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。     

爆破地震波模拟研究

从工程实际出发,基于非平稳随机过程模型,首先确定要模拟的爆破震动信号的功率谱并将其作为目标谱,在所需研究的爆破震动频率范围内产生一定数量的随机数来作为模拟爆破震动波的频率,在假设爆破震动信号是由不同频率的谐波函数合成的基础上,利用谐波函数叠加的方法合成需要模拟的爆破震动。根据提出的数学模型,编制了相应的计算程序,实现了爆破地震波的人工模拟。提出了模拟两点(微差)爆炸和多点(微差)爆炸产生的地震动时程的非平稳随机过程实用模型,模拟了两点(微差)爆炸和多点(微差)爆炸产生的爆破地震波时程特性。结果表明,模拟得到的爆破地震波时程能够很好地再现爆破地震波的特性。     

剪力墙结构振动台试验的概率密度演化分析

本文将地震动加速度过程分解为两个独立的随机过程:第一个随机过程为已知演变功率谱的全非平稳地震动过程,应用非平稳过程模拟的谱表示-随机函数方法,即可生成代表性样本集合及其平均反应谱;第二个随机过程为修正的非平稳地震动过程,其功率谱密度函数由第一个随机过程的平均反应谱与规范反应谱的拟合误差来计算。通过第二个随机过程演变功率谱的修正,即可生成与规范反应谱拟合一致的全非平稳地震动加速度代表性样本,实现了地震动随机过程的降维表达。得益于该方法,本文生成了7度多遇地震作用下的34条全非平稳地震动加速度代表性样本集合,且每一条代表性样本具有给定的赋得概率,所有代表性样本构成一个完备的概率集。将该代表性样本集合作为一个12层现浇剪力墙缩尺模型结构振动台试验的随机地震激励输入,通过振动台试验测得剪力墙结构的加速度、速度、位移以及层间剪力等动力响应,应用概率密度演化方法,实现现浇高层剪力墙结构在随机地震作用下的概率密度演化分析及动力可靠度评估,为现浇高层剪力墙结构的抗震性能设计提供了有力依据。     

给定地震场景下的随机地震动降维模拟∗

建立了一种可根据地震场景预测和模拟随机地震动加速度过程的降维模型。首先,挑选了1 766 条实测强震记录,根据断层类型和场地类别进行了分组,并识别了各组地震动的演变功率谱参数;然后,基于地震场景参数和演变功率谱参数,训练了两者的高斯过程回归模型（GPRM）,并采用K-fold 交叉验证法,验证GPRM 预测的有效性和精确性;最后,基于非平稳随机过程的谱表示法,通过引入随机函数的降维思想,实现了在给定地震场景下的随机地震动降维模拟。数值算例表明,预测的样本在频谱、峰值、强震持时等方面均与实测记录保持一致,体现了本文方法良好的工程适用性。这为地震动目标地区提供较为合理的人工地震动数据以及工程结构的随机地震反应分析与可靠性评价奠定了基础。     

输电线路多塔耦联体系的风致动力响应分析

输电塔结构的安全直接关系到国家电网的运行可靠性,而风荷载则是威胁其安全的主要外因之一。基于此,首先以华东某500 kV输电线路的典型输电塔结构为背景,在有限元程序AN SY S开发环境下,建立了包含三塔两线的塔线耦联体系精细化有限元分析模型;然后,应用经典的基于功率谱密度函数的谱表现方法,结合D avenport谱生成了目标场地的风场;最后,利用该生成风场,进行了上述输电塔耦联体系模型的抗风动力响应分析,进而对比了输电塔的拟静力计算结果与多塔耦联体系的动力响应计算结果。研究结果表明,中国现行输电塔抗风设计方法是偏于不安全的,有待进一步的改进。     

谱元法数值模拟地震波传播

谱元法基于弹性力学方程弱形式基础之上,在有限单元上进行谱展开,从而使该方法具备了有限元适应任意复杂介质模型的韧性和伪谱法的精度,该方法又被称为高阶有限元方法或伪谱法的域分解,同时为地震波传播的数值模拟提供一种方法。本文阐述了基于Legendre多项式的谱元法的理论和推导过程,相对于Chebychev谱元法,Legendre谱元法可以形成对角的全局质量矩阵,这样可以形成显式的时间差分算法,提高运算效率。最后,进行了复杂介质的各向同性地震波数值模拟,结果表明这是数值模拟地震波传播的有效方法。     

基于SHMS的润扬悬索桥桥址区北风特性的研究

气象研究表明,作用在润扬悬索桥上的强风荷载主要是夏季台风和冬季偏北大风。运营近三年来,润扬悬索桥结构健康监测系统(SHMS)中的风速仪记录了经过该桥址区的大量强风样本。本文通过对北京时间2007-03-10 T13:00～2007-03-10 T16:00期间的实测强北风风速风向数据的分析,得到了该时段的风速和风向、紊流强度、紊流积分尺度、紊流功率谱密度函数等强风特性。结果表明,桥址区实测北风风速风向较稳定;顺风向紊流功率谱密度函数与Kaimal谱吻合较好;紊流强度较规范偏高。     

拟合水工设计反应谱的人工地震波的生成与Huang变换校正

根据非平稳输入下建立的功率谱与均值反应谱之间的关系,合成基于水工设计反应谱的人工地震波,并对其幅值进行修正,降低了高频区误差作用;为了解决加速度时程积分后的速度、位移时程的零线漂移现象,利用Huang变换得到加速度时程的固有模态函数,由Huang变换方法得到的最低频率固有模态函数分量通常情况下代表原始信号的趋势或均值,对去掉均值后的加速度时程进行积分得到的速度、位移时程不存在零线漂移问题。     

地铁车站人员疏散离散时间模型研究

疏散时间对于保证地铁车站这类复杂建筑结构内人群的安全至关重要,本文借鉴群集流动理论建立了用于计算地铁车站人群移动时间的疏散离散时间模型(EDTM),模型中的人群流动系数取值不同于传统计算公式中的常量,依据的是经典的车站人群密度与速度函数关系式。将此模型用于某地铁车站站台层,求解楼梯出口疏散人数与时间的关系,并与Building EXODUS疏散软件的模拟结果以及传统地铁车站疏散时间计算公式的计算结果进行了对比,分析表明,EDTM计算结果与EXODUS疏散模拟结果非常接近,且比传统公式计算更为精确和符合实际情况。该计算模型可以为地铁车站人群疏散时间计算、建筑出口性能化设计,以及地铁车站事故应急预案的制定提供更有效的工具。     

基于台风风场经验模型的海面风场数值模拟

为估算经过海面时摩擦力对台风风场造成的影响,引入了适用于从低风速到高风速计算的关于海面10 m高风速U_(10)的海面拖拽系数C_d的表达式,进一步发展了以Vickery台风风场模型为基础的台风风场经验模型。然后,将利用不同Charnock常数μ计算得到海面拖拽系数C_d随U_(10)的变化情况与实测数据进行了对比。最后,将台风风场经验模型应用于台风"黑格比"期间经过海面时台风风场的数值模拟。将计算得到的台风1 h平均风速与海面观测塔获取的观测数据进行了对比。研究结果表明,基于此海面拖拽系数C_d表达式的台风风场经验模型能对经过海面时的台风风场进行很好的模拟。     

中国大陆地区年最大平均风速的概率密度函数

根据中国大陆地区1951-2002年的实测风速数据资料，采用密度演化方法进行了各站点年最大平均风速的概率密度函数估计，给出了大陆地区年最大平均风速均值和标准差的等值线分布图。与常用的基于拟合优度检验的概率密度函数估计和统计量分析不同，所提方法不需要进行先验分布类型的假定，可以通过直接计算给出与基本数据经验分布函数符合得较好的概率密度函数与概率分布函数。对比研究表明，该方法给出的统计结果是可信的，具有工程实用参考价值。     

用计算机仿真技术检验自然灾害模糊风险模型

自然灾害模糊风险是用模糊集对自然灾害风险的一种近似表达．本文建议了一种计算机仿真方法，用来检验计算模糊风险的模型是否可靠．假定真实的概率风险可以用某个概率密度函数来表达，当用某种模型依据小样本来估计这个函数时，必然会存在误差．设给定概率密度函数的其望值为Ｅ， 用传统模型估计得到的概率密度函数的期望值为Ｅ，用某种模糊数学方法计算出来的模糊概率分布的期望值为Ｅ．如果Ｅ与Ｅ的差小于Ｅ与Ｅ的差，则说明模糊风险模型比较可靠．本文给出了计算Ｅ的公式，对计算机仿真实验进行设计．并给出了产生随机数的３个重要程序．     

强风环境非平稳风速模型及应用

提出了强风环境非平稳风速分析模型。该模型将风速记录分解为时变平均风和零均值平稳脉动风分量两部分,给出了经验模型法确定时变平均风的步骤并重新定义了风特性参数的计算公式。分别采用非平稳和平稳风速模型进行了1 851小时实测强风资料的风特性参数计算并做了对比分析。结果显示非平稳模型计算得到的紊流强度和积分尺度较平稳模型小,而平均风速及相干函数的衰减系数则相当接近,非平稳模型较平稳模型更适合描述强风特性。     

总体样本风速风向联合概率分析方法

提出了针对总体样本的风速风向联合分布的实用统计分析方法。假定任意给定风向上的风速符合某一概型分布、风向间的关联以风速资料的相对发生频率反映、不同风向间的概型参数及频率分布的变化满足谐波函数,在此基础上,利用风速风向资料的总体样本可以得到一个能够反映任意方向的风速风向联合分布函数。利用澳门地区的百年风资料与某风站连续5年的风速观测记录,对该方法的可行性进行了验证。分析表明,该方法具有一定的适用性,便于结构的抗风可靠性分析,具有一定的工程应用价值。     

高层建筑的顺风向风振响应分析及舒适度研究

根据性能设计的要求,高层建筑的抗风设计需要考虑人员舒适性要求。本文提出了用于结构顺风向风振响应分析的广义脉冲响应函数法,用来计算随机激励和结构响应之间的传递函数,这样就可以计算高层建筑结构在风荷载作用下的动力响应特性,并用动力可靠度计算结构在脉动风荷载作用下的舒适度失效概率。     

超大跨度渡槽脉动风频率特性分析

贵州龙场渡槽是我国目前最大的拱跨渡槽,其脉动风频率特性分析对设计工作具有极其重要的指导作用。计算了龙场渡槽在有水、无水工况下的前20阶自振频率,分析了相应的振型;采用极值Ⅰ型概率分布函数,计算得到龙场渡槽所在地的50年一遇最大设计风速为17.6m/s;针对1986～2010年间的3次强风风速和50年一遇最大设计风速,计算了龙场渡槽所在地典型高程处的脉动风功率谱密度。研究表明:在同一高度,随着年平均最大风速的增加,功率谱密度最大值逐渐增大,其对应的频率也在增大;对于同一风速,随着高度的增加,功率谱密度的最大值逐渐增大,其对应的频率也在增大。通过比较龙场渡槽自振频率与脉动风功率谱密度显著值所对应的频率,认为龙场渡槽在上述风速下不会发生共振现象。     

平稳地震地面运动改进金井清谱的相关函数模型

胡聿贤平稳地震地面运动谱模型是对Kanai-Tajimi模型的一种改进。通过数学推导证明胡聿贤谱是将基岩地震动模拟为过滤白谱过程,经具有某种特性的线性单自由度土层滤波后而形成的,从而在物理上解释了胡聿贤模型的合理性;研究了低频截止频率的作用,推导出胡聿贤模型的相关函数的表达式。本文所得结果可为结构随机地震反应时域分析提供基础。     

基于ASD-KDE算法的超短期风电出力区间预测

为提高含风电场电网经济调度能力并降低电力系统规划决策的保守性,提出了基于原子稀疏分解-核密度( atom sparse decomposition-kernel density estimation, ASD-KDE)算法的超短期风电出力区间预测模型。该模型应用ASD计算出较为精确的点预测值,并采用粒子群优化正交匹配追踪算法提高原子分解过程的预测实时性。同时针对风电序列不同区域所具有的线性及非平稳特性,构建了衰减线性原子库及Gabor原子库,以期达到自适应分解的效果。再通过对原子分量和残余分量分别进行自预测和BP( back propagation) 神经网络预测,获得点预测值。在此基础上,通过对历史风电数据不同区间的划分,构建一维核密度估计模型,逐步滚动获取预测值的置信区间,从而降低了环境变化对预测结果的影响。实际风电场算例验证了所提方法的自适应性、快速性及有效性。