CN115906337A - 一种工程结构分段式主余震韧性分析方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种工程结构分段式主余震韧性分析方法及系统,方法包括:获取满足目标工程结构预设要求的历史主余震信号;利用对数函数以及历史主余震信号,确定目标工程结构的概率需求模型;根据概率需求模型对目标工程结构进行分析,得到目标工程结构的分段式主余震韧性曲线。本发明利用重建费用阈值将连续型主余震韧性曲线进行截断,能够实现更为全面且定量化地评估工程结构的主余震韧性水平;解决了传统地震韧性分析过程中无法考虑结构重建的问题,并得到了分段的主余震韧性曲线,为工程建设中的韧性评估工作提供理论基础和操作方法,可用于实际工程建设中的结构韧性评价工作。
Description
技术领域
本发明涉及地震韧性评估技术领域,具体涉及一种工程结构分段式主余震韧性分析方法及系统。
背景技术
强震灾害会造成大量的人员伤亡和财产损失,对社会的发展带来了巨大的冲击。现阶段,已有的主余震韧性评估通常仅考虑结构韧性随着地震动强度的变化规律,然而众多强震事件表明,结构在地震后极有可能已发生较为严重的损伤,结构的修复费用极有可能会超过结构的重建费用,此时的震损结构已不再合适进行修复,需要进行结构的重建工作。
地震韧性分析可以较为全面地考虑工程结构在主余震作用下的恢复性能。然而现阶段的地震韧性分析未能考虑结构重建工作的影响,这一缺陷无法全面而准确地评估工程结构的地震韧性水平。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供了一种工程结构分段式主余震韧性分析方法及系统,以解决现有技术中地震韧性分析未能考虑结构重建工作的影响,导致无法全面而准确地评估工程结构的地震韧性水平的问题。
根据第一方面,本发明实施例提供了一种工程结构分段式主余震韧性分析方法,包括:
获取满足目标工程结构预设要求的历史主余震信号;
利用对数函数以及所述历史主余震信号,确定所述目标工程结构的概率需求模型;
根据所述概率需求模型对所述目标工程结构进行分析,得到所述目标工程结构的分段式主余震韧性曲线,所述分段式主余震韧性曲线用于表示主余震强度对应的结构韧性指标。
可选地,所述获取满足目标工程结构预设要求的历史主余震信号,包括:
获取所述目标工程结构的特征信号;
选取与所述特征信号满足预设要求的历史主余震信息。
可选地,所述利用对数函数以及所述历史主余震信号,确定所述目标工程结构的概率需求模型,包括:
利用所述历史主余震信息对所述目标工程结构进行非线性时程分析,确定所述目标工程结构的损伤数据;
根据所述损伤数据,采用对数函数模拟所述目标工程结构的概率需求模型。
可选地,所述根据所述概率需求模型对所述目标工程结构进行分析,得到所述目标工程结构的分段式主余震韧性曲线,包括:
采集所述目标工程结构的主余震信号;
利用所述概率需求模型,对所述主余震信号进行分析,确定主余震易损性曲线;
通过所述损伤数据和所述主余震易损性曲线计算所述目标工程结构中各个构件的损伤状态,并根据所述损伤状态计算所述目标工程结构的修复时间和直接经济损失;
根据所述损伤数据、所述主余震易损性曲线以及所述修复时间,构建连续型主余震韧性曲线;
根据预设重建阈值以及地震韧性评价理论,对所述连续型主余震韧性曲线进行分段,确定所述目标工程结构的分段式主余震韧性曲线。
可选地,所述概率需求模型通过以下公式计算:
其中,表示主震需求中位值,表示余震需求中位值,MS表示主震,AS表示余震,表示主震峰值速度,表示余震峰值速度,a1~a4和b1~b3为模型参数。
可选地,通过以下公式计算述直接经济损失:
式中,
κ为放大系数,表示预设直接损失比,为主余震易损性曲线;
通过以下公式表示所述地震韧性评价理论:
其中,表示主震损伤状态为时的主余震韧性指标;为评价期限;为主震损伤状态为时的功能函数。
根据第二方面,本发明实施例提供了一种工程结构分段式主余震韧性分析系统,包括:
获取模块,用于获取满足目标工程结构预设要求的历史主余震信号;
处理模块,用于利用对数函数以及所述历史主余震信号,确定所述目标工程结构的概率需求模型;
分析模块,用于根据所述概率需求模型对所述目标工程结构进行分析,得到所述目标工程结构的分段式主余震韧性曲线,所述分段式主余震韧性曲线用于表示主余震强度对应的结构韧性指标。
本发明实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质,所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令,所述计算机指令被处理器执行时实现本发明第一方面及任意一种可选方式所述的工程结构分段式主余震韧性分析方法。
本发明实施例提供了一种电子设备,包括:存储器和处理器,所述存储器和所述处理器之间互相通信连接,所述存储器中存储有计算机指令,所述处理器通过执行所述计算机指令,从而执行本发明第一方面及任意一种可选方式所述的工程结构分段式主余震韧性分析方法。
本发明技术方案,具有如下优点:
本发明实施例提供了一种工程结构分段式主余震韧性分析方法及系统,将传统的韧性函数无法考虑结构重建扩展到可考虑主余震序列作用下的结构重建,将传统地震韧性分析方法进行拓展,利用重建费用阈值将连续型主余震韧性曲线进行截断,能够实现更为全面且定量化地评估工程结构的主余震韧性水平;解决了传统地震韧性分析过程中无法考虑结构重建的问题,并得到了分段的主余震韧性曲线。本发明的工程结构分段式主余震韧性分析方法,可用于建立主余震序列作用下目标工程结构的韧性分析模型,评价目标工程结构在主余震序列作用下考虑结构重建的地震韧性,为工程建设中的韧性评估工作提供理论基础和操作方法,可用于实际工程建设中的结构韧性评价工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中工程结构分段式主余震韧性分析方法的流程图;
图2a、图2b分别为本发明实施例中主震和余震的谱加速度图;
图3a、图3b分别为本发明实施例中主震和余震对数线性概率需求模型;
图4为本发明实施例中主余震易损性曲线图;
图5a、图5b分别为本发明实施例中的主余震结构修复时间图;
图6为本发明实施例中直接经济损失及重建费用阈值对应的主余震强度图;
图7为本发明实施例中分段式的主余震韧性曲线;
图8为本发明实施例中工程结构分段式主余震韧性分析系统的示意图;
图9为本发明实施例中的电子设备的结构示意图。
实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
此外,下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
现阶段,已有的主余震韧性评估通常仅考虑结构韧性随着地震动强度的变化规律,尚未能考虑结构重建工作对韧性评估结果的影响。然而众多强震事件表明,结构在地震后极有可能已发生较为严重的损伤,结构的修复费用极有可能会超过结构的重建费用,此时的震损结构已不再合适进行修复,需要进行结构的重建工作。
地震韧性分析可以较为全面地考虑工程结构在主余震作用下的恢复性能。然而现阶段的地震韧性分析未能考虑结构重建工作的影响,这一缺陷使人们无法全面而准确地评估工程结构的地震韧性水平。
因此,本发明实施例提供了一种工程结构分段式主余震韧性分析方法,如图1所示,该工程结构分段式主余震韧性分析方法具体包括:
步骤S1:获取满足目标工程结构预设要求的历史主余震信号。在实际应用中,历史主余震信号可以通过信号的监控设备进行采集,也可以通过传感器进行采集,具体的采集的过程利用现有的技术及设备进行即可,本实施例并不以此为限。
本实施例中具体地,上述步骤S1还包括如下步骤:
S11:获取目标工程结构的特征信号;利用现有的技术及采集设备获取目标工程结构的特征信号,以便于后续根据特征信息对目标工程结构进行相似信号采集。需要说明的是,本实施例中的特征信号采集方式及采集设备均为现有技术,本实施例仅仅以此为例,并不以此为限。
S12:选取与特征信号满足预设要求的历史主余震信息。基于国内和国际公开的地震动数据库,挑选出与工程场地和结构特征相匹配的主余震记录,确定历史主余震信息。
在实际应用中,基于美国太平洋地震工程研究中心,搜集和整理主余震记录。本例主余震地震动记录挑选原则如下:1)主震和余震记录需来自于同一地震事件和同一地震台站;2)只挑选余震序列中震级最大的一次余震用于构造主余震序列;通过上述2项地震动挑选规则,共获662条主余震序列记录,主震和余震的谱加速度分别如图2a和图2b所示。
步骤S2:利用对数函数以及历史主余震信号,确定目标工程结构的概率需求模型。
本实施例中具体地,上述步骤S2还包括如下步骤:
步骤S21:利用历史主余震信息对目标工程结构进行非线性时程分析,确定目标工程结构的损伤数据。其中,损伤数据用于记录目标工程结构的损伤情况。
步骤S22:根据损伤数据,采用对数函数模拟目标工程结构的概率需求模型。这个概率需求模型就是地震强度参数和结构损伤参数之间的数学关系,可以用对数线性的函数进行拟合出来。得到的结果是主余震强度和结构损伤之间的函数关系。图3a那条分段线就是回归得到的主震概率需求模型,横轴是主震强度,纵轴是结构损伤参数,随着主震强度提高,结构损伤参数随之提高。图3b是余震概率需求模型,横轴是余震强度,纵轴是结构损伤参数,随着余震强度提高,结构损伤参数随之提高。
概率需求模型通过以下公式计算:
其中,表示主震需求中位值,表示余震需求中位值,MS表示主震,AS表示余震,表示主震峰值速度,表示余震峰值速度,a1~a4和b1~b3为模型参数。
具体地,以下述为例说明概率需求模型:
其中,表示主震需求中位值,表示余震需求中位值,MS表示主震,AS表示余震,表示主震峰值速度,表示余震峰值速度。
步骤S3:根据概率需求模型对目标工程结构进行分析,得到目标工程结构的分段式主余震韧性曲线,分段式主余震韧性曲线用于表示主余震强度对应的结构韧性指标。
具体地,上述步骤S3包括如下步骤:
步骤S31:采集目标工程结构的主余震信号。
步骤S32:利用概率需求模型,对主余震信号进行分析,确定主余震易损性曲线。对目标结构进行非线性时程分析,采用对数线性函数获得主余震概率需求模型,进而得到主余震易损性曲线,生成主余震易损性曲线如图4所示。
步骤S33:通过所述损伤数据和所述主余震易损性曲线计算所述目标工程结构中各个构件的损伤状态,并根据所述损伤状态计算所述目标工程结构的修复时间和直接经济损失。基于非线性时程分析结果,得到目标结构所有构件的损伤状态,根据损伤状态对损伤构件进行划分,并以此计算结构主余震损伤修复时间,分别如图5a、图5b所示,其对应的公式如下式所示。
式中,表示总修复时间,为主震损伤修复时间,为余震损伤修复时间。
步骤S34:根据损伤数据、主余震易损性曲线以及修复时间,构建连续型主余震韧性曲线。
步骤S35:根据预设重建阈值以及地震韧性评价理论,对连续型主余震韧性曲线进行分段,确定目标工程结构的分段式主余震韧性曲线。
本实施例中,基于非线性时程分析结果,计算结构的直接经济损失,当结构修复费用增长到重建费用阈值时,开启结构的重建工作,并记录此时对应的主余震强度。
计算结构的直接经济损失,如图6所示,其对应的公式如下式所示。
式中,
κ为放大系数,表示直接损失比,为主余震易损性曲线。根据重建费用阈值得到对应的主余震强度,如图6所示。
基于地震韧性评价理论和结构重建工作对应的主余震强度,将连续型主余震韧性曲线在该主余震强度处进行分段,得到分段式的主余震韧性曲线。如图7所示。通过以下公式表示地震韧性评价理论:
其中,表示主震损伤状态为时的主余震韧性指标;为评价期限;为主震损伤状态为时的功能函数。
其中,可采用以下公式进行表示:
其中,为主震损伤状态为时的损失函数;
H( )为Heaviside阶跃函数;为恢复时间;为恢复函数。
本实施例将传统的韧性函数无法考虑结构重建扩展到可考虑主余震序列作用下的结构重建,将传统地震韧性分析方法进行拓展,利用重建费用阈值将连续型主余震韧性曲线进行截断,能够实现更为全面且定量化地评估工程结构的主余震韧性水平;解决了传统地震韧性分析过程中无法考虑结构重建的问题,并得到了分段的主余震韧性曲线。本发明的工程结构分段式主余震韧性分析方法,可用于建立主余震序列作用下目标工程结构的韧性分析模型,评价目标工程结构在主余震序列作用下考虑结构重建的地震韧性,为工程建设中的韧性评估工作提供理论基础和操作方法,可用于实际工程建设中的结构韧性评价工作。
本发明实施例还提供了一种工程结构分段式主余震韧性分析系统,如图8所示,包括:
获取模块1,用于获取满足目标工程结构预设要求的历史主余震信号;详细内容参见上述方法实施例中步骤S1的相关描述。
处理模块2,用于利用对数函数以及历史主余震信号,确定目标工程结构的概率需求模型;详细内容参见上述方法实施例中步骤S2的相关描述。
分析模块3,用于根据概率需求模型对目标工程结构进行分析,得到目标工程结构的分段式主余震韧性曲线,分段式主余震韧性曲线用于表示主余震强度对应的结构韧性指标;详细内容参见上述方法实施例中步骤S3的相关描述。
本实施例将传统的韧性函数无法考虑结构重建扩展到可考虑主余震序列作用下的结构重建,将传统地震韧性分析方法进行拓展,利用重建费用阈值将连续型主余震韧性曲线进行截断,能够实现更为全面且定量化地评估工程结构的主余震韧性水平;解决了传统地震韧性分析过程中无法考虑结构重建的问题,并得到了分段的主余震韧性曲线。本发明的工程结构分段式主余震韧性分析系统,可用于建立主余震序列作用下目标工程结构的韧性分析模型,评价目标工程结构在主余震序列作用下考虑结构重建的地震韧性,为工程建设中的韧性评估工作提供理论基础和操作方法,可用于实际工程建设中的结构韧性评价工作。
本发明实施例还提供了一种电子设备,如图9所示,该电子设备可以包括处理器901和存储器902,其中处理器901和存储器902可以通过总线或者其他方式连接,图9中以通过总线连接为例。
处理器901可以为中央处理器(Central Processing Unit,CPU)。处理器901还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片,或者上述各类芯片的组合。
存储器902作为一种非暂态计算机可读存储介质,可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块,如本发明实施例中的方法所对应的程序指令/模块。处理器901通过运行存储在存储器902中的非暂态软件程序、指令以及模块,从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理,即实现上述方法。
存储器902可以包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序;存储数据区可存储处理器901所创建的数据等。此外,存储器902可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非暂态存储器,例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中,存储器902可选包括相对于处理器901远程设置的存储器,这些远程存储器可以通过网络连接至处理器901。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
一个或者多个模块存储在存储器902中,当被处理器901执行时,执行上述方法。
上述电子设备具体细节可以对应参阅上述方法实施例中对应的相关描述和效果进行理解,此处不再赘述。
本领域技术人员可以理解,实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,的程序可存储于一计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory,ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory,RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive,缩写:HDD)或固态硬盘(Solid-StateDrive,SSD)等;存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种工程结构分段式主余震韧性分析方法,其特征在于,包括:
获取满足目标工程结构预设要求的历史主余震信号;
利用对数函数以及所述历史主余震信号,确定所述目标工程结构的概率需求模型;
根据所述概率需求模型对所述目标工程结构进行分析,得到所述目标工程结构的分段式主余震韧性曲线,所述分段式主余震韧性曲线用于表示主余震强度对应的结构韧性指标。
2.根据权利要求1所述的工程结构分段式主余震韧性分析方法,其特征在于,所述获取满足目标工程结构预设要求的历史主余震信号,包括:
获取所述目标工程结构的特征信号;
选取与所述特征信号满足预设要求的历史主余震信息。
3.根据权利要求1所述的工程结构分段式主余震韧性分析方法,其特征在于,所述利用对数函数以及所述历史主余震信号,确定所述目标工程结构的概率需求模型,包括:
利用所述历史主余震信息对所述目标工程结构进行非线性时程分析,确定所述目标工程结构的损伤数据;
根据所述损伤数据,采用对数函数模拟所述目标工程结构的概率需求模型。
4.根据权利要求3所述的工程结构分段式主余震韧性分析方法,其特征在于,所述根据所述概率需求模型对所述目标工程结构进行分析,得到所述目标工程结构的分段式主余震韧性曲线,包括:
采集所述目标工程结构的主余震信号;
利用所述概率需求模型,对所述主余震信号进行分析,确定主余震易损性曲线;
通过所述损伤数据和所述主余震易损性曲线计算所述目标工程结构中各个构件的损伤状态,并根据所述损伤状态计算所述目标工程结构的修复时间和直接经济损失;
根据所述损伤数据、所述主余震易损性曲线以及所述修复时间,构建连续型主余震韧性曲线;
根据预设重建阈值以及地震韧性评价理论,对所述连续型主余震韧性曲线进行分段,确定所述目标工程结构的分段式主余震韧性曲线。
5.根据权利要求3所述的工程结构分段式主余震韧性分析方法,其特征在于,所述概率需求模型通过以下公式计算:
其中,表示主震需求中位值,表示余震需求中位值,MS表示主震,AS表示余震,表示主震峰值速度,表示余震峰值速度,a1~a4和b1~b3为模型参数。
6.根据权利要求4所述的工程结构分段式主余震韧性分析方法,其特征在于,包括:通过以下公式计算所述直接经济损失:
式中,κ为放大系数,表示预设直接损失比,为主余震易损性曲线;通过以下公式表示所述地震韧性评价理论:
其中,表示主震损伤状态为时的主余震韧性指标;为评价期限;为主震损伤状态为时的功能函数。
7.一种工程结构分段式主余震韧性分析系统,其特征在于,包括:
获取模块,用于获取满足目标工程结构预设要求的历史主余震信号;
处理模块,用于利用对数函数以及所述历史主余震信号,确定所述目标工程结构的概率需求模型;
分析模块,用于根据所述概率需求模型对所述目标工程结构进行分析,得到所述目标工程结构的分段式主余震韧性曲线,所述分段式主余震韧性曲线用于表示主余震强度对应的结构韧性指标。
8.一种非暂态计算机可读存储介质,其特征在于,所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令,所述计算机指令被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的工程结构分段式主余震韧性分析方法。
9.一种电子设备,其特征在于,包括:存储器和处理器,所述存储器和所述处理器之间互相通信连接,所述存储器中存储有计算机指令,所述处理器通过执行所述计算机指令,从而执行如权利要求1-7中任一项所述的工程结构分段式主余震韧性分析方法。
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- 2023-02-20 CN CN202310136475.2A patent/CN115906337B/zh active Active
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