出发,给出了具有过阻尼特性的非比例阻尼结构动力反应的时程叠加法公式,同时还对具有成对复特征值和实特征值的系统提出了基于反应谱的复完全平方组合(CCQC)法和复平方和开方(CSRSS)法的计算公式。通过对一个典型实例的分析,验证了公式的正确性和有效性。此外,本文阐明了过阻尼体系的基本特性、数值计算方法和基于地震反应谱的峰值反应计算方法,结果表明从具有复特征值的一般线性动力系统发展而来的复振型叠加计算方法对于具有过阻尼特性的系统原则上也是适用的。文中的算例还表明,当非经典阻尼线弹性结构的部分振型出现过阻尼情况时,目前广泛应用于抗震设计规范的强迫解耦法可能导致很大的计算误差。

关键词：非比例阻尼复模态过阻尼

非比例阻尼线性体系基于规范反应谱的CCQC法

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工程力学 2006年第2期23卷 10-17,9页

作者：周锡元俞瑞芳北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点试验室北京100022

根据平稳随机过程理论和抗震设计反应谱,对具有非比例阻尼特性的线性体系,给出了实数形式的复振型反应谱叠加法和复振型完全平方组合(CCQC)计算公式。式中除了包含一般CQC方法中振型间的位移相关系数以外,还包含了新的速度相关系数和位... 详细信息

根据平稳随机过程理论和抗震设计反应谱,对具有非比例阻尼特性的线性体系,给出了实数形式的复振型反应谱叠加法和复振型完全平方组合(CCQC)计算公式。式中除了包含一般CQC方法中振型间的位移相关系数以外,还包含了新的速度相关系数和位移-速度相关系数。公式推导按照与一般CQC法同样的原理和假定,形式也同样简洁、明了,易于工程设计人员掌握和使用。用实例分析对比了基于设计反应谱的CCQC法、CSRSS法及强迫解耦法,并以人工地震波作为地震输入,用逐步积分法对计算结果进行了验证。结果表明:提出的CCQC法比CSRSS法具有更好的精度。实例分析还表明,对于一般的强非比例阻尼结构,抗震设计规范中采用的强迫解耦方法也具有较好的精度。

关键词：结构地震反应非比例阻尼复振型叠加 CCQC CSRSS

大型非比例阻尼线性系统的地震反应复振型分析方法

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计算力学学报 2008年第4期25卷 434-441页

作者：俞瑞芳周锡元北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点试验室北京100022

对于大型非比例阻尼线性系统,当采用基于复振型的振型叠加方法进行动力反应分析时,按照通用算法(例如雅克比法)求解结构全部振型向量的计算工作量很大,甚至是不现实的。本文将经典阻尼系统中行之有效的Lanczos法和子空间迭代法加以推广... 详细信息

对于大型非比例阻尼线性系统,当采用基于复振型的振型叠加方法进行动力反应分析时,按照通用算法(例如雅克比法)求解结构全部振型向量的计算工作量很大,甚至是不现实的。本文将经典阻尼系统中行之有效的Lanczos法和子空间迭代法加以推广和改进,给出了一组可对原来的方程进行自由度缩减的实向量基,然后与Foss变换相结合,得到一组实用的复向量基,使之适用于求解复杂非比例阻尼线性系统的任意低阶复振型和相应的复特征值,适用于任意扰力作用下的动力反应分析。理论推导和实例计算表明,本文所给出的复向量基概念清晰,计算效率高,能够适应对具有非比例阻尼特性的大型复杂结构进行动力分析的实际需要,其中包括地震作用下的时程分析和反应谱振型叠加分析。

关键词：非比例阻尼 Lanczos向量子空间迭代复向量基 CCQC法

基于时-频包线的非平稳地震动合成及其对结构非线性响应的影响

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振动工程学报 2018年第2期31卷 198-208页

作者：曲国岩俞瑞芳中国地震局地球物理研究所北京100081

地震动频率非平稳特性对结构的非线性响应有重要影响。引入具有统计参数的时-频包线函数来近似模拟地震动频率非平稳特性,建立了以反应谱为目标的非平稳地震动拟合方法。以天然地震动为种子,设计了4种时程拟合方案,得到了满足相同目标谱... 详细信息

地震动频率非平稳特性对结构的非线性响应有重要影响。引入具有统计参数的时-频包线函数来近似模拟地震动频率非平稳特性,建立了以反应谱为目标的非平稳地震动拟合方法。以天然地震动为种子,设计了4种时程拟合方案,得到了满足相同目标谱的4组加速度时程,结果分析表明,(1)本文建立的地震动拟合方法,能够很好地保留原始地震动的非平稳特性和持续时间,且拟合精度较高;(2)基于实际地震动提取的时-频包线函数,能够较好地模拟地震动频率的非平稳特性;(3)基于统计参数定义的时-频包线函数能够近似模拟地震动频率非平稳特性,与真实地震动频率随时间的变化规律符合较好。以这4组地震加速度时程作为输入,分别对层数为7层和15层的规则钢筋混凝土框架结构进行三维非线性时程分析,结果表明,采用仅考虑强度非平稳特性的地震输入,存在低估规则钢筋混凝土结构非线性响应的风险,因此在人工合成地震动中应该考虑其频率的非平稳特性,合理估计结构的非线性响应,保证结构设计的安全性。

关键词：随机振动地震动结构非线性响应频率非平稳特性地震动合成

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建筑结构抗震设计方法的新进展

建筑结构 2006年第S1期36卷 25-33页

作者：周锡元俞瑞芳中国建筑科学研究院工程抗震研究所北京100013 北京工业大学 100022

在回顾建筑结构抗震设计方法发展历程的基础上,简要地讨论了抗震设计规范中所采用的反应谱振型分解方法的假设条件和存在问题,分析了比例阻尼或经典阻尼理论的适用范围和研究非比例阻尼情况下振型分解理论的必要性。重点介绍:1)建立了... 详细信息

在回顾建筑结构抗震设计方法发展历程的基础上,简要地讨论了抗震设计规范中所采用的反应谱振型分解方法的假设条件和存在问题,分析了比例阻尼或经典阻尼理论的适用范围和研究非比例阻尼情况下振型分解理论的必要性。重点介绍:1)建立了实数形式的非比例阻尼的复振型分解理论,给出了适合于规范应用的一般计算公式,指出已有关于比例阻尼的相应计算公式只是其特殊情况;2)成功地将在各国抗震设计规范中广泛应用的CQC方法推广到具有复振型的非比例阻尼系统的一般情况,称为CCQC方法;3)进一步将CCQC方法推广到多维和多点激励的情况(三向输入时称为CCQC3法);4)解决了非比例阻尼系统过阻尼振型地震响应的计算方法,针对系统具有重特征值时情况提出地震响应的相应计算方法;5)考虑到地震地面运动的非平稳特性,发展了随时间变化的完全平方组合CCQC(t)方法;6)提出了一种求解大型复杂结构有限个数低阶复振型的有效方法,减少了目前规范中应用的强逼解耦方法带来的未知误差;7)提出了部分平方组合的概念,研究了初步的判断准则,通过实例分析,初步给出了新方法的适用范围和注意事项,供设计师在实际工作中加以考虑和应用。

关键词：非比例阻尼 CQC法 CCQC法多维多点激励过阻尼重特征值

地震动强度非平稳特性参数与结构响应之间的近似定量关系分析

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地震学报 2016年第6期38卷 924-933页

作者：柳夏勃俞瑞芳中国地震局地球物理研究所中国北京100081

本文在对实际地震加速度记录统计分析的基础上,给出了能够合理描述地震动强度非平稳特性的参数及其取值范围;然后引入实验设计方法,建立了适合于地震动强度非平稳特性参数分析的实验设计算法,用来分析地震动强度非平稳特性参数的变化对... 详细信息

本文在对实际地震加速度记录统计分析的基础上,给出了能够合理描述地震动强度非平稳特性的参数及其取值范围;然后引入实验设计方法,建立了适合于地震动强度非平稳特性参数分析的实验设计算法,用来分析地震动强度非平稳特性参数的变化对结构响应的影响;最后通过与近似技术相结合,建立了地震动强度非平稳特性参数与结构响应之间的近似定量关系模型.结果表明,本文提出的实验设计方法适合于对地震动强度非平稳特性参数进行分析,该方法在有效地减小计算量的同时,获得了结构响应与参数变化之间的对应关系.基于实验设计方法进行的特性参数方差分析结果表明:地震动的稳态持时对结构地震响应的影响比较显著;对于周期较小的结构,特性参数之间的交互作用对结构地震响应的影响显著,但当周期大于1s时,则不显著.本文建立的近似定量关系模型能够较好地反映不同特性参数、不同周期结构动力响应之间的联系,为工程实践中基于结构特性合理设置地震动特性参数、合成或挑选地震加速度时程提供理论依据.

关键词：地震动非平稳特性实验设计响应面参数优化

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地震动时-频特性对土层场地地震反应的影响

土木工程学报 2021年第7期54卷 101-113页

作者：王少卿俞瑞芳李小军中国地震局地球物理研究所北京100081 北京工业大学北京100124

地震动非平稳特性对土层反应有重要影响。为了能够近似定量控制基岩地震动输入特性,文章首先基于时-频包线函数建立能够表征地震动频率非平稳特性的地震动拟合方法;然后选择3条主频率变化不同的加速度记录,引入两种不同的包线函数分别... 详细信息

地震动非平稳特性对土层反应有重要影响。为了能够近似定量控制基岩地震动输入特性,文章首先基于时-频包线函数建立能够表征地震动频率非平稳特性的地震动拟合方法;然后选择3条主频率变化不同的加速度记录,引入两种不同的包线函数分别模拟地震动强度或频率非平稳特性,设计了用于土层地震反应分析的三种输入方案,拟合完成42条加速度时程;最后,采用非线性场地反应计算方法对三类土体模型进行计算,分析基岩地震动频率非平稳性对地表PGA和加速度反应谱的影响。结果表明:①文章基于时-频包线函数建立的地震动拟合方法能够近似定量控制目标地震动强度与频率非平稳特性,可用于基岩地震动输入的拟合;②当基岩地震动主频率变化显著时,不考虑频率非平稳则存在低估地表地震反应的风险,且场地越硬、基岩峰值越大,低估程度越显著;③地震动频率时变特征对土层地表反应谱高频部分(2~5Hz)的影响与地震动高频成分集中的时间和土层性质相关:当基岩地震动高频成分集中在强震段时,采用仅考虑强度非平稳的拟合方法可在较硬场地得到相对保守的结果;④地震动频率随时间的变化对反应谱放大系数的影响与场地类型和反应谱周期有关,当基岩峰值较大时,对较硬场地5Hz左右的频率成分影响更大,但对三、四类场地条件,则对1Hz左右的土层反应影响更大。因此在拟合基岩地震动时,特别是输入地震动的峰值较大时,应结合结构自振周期、场地条件、工程需要等因素,考虑基岩地震动输入的频率随时间的变化特征,采用全非平稳方法进行人工地震动模拟。文章的研究成果对工程实践中合理设置基岩地震动模拟参数具有重要的指导意义。

关键词：地震动模拟地震动非平稳特性土层地震反应时-频包线函数