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岩土工程学报 2024年第10期46卷 2237-2244页

作者：庞锐卢韵竹季睿徐斌大连理工大学建设工程学院辽宁大连116024 海岸和近海工程国家重点试验室(大连理工大学) 辽宁大连116024

地震动的随机性对大坝的动力响应影响较大,极限抗震能力作为大坝抗震安全性能的重要环节,在评估过程中也应该充分考虑荷载随机性的影响。基于大量高土石坝随机动力有限元计算,探究坝顶震陷率和坝坡累计滑移量两个重要坝体变形指标之间... 详细信息

地震动的随机性对大坝的动力响应影响较大,极限抗震能力作为大坝抗震安全性能的重要环节,在评估过程中也应该充分考虑荷载随机性的影响。基于大量高土石坝随机动力有限元计算,探究坝顶震陷率和坝坡累计滑移量两个重要坝体变形指标之间的关系,并建议了土石坝安全控制标准。利用概率密度演化法对高土石坝进行极限抗震能力分析。结果表明:震陷率随着累计滑移量的增大而增大,二者之间符合逻辑斯蒂增长模型;取10%的超越概率,以250m规则高面板堆石坝和高心墙堆石坝为例,极限抗震能力分别为0.7g~0.75g和0.8g~0.85g;从概率角度提出了评估大坝极限抗震能力的新方法。

关键词：随机动力分析高土石坝极限抗震能力谱表达-随机函数法概率密度演化法

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基于随机动力分析的大跨度钢结构连廊整体提升施工动力效应研究

基于随机动力分析的大跨度钢结构连廊整体提升施工动力效应研究

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作者：吴忠奇扬州大学

学位级别：硕士

整体提升施工方法是针对大跨度钢结构高空安装广泛使用的一种施工方法,其具有起重量大、占用施工空间小、施工效率高等优势。但现行规范对其施工验算存在以下待优化问题:可靠性计算体系与建筑工程不同、动力效应与运动控制参数关系不明... 详细信息

整体提升施工方法是针对大跨度钢结构高空安装广泛使用的一种施工方法,其具有起重量大、占用施工空间小、施工效率高等优势。但现行规范对其施工验算存在以下待优化问题:可靠性计算体系与建筑工程不同、动力效应与运动控制参数关系不明确、尚无规范化的验算方法。对此,本研究采用2个大跨度钢结构连廊工程作为分析算例,针对启动阶段和稳定提升阶段进行随机动力分析,根据分析结果与《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2018）中可靠性设计的要求,提出了动力分项系数设计值γd,进而提出了用于整体提升施工结构安全性验算的等效静力分析方法。具体工作如下: （1）分析提升点运动过程,提出包含随机参数的提升点运动方程。通过对液压提升器的工作特点,提出符合液压提升器提升步骤的提升点运动方程,并通过该方程确定3个相关的运动控制参数:平均提升速度Vm、液压提升器单次最大提升位移Umax、提升点理论最大偏差值Bmax,并对以上运动控制参数的范围值以及变化梯度进行规定,生成包含Vm、Umax、Bmax三个变化参数的1620组提升位移时程数据,这些数据组将在后续的随机动力分析中使用。（2）确定参数间的相关关系,建立方程式。对2个算例工程分别建立有限元分析模型,基于3个运动控制参数生成的1620组数据进行随机动力分析,获得提升点反力时程数据,计算得到动力效应系数Rmax。对Rmax与3个运动控制参数Vm、Umax、Bmax分别进行相关性分析,发现Rmax不随Vm、Umax变化,且Rmax与Bmax呈现正相关线性关系。比对不同阶段工况下的分析结果,发现连廊结构在启动阶段的数据较稳定提升阶段更加离散。为消除模型跨度影响,对Rmax与倾角限值αmax的关系进行拟合分析,发现Rmax与αmax之间存在线性关系,提出拟合方程并确定方程系数。（3）通过对动力效应系数Rmax的统计分析,提出满足可靠指标β=3.2的动力分项系数设计值γd。对γd与αmax进行拟合分析,提出二者相关方程,其拟合优度为0.978,具有较高的拟合精度。（4）提出包含γd的等效静力荷载组合方法,使用该方法验算案例工程结构的安全性。根据《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2018）荷载标准组合公式,提出包含γd的等效静力荷载组合修正方法,使用该方法对2个连廊有限元模型进行模型结构整体安全性、提升架结构安全性、钢绞线选择三个方面的分析验算工作,为算例工程提出建议,并作为相似工程计算方法的参考。基于上述内容,本研究提出了大跨度钢结构连廊整体提升施工动力时程分析研究方法和等效静力分析安全性验算方法,并基于可靠性分析提出了动力分项系数设计值γd的计算方法。本研究的成果修正了现行规范相关内容,提高了该施工方法验算的可靠度,具有重要的理论意义与应用价值。

关键词：大跨度钢结构连廊随机动力分析整体提升钢结构施工

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基于随机动力分析的高面板堆石坝地震变形评价研究

基于随机动力分析的高面板堆石坝地震变形评价研究

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作者：周华大连理工大学

学位级别：硕士

我国的水资源主要集中在西部地区,为有效利用水资源,不少高坝大库在该地区中规划筹建,其中包含多座面板堆石坝高度达到250m级。坝址区地质、地形条件复杂,地震烈度高、板块活动频繁,这对250～300m级特高面板堆石坝的抗震安全构成了巨大... 详细信息

我国的水资源主要集中在西部地区,为有效利用水资源,不少高坝大库在该地区中规划筹建,其中包含多座面板堆石坝高度达到250m级。坝址区地质、地形条件复杂,地震烈度高、板块活动频繁,这对250～300m级特高面板堆石坝的抗震安全构成了巨大威胁。地震的突发性和不确定性是其固有属性,目前面板坝的抗震安全评价以确定性分析方法为主,不能考虑地震动随机性对结构响应的影响。此外,现行的国内外面板堆石坝抗震规范中均未对坝体沉降变形做出明确规定,因此开展考虑地震动随机性对面板堆石坝变形规律影响的研究对面板堆石坝抗震设计有较强的工程意义。针对上述问题,本文在国家自然科学面上项目“高土石坝随机动力分析与安全控制标准(No.51979026)”的资助下,采用随机动力分析方法,重点考虑了地震动的随机性,对四个250m级实际面板堆石坝工程进行了系统的数值模拟,研究了面板堆石坝在随机地震作用下加速度反应和堆石体沉降的概率分布规律,为高面板堆石坝的抗震设计和极限抗震能力的确定提供参考。主要工作如下:(1)基于谱表示-随机函数法并结合最新的水工抗震规范,建立了强度-频率全非平稳地震动模型,实现了快速生成具有丰富概率信息的地震动加速度时程样本;(2)考虑随机地震动样本量大小和有限元网格尺寸的敏感性对随机动力分析的影响。对不同随机地震动的样本量分组进行了对比,结果表明,样本量为144时的位移结果比大样本量时结果差异在2%以内;通过网格尺寸敏感性分析表明,10m网格的位移结果与2m相比,最大差异在5%以内,满足工程精度要求。(3)以古水、拉哇、大石峡和茨哈峡等四个实际面板堆石坝工程为研究对象建立了三维有限元模型并开展了系统的随机动力分析,利用概率密度演化理论和等价极值思想,研究了高面板堆石坝在不同强度(0.1g～1.0g)的随机地震作用下加速度和堆石体变形的概率密度信息和超越概率。综合4个工程的数值分析结果,建议了250m级高面板堆石坝基于沉降变形安全控制标准的极限抗震能力为0.7g～0.8g,为工程抗震设计提供参考。

关键词：随机动力分析高面板堆石坝概率密度演化变形

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被拖运管线的随机动力分析

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中外船舶科技 2000年第3期 25-31页

作者：吴建成华东船舶工业学院江苏镇江

对在随机传播海浪上被拖运管线的响应问题进行了研究。首先提出了一种对无限长管线的响应进行计算，随后再根据相应的边界条件进行修正的分析方法。然后，又提出了管线的有限元分析模型。两种方法均采用了线性频域方法，所得结果非常一... 详细信息

对在随机传播海浪上被拖运管线的响应问题进行了研究。首先提出了一种对无限长管线的响应进行计算，随后再根据相应的边界条件进行修正的分析方法。然后，又提出了管线的有限元分析模型。两种方法均采用了线性频域方法，所得结果非常一致，但第一种方法所需计算机时要比有限元方法少得多。

关键词：被拖运管线随机动力分析近海管线边界元

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浮动式钻井装置的随机动力分析

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济南大学学报 2000年第2期10卷 1-5页

作者：马汝建济南大学科研处山东济南250002

应用随机振动理论 ,对浮动式钻井装置在随机海浪作用下的动力响应进行了分析。在分析研究现在常用力学模型的基础上 ,建立了多自由度分布质量模型。应用谱分析方法 ,求出了系统的动力响应 ,进而得出由于系统振动而作用于大钩、升沉补偿... 详细信息

应用随机振动理论 ,对浮动式钻井装置在随机海浪作用下的动力响应进行了分析。在分析研究现在常用力学模型的基础上 ,建立了多自由度分布质量模型。应用谱分析方法 ,求出了系统的动力响应 ,进而得出由于系统振动而作用于大钩、升沉补偿装置及井架上动载的计算公式。

关键词：浮动式钻井装置随机动力分析海上石油开采

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高面板堆石坝随机动力响应分析及基于性能的抗震安全评价

高面板堆石坝随机动力响应分析及基于性能的抗震安全评价

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作者：庞锐大连理工大学

学位级别：博士

我国西部地区水能资源丰富,一批200～300m级高面板堆石坝在此地区建设或拟建,但是本区域处于喜马拉雅山-地中海地震带,地质条件相对复杂且地震烈度较高,地震活动相对频繁,因此地震作用下的大坝安全性研究意义重大。目前尚未出现经受强... 详细信息

我国西部地区水能资源丰富,一批200～300m级高面板堆石坝在此地区建设或拟建,但是本区域处于喜马拉雅山-地中海地震带,地质条件相对复杂且地震烈度较高,地震活动相对频繁,因此地震作用下的大坝安全性研究意义重大。目前尚未出现经受强震考验的200m以上的高坝为抗震设计和研究提供参考,因而深入研究地震特别强震作用下的高面板堆石坝抗震安全具有突出的科学意义和工程价值。基于性能的抗震安全评价方法可以全面地、深入地分析地震作用下结构性能的变化,有效估计结构在地震作用下的危险性,逐渐在很多工程领域应用发展,但是对土石坝尤其高面板堆石坝的抗震安全评价,目前仍主要采用传统的确定性分析方法,基于性能的抗震安全评价还刚刚起步,尤其针对高面板堆石坝还鲜有研究,主要需要注意三方面问题:结构在地震下真实的响应性态应该从有效的抗震分析模型和方法中表现出来,实际工作中应充分考虑不确定性因素和从概率角度进行地震响应分析,合理的性能指标和定量化的性能目标是抗震安全评价的前提和基础。针对上述问题,本文从随机动力学角度出发,在系统考虑地震动随机性、筑坝材料参数不确定性和地震动-材料参数耦合随机性等随机因素的基础上,联合先进的高土石坝静、动力数值模拟方法和概率分析方法,力图从随机动力和概率角度建立基于性能的高面板堆石坝抗震安全评价方法。先后构建了基于水工抗震规范谱的随机地震动生成方法,建立了高维随机参数样本生成方法和地震动-材料参数耦合随机样本生成方法,结合精细化的非线性有限元动力时程分析方法、广义概率密度演化方法和易损性分析方法等,从随机动力和概率角度揭示了高面板堆石坝地震响应特性,考虑坝体变形、防渗体安全和坝坡稳定三个方面,建议了高面板堆石坝抗震安全评价性能指标并提出了相应的具有概率保证的性能水准,最终建立了多地震强度-多性能目标-破坏概率性能关系,初步形成了基于性能的抗震安全评价框架,为高面板堆石坝抗震设计以及极限抗震能力分析提供科学依据。本文主要工作如下:(1)在总结土石坝中存在的不确定性因素基础上,指出结合有效的概率分析方法建立基于性能的抗震安全评价方法的必要性。评述了现有土石坝随机动力响应和传统概率分析方法的不足和未来发展方向,详细阐述了广义概率密度演化方法的理论基础和求解流程;建立了基于谱表达-随机函数的随机地震动模型和基于GF-偏差优化选点技术的高维随机变量生成方法,通过随机动力和概率分析,验证了其结合广义概率密度演化方法用于非线性复杂岩土工程的有效性和可靠性,为后续高面板堆石坝随机地震响应分析与基于性能的抗震安全评价奠定了基础。(第二章)(2)结合高面板堆石坝弹塑性分析,揭示了随机地震动作用下大坝动力响应和概率特性,建立了基于性能的抗震安全评价方法。首先,基于正交展开理论和谱表达-随机函数方法,引入强度-频率非平稳的随机地震动模型,生成了具有完备概率特征的同一集系地震动加速度样本时程;然后,结合广义概率密度演化方法和广义塑性模型,从随机动力和概率角度,揭示了坝体加速度、变形和面板应力响应特征和分布规律,表明地震动随机性对大坝响应有较大影响,为高面板堆石坝的地震响应和极限抗震能力分析提供参考;最后,基于坝体变形和防渗体安全两个方面,建议了合理的性能指标并划分了相应的性能水准,结合易损性分析初步建立了基于性能的高面板堆石坝抗震安全评价方法。(第三章)(3)从随机动力和概率角度研究了材料参数随机性对高面板堆石坝动力响应和抗震安全性的影响。首先,通过参数敏感性分析,挑选出弹塑性模型参数主要随机变量进行随机动力和概率分析:然后,基于GF-偏差选点优化方法生成弹塑性随机参数样本;最后,揭示了材料参数随机性与地震动随机性的异同点,并对比了随机参数不同分布类型的影响,指出确定性地震动激励下,考虑材料参数随机性的必要性,以及分布类型对大坝地震响应的影响规律。(第四章)(4)系统研究了地震动-材料参数耦合随机作用下高面板堆石坝随机动力响应和概率分布规律,完善了基于性能的抗震安全评价框架。首先,结合谱表达-随机函数和材料参数随机变量,同时生成随机地震动加速度时程和随机材料参数样本;然后,详细研究了地震动-材料参数耦合随机作用下高面板堆石坝随机动力响应和概率特性,并与地震动随机性、材料参数随机性引起的地震响应随机动力和概率结果对比,揭示了不同随机因素之间的关系;最后,建立了不同地震动强度作用下,考虑地震动-材料参数耦合随机性的多地震强度-多性能目标-超越概率的性能关系和易损性曲线,完善了基于性能的抗震安全评价框架。(第五章)(5)研究了三维高面板堆石坝随机动力响应规律,重点探讨了基于超应力体积比结合超应力累积时间的面板破坏性能指标和性能水准,进一步完善了基于性能的抗震安全评价框架。首先,基于上述研究成果,考虑地震动随机性,结合三维弹塑性分析和概率分析,从随机动力角度揭示了坝

关键词：高面板堆石坝不确定性性能随机动力分析概率分析抗震安全评价

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埋地管网地震随机动力反应分析

埋地管网地震随机动力反应分析

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第九届全国随机振动理论与应用学术会议暨第三届全国随机动力学学术会议

作者：刘威孙千伟李杰同济大学土木工程学院建筑工程系上海200092 同济大学土木工程防灾国家重点试验室上海200092 同济大学土木工程学院建筑工程系上海200092

本文利用概率密度演化理论进行了地震作用下埋地管网随机动力反应分析。首先，采用梁单元模拟管线，弹簧模拟管土相互作用和接头作用，建立了埋地管网整体分析模型。进而，结合基于物理建模的随机地震动场生成方法，利用概率密度演化理... 详细信息

本文利用概率密度演化理论进行了地震作用下埋地管网随机动力反应分析。首先，采用梁单元模拟管线，弹簧模拟管土相互作用和接头作用，建立了埋地管网整体分析模型。进而，结合基于物理建模的随机地震动场生成方法，利用概率密度演化理论实现了地震作用下埋地管网动力反应的精细化分析。最后，对一个小型埋地供水管网进行了实例分析。

关键词：埋地管网随机动力分析概率密度演化方法随机地震动

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轨道不平顺小样本全信息表达的联合模拟方法

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Journal of Central South University 2023年第9期30卷 3113-3126页

作者：朱志辉李宇森周高扬刘禹兵郑纬奇 National Engineering Research Center of High-speed Railway Construction Technology Changsha 410075China School of Civil Engineering Central South UniversityChangsha 410075China China Railway Siyuan Survey and Design Group Co. Ltd.Wuhan 430063China

针对传统方法需要生成大量轨道不平顺样本才能涵盖所有随机特征,但样本数多又会导致计算效率低的问题,本文提出了一种自适应采样法(ASM)与改进的第二类随机谐和函数法(MSHF)结合的轨道不平顺模拟的联合方法。ASM自适应选取符合轨道不平... 详细信息

针对传统方法需要生成大量轨道不平顺样本才能涵盖所有随机特征,但样本数多又会导致计算效率低的问题,本文提出了一种自适应采样法(ASM)与改进的第二类随机谐和函数法(MSHF)结合的轨道不平顺模拟的联合方法。ASM自适应选取符合轨道不平顺功率谱密度函数(PSD)谱概率分布的高代表性样本点,从而减少样本数量;之后在SHF中添加一类符合谱概率分布的独立变量进行改进,通过将ASM选取的样本点代入新增变量,实现了轨道随机不平顺的时域小样本全信息表达。以车轨桥耦合系统(TTBS)随机动力分析为例,与传统一次性采样和SHF方法相比,本文方法在提高精度的同时可以减少41.67%的计算时间。

关键词：自适应采样法随机谐和函数法轨道不平顺谱概率分布随机动力分析列车-轨道-桥梁耦合系统

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轨道梁参数随机的磁悬浮列车-轨道梁系统概率密度演化分析

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铁道学报 2023年第12期45卷 138-147页

作者：余志武张鹏丁叁叁中南大学土木工程学院湖南长沙410075 高速铁路建造技术国家工程实验室湖南长沙410075 中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266111

为研究轨道梁随机参数对磁悬浮系统动力响应的影响,建立磁悬浮车辆-控制器-轨道梁时变随机动力分析模型,考虑轨道梁弹性模量、质量密度和阻尼比的随机性,采用数论选点法构造S维代表点集,运用Voronoi区域剖分概率空间并赋予点集初始概率... 详细信息

为研究轨道梁随机参数对磁悬浮系统动力响应的影响,建立磁悬浮车辆-控制器-轨道梁时变随机动力分析模型,考虑轨道梁弹性模量、质量密度和阻尼比的随机性,采用数论选点法构造S维代表点集,运用Voronoi区域剖分概率空间并赋予点集初始概率,进而建立响应的概率密度演化方程。采用Newmark-β法和带TVD(total variation diminishing)格式的双边差分法求解概率密度函数、标准差、均值和满足99.75%概率保证率的响应最大值。首先采用文献结果和随机模拟法验证了模型的计算精度和效率,然后研究轨道梁随机参数和车速对车桥动力响应的影响。结果表明:基于概率密度演化理论的随机模型高效准确,与随机模拟法相比计算效率提高1~2个数量级;考虑轨道梁随机参数影响的车桥响应呈现明显的随机演化特征,响应的敏感程度为:轨道梁跨中加速度>轨道梁跨中位移>车体位移>电磁悬浮力;车桥随机响应受车速影响较大;随机弹性模量对车辆竖向振动有主导作用,随机阻尼比和质量密度的影响很小但不容忽略。

关键词：磁悬浮列车随机结构参数概率密度演化随机动力分析车桥耦合振动

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物理-数据协同驱动的随机动力系统概率密度演化方程求解

物理-数据协同驱动的随机动力系统概率密度演化方程求解

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第十五届全国振动理论及应用学术会议（NVTA2023）

作者：徐梓栋王浩张寒赵恺雍林禹轩东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室

概率密度演化方法是获取一般非线性系统随机响应完整概率分布的重要方法。然而,面对实际复杂随机系统,一般数值方法难以有效保证广义概率密度演化方程(GDEE)求解的精度、收敛性、稳定性等。近年来,物理融合深度学习方法在偏微分方程求... 详细信息

概率密度演化方法是获取一般非线性系统随机响应完整概率分布的重要方法。然而,面对实际复杂随机系统,一般数值方法难以有效保证广义概率密度演化方程(GDEE)求解的精度、收敛性、稳定性等。近年来,物理融合深度学习方法在偏微分方程求解领域得到了广泛应用和关注,为GDEE的智能求解提供了新途径。据此,本文提出了一种无网格学习模型,即物理融合演化概率密度神经网络(Phy-EPDNN)用以求解GDEE,推导了归一化的GDEE方程并将其作为已知物理信息引入Phy-EPDNN中。此外,一种数据扩容流程被提出并用于获取充足的有监督学习用数据。该方法被用于经典随机系统模型及两类真实工程场景的GDEE求解。结果表明,所提方法可在用户指定时间域内实现随机系统GDEE的有效求解,且无需提供偏微分方程的边界及初始条件。最后,参数敏感性分析被开展以讨论关键网络参数对模型求解性能的影响。

关键词：概率密度演化方法深度学习随机动力分析物理融合神经网络

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