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文献综述
1.研究背景
各国都以新型的空间结构来展示本国的建筑科学技术水平，空间结构已经成为衡量一个国家建筑技术水平高低的标志之一。大跨结构多用于民用建筑中的影剧院、体育馆、展览馆、大会堂、航空港候机大厅及其他大型公共建筑，工业建筑中的大跨度厂房、飞机装配车间和大型仓库等。此类大型公共建筑若是在地震中倒塌，将会导致严重的生命财产损失，影响交通运输等方面[1]。我国地震区域广阔而分散，地震频繁且强烈[2]。二十世纪内，震级等于或大于8的强震已经发生了9次之多。当强震发生于人口密集处，造成了大量的生命财产的损失。在建筑抗震方面，工程师们已经提出了各种减少地震对上部结构的影响的措施：隔震技术，消能减震技术、机敏消震体系、跷动振动控制减震体系等一系列措施[3]。其中，隔震技术始于20世纪中叶，隔震效果明显且造价较低，能够大幅度地降低房屋倒塌的概率，减少生命财产损失。
表1-1世界各地发生的部分强震以及损失
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年份 |
名称 |
震级 |
死亡人数 |
经济损失（亿美元） |
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1976 |
中国唐山 |
7.8 |
290000 |
100 |
|
1995 |
日本大阪-神户 |
7.2 |
5500 |
1000 |
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2004 |
印尼苏门答腊岛 |
9.1 |
283106 |
/ |
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2008 |
中国四川汶川 |
8.0 |
90000 |
1352 |
结构响应分析方法一般有：静力法、反应谱法、随机振动法。本文主要研究随机振动法。随机振动法是基于概率、频率的思想而应用的方法，能够准确的反应地震动的随机性。基于此思想，本文拟采用蒙特卡洛法进行分析。
2．课题的研究现状和发展趋势
2.1大跨空间结构研究现状
目前结构振动控制多在高层及高耸建筑得到较多的研究和应用。基础隔震、被动耗能减震以及主动、半主动控制均已应用于建筑结构的振动控制。理论研究和工程实践表明，结构振动控制是结构隔震减震积极有效的手段。如何将结构振动控制技术应用于大跨度空间隔震结构，引起了国内外学者的重视。目前在这一领域已经开展了一些研究，但就总体而言，大跨空间结构振动控制仍处于起步阶段，进一步开展大跨空间结构振动控制的研究工作具有重要的意义。
空间结构与平面结构相比具有很多独特的优点：平面结构从技术经济方面讲，很难跨越很大的空间，也很难满足建筑平面、空间和造型方面的要求，而空间结构是以三维形体及三维受力为主要特征的结构形式，它的特点是受力合理、刚度大、重量轻、造价低、结构形式新颖丰富，生动活泼，可以突出结构美而富有艺术表现力，国内外应用非常广泛。特别是近年来，人们生活水平不断提高，工业生产、文化、体育等事业不断进步，大大增强了社会对空间结构尤其是大跨度高性能空间结构的需求。计算理论的日益完善以及计算机技术的飞速发展使得对任何复杂三维结构的分析与设计成为可能。这些正是空间结构能够扩大应用范围得到蓬勃发展的主要因素。
2.2地震动模拟文献综述
起初，Hounser[4]为了简化地震动的模拟，基于一个方向的地震动的假设即一维地震动，于1947年提出了白噪声模型，该模型及其简单，能够近似地模拟地震动。随之，学者们开始进行深度研究，许多模型相继诞生[5]。总体上来看，这些模型能够按两大类进行划分，能够划分为时域模型与时频域混合模型，也可以划分为物理机制模型、数据驱动模型以及半物理半数据驱动混合模型。常见模型分类参照表2-1。
表2-1常见地震动模型分类
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模型 |
按物理机制/数据驱动模型分类 |
按时/频域模型分类 |
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地震学模型 |
物理机制模型 |
时频域混合模型 |
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调制功率谱模型 |
数据驱动模型 |
时频域混合模型 |
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调幅过滤白噪声地震动模型 |
半物理半数据驱动混合模型 |
时域模型 |
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自回归滑动平均模型 |
数据驱动模型 |
时域模型 |
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机器学习模型 |
数据驱动模型 |
时频域混合模型 |
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小波/小波包模型 |
数据驱动模型 |
时频域混合模型 |
各种模型各有优缺点，情况如下：
地震波传播的过程中所遇到的地质层的物理性质难以获得，地震动加速度模拟的结果存在很大的不确定性[6]。均匀调制功率谱模型通过谐波合成法[7]产生人工地震动，是一种在工程上应用较为广泛的模型，需要地震动功率谱的响应，各个学者推出的模型在各个阶段有一定的作用，但是并不完全合理；调幅过滤白噪声地震动模型是在时域上产生人工地震动的半物理半数据驱动模型。调幅过滤白噪声地震动模型能高效生成大量人工地震动；自回归滑动平均模型（简称 ARMA 模型）模型最大的优点是采用非参估计法，不需要假定调制函数；能依据单条地震动时程进行大量人工地震动时程模拟，不需要知道地震的物理信息。缺点是参数缺乏物理意义，不易与地震动衰减关系结合进行给定地震场景参数下的人工地震动时程模拟。Alimoradi和Beck[8]采用机器学习中的主成分分析方法（Princerple Component Analysis, PCA）模拟生成人工地震动加速度时程。采用该方法生成的单条人工地震动加速度时程能较好地拟合目标反应谱，但无法同时生成大量的地震动时程样本。Lilhanand和Tseng[9,10]采用小波分析的方法对实际地震动进行调整以拟合目标反应谱；蔡宏红[29]采用小波分析方法直接模拟目标地震动加速度时程但采用不同小波包基函数合成的人工地震动存在较大差异，小波包基函数的选择尚未形成统一准则。
2.3结构响应研究进展
结构的响应分析的一般方法有静力法、反应谱法、时程分析法、随机振动法[11]。起初，意大利科学家们将地震反应分析确定为静力阶段[12]，日本学者大森房吉、佐野利器等发展了这一理论，但是随后的研究表明静力法仅适用于刚性结构。1920年，日本学者研究了结构物在简谐振动下的地震反应，标志着地震响应进入反应谱阶段，但是反应谱法被应用是，必须假定所有支座具有相同的运动[13]- [15]。对于跨度不大的结构，反应谱可以良好地分析结构的抗震性能。然而，由于地震的行波效应、支座间的部分相干效应，当结构跨度较大时，反应谱法不再适用。时程分析的计算结果依赖于地震波的特性，两条不同地震波的激励会有明显的响应差别。因此，在工程抗震设计中，输入地震动参数的合理与否是至关重要的问题[16]。由于世界绝大多数地区的地震动记录并不完善，确定性的地震动模拟不能良好地表达地震动的准确性，结构响应的结果也不一定具有抗震参考价值。因此，在地震动记录较少的地区。因此，从概率的角度出发，对于大跨隔震结构，应当采用随机振动法，以确保大跨隔震结构地震时的反应特性。随机振动方法充分考虑了地震发生的统计行概率特性，被广泛认为是一种合理的分析理论，已经被国外一些抗震规范所采用，例如1995年颁布的欧洲桥梁规范。
早在1947年，Housner[17]就将地震动看作随机过程，但是中间停顿了近10年，直到五十年代后期，地震工程界才开始地震反应的随机过程研究。经过半个世纪的发展，随着随机振动理论对桥梁、高层建筑等方面展开了大量的研究，得出了一系列的成果：在理论方面，朱位秋[18]院士与他的团队提出和发展了随机激励的耗散的哈密顿系统理论，包括高斯白噪声激励下耗散的哈密顿系统的五类精确平稳解与等效非线性随机法，拟哈密顿系统的随机稳定性、随机分岔、首次穿越及非线性随机最优控制理论方法。以上成果构成了非线性随机动力学与控制的哈密顿理论体系，为解决多自由度非线性系统的动力学提供了全新的理论基础。哈密顿系统出现，大大改善了随机振动理论的对称性和适应性。李杰教授[19]为主的团队将注意力再次转向随机振动理论的物理本源，详细解释了概率密度演化与系统物理演化的内在联系，结合概率守恒原理，重新推导了经典的概率密度演化方程。这一项成果对于求解非线性结构随机反应、结构动力可靠度和控制系统概率密度演化有着深远的影响。工程应用方面，随机振动理论之前一直局限于简单的模型，其关键是计算方法的复杂性。人们不得不的花费大量精力去建立传递函数，对于复杂结构，建立与计算这种传递函数十分困难。其实，建立传递函数后，为了由外部激励的功率谱计算响应，计算量十分大。针对大规模结构的随机振动响应计算，林家浩[20-29]的团队提出了虚拟激励算法，从不确定性激励过程的能量随频率的分布出发，结合时域进行快速积分和空间离散技术，计算效率比常规方法提高了2-4个数量级，易被工程技术人员所接受。王曙光[30]等结合等价线性化方法，将随机因子法拓展应用到非线性多自由度结构中。选取隔震支座的屈服位移、面积、面压和高度等四个参数为随机变量来考虑隔震层刚度和结构质量的随机性，采用结构随机因子法建立大跨隔震结构的四个随机变量与结构刚度和质量之间的关系，应用代数综合法推导了结构位移响应的数字特征计算表达式。最后通过算例研究了多维地震下大跨隔震结构中结构随机性对位移响应的影响，并获得了一些有意义的结论。
2.4蒙特卡洛研究现状
蒙特卡罗方法[31]（Monte Carlo method）,也称统计模拟方法，是二十世纪四十年代中期由于科学技术的发展和电子计算机的发明，而被提出的一种以概率统计理论为指导的一类非常重要的数值计算方法。是指使用随机数（或更常见的伪随机数）来解决很多计算问题的方法。蒙特·卡罗方法在金融工程学，宏观经济学，计算物理学（如粒子输运计算、量子热力学计算、空气动力学计算）等领域应用广泛。在结构响应分析中，L. Sgambi[32]等人运动蒙特卡洛法进行地震分析，能够考虑与地震输入有关的某些因素的可变性。
3.参考文献
[1]丁阳,林伟,李忠献.大跨度空间结构多维多点非平稳随机地震反应分析[J].工程力学,2007(03):97-103.
[2]胡聿贤.地震工程学（第二版）[M]. 北京: 地震出版社, 2006：1-2.
[3]亓兴军,李小军,刘萍.土木工程结构减震控制方法综述[J].工业建筑,2006(08):59-63 100.
[4]Housner G W.Characteristics of strong-motion earthquakes[J].Bulletin of theSeismological Society of America, 1947, 37(1): 19-31
[6]Douglas J, Aochi H. A survey oftechniques for predicting earthquake ground motions
for engineering purposes[J]. Surveys ingeophysics, 2008, 29(3): 187.
[7]林家浩. 随机振动的虚拟激励法[M]. 科学出版社, 2004.
[8]Alimoradi A, Beck J L. Machine-learning methods for earthquake ground motion analysis and simulation[J]. Journal of Engineering Mechanics, 2014, 141(4): 04014147.
[9]Lilhanand K, Tseng W S.Generatio of synthetic time histories compatible with multiple-damping designresponse spectra[M].Structural mechanicsin reactor technology. 1987.
[10]Lilhanand K, Tseng W S. Developmentand application of realistic earthquake time histories compatible with multiple-dampingdesign spectra[J]. Development, 1988, 3: 7-8.
[11]李云. 大跨度结构在多点地震动激励作用下的反应分析[D].北京交通大学,2008.
[12] 胡聿贤. 地震工程学（第二版）[M]. 北京: 地震出版社, 2006: 55-56.
[13] 叶海霞,王康达,杨万勇,童立元,李洪江.拟静力法与时程分析法计算液化场地桩基地震响应的差异研究[J].自然灾害学报,2018,27(06):166-172.
[14]王渊,沈锐利,闫勇.基于离散时间传递矩阵法的变截面梁地震时程分析方法研究[J].世界地震工程,2018,34(04):75-83.
[15]张净霞.大跨度单塔悬索桥反应谱法和时程分析法比较[J/OL].河南建材,2018(06):129-133[2019-03-05].https://doi.org/10.16053/j.cnki.hnjc.2018.06.072.
[16]史志利,李忠献.随机地震动场多点激励下大跨度桥梁地震反应分析方法[J].地震工程与工程振动,2003(04):124-130.
[17] HouserG W. Characteristics of Strong Motion Earthquake. Bull. Seism. Soc. Am. 1947,37:17-31.
[18] 朱位秋. 拟哈密顿系统非线性随机最优控制研究的若干进展[A]. 中国力学学会一般力学专业委员会.第八届全国动力学与控制学术会议论文集[C].中国力学学会一般力学专业委员会:中国力学学会,2008:1.
[19] 李杰，陈建兵.随机结构动力反应分析的概率密度演化方法［J］.力学学报，2003，35( 4) : 437-442．
[20]林家浩. 随机地震响应的确定性算法. 地震工程与工程振动. 1985，5(l):89-94.
[21]林家浩. 随机地震响应功率谱快速算法. 地震工程与工程振动. 1990，10(4):38-46.
[22]林家浩，李建俊，郑浩哲. 任意相干多激励随机响应. 应用力学学报. 1995，12(l):97-103.
[23]林家浩，李建俊，张文首. 结构受多点非平稳随机地震激励的响应. 力学学报. 1995，27(5):567-576.
[24]林家浩，李建俊，张文首. 大跨度结构考虑行波效应时非平稳随机地震响应. 固体力学学报. 1996，17(1):65-68.
[25]林家浩，钟万解. 关于虚拟激励法与结构随机响应的注记. 计算力学学报. 1998， 15(2):217-223.
[26]林家浩，钟万舰，张亚辉. 大跨度结构抗震计算的随机振动方法. 建筑结构学报. 2000，21(1):29-36.
[27]JH Lin. A Fast CQC Algorithm of PSD Matrices for Random Seismic Responses.Computers Structures. 1992, 44(3):683-687.
[28]JH Lin, Williams F W, W S Zhang. A New Approach to Multiphase ExcitationStochastic Seismic Response. Microcomputer in Civil Engineering. 1993,8:283-290.
[29]JH Lin, W S Zhang, Williams F W. Pseudo-Excitation Algorithm for Non-stationaryRandom Seismic Responses. Engineering Structures. 1994, 16(4):270-276.
[30]王曙光,杜东升,李威威,缪卓君.大跨隔震结构基于结构随机因子法的响应分析[J].振动与冲击,2017,36(10):154-158.
[31]陈国汉.蒙特卡洛模拟及其Stata应用实现[M]. 经济科学出版社, 2015.
[32] L.Sgambia. Monte Carlosimulation for seismic analysis of a long span suspension bridge. Engineering Structures,Volume 78,1 November2014, Pages 100-111
资料编号：[675074]
文献综述
1.研究背景
各国都以新型的空间结构来展示本国的建筑科学技术水平，空间结构已经成为衡量一个国家建筑技术水平高低的标志之一。大跨结构多用于民用建筑中的影剧院、体育馆、展览馆、大会堂、航空港候机大厅及其他大型公共建筑，工业建筑中的大跨度厂房、飞机装配车间和大型仓库等。此类大型公共建筑若是在地震中倒塌，将会导致严重的生命财产损失，影响交通运输等方面[1]。我国地震区域广阔而分散，地震频繁且强烈[2]。二十世纪内，震级等于或大于8的强震已经发生了9次之多。当强震发生于人口密集处，造成了大量的生命财产的损失。在建筑抗震方面，工程师们已经提出了各种减少地震对上部结构的影响的措施：隔震技术，消能减震技术、机敏消震体系、跷动振动控制减震体系等一系列措施[3]。其中，隔震技术始于20世纪中叶，隔震效果明显且造价较低，能够大幅度地降低房屋倒塌的概率，减少生命财产损失。
表1-1世界各地发生的部分强震以及损失
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